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无氰镀锌技术的发展和工业应用的现状

频道：表面处理节能减排服务平台发布时间：2011-11-30

无氰镀锌技术的发展和工业应用的现状
马冲
    （佛山市南海美德耐化工原料有限公司，广东佛山 528247）
    摘要：综述了现代无氰镀锌技术在镀液电化学性能(包括均镀性、电流效率、耐大电流冲击及光亮区范围)及锌层理化性能(如耐蚀性和延展性)两方面的进步。介绍了无氰镀锌工艺在大尺寸、形状复杂的工件上的应用。指出无氰镀锌新技术在中国的迅速推广和不断创新，已经为中国电镀业清洁生产提供了一个现实的基础。
    关键词：无氰镀锌；清洁生产；工业应用
    中图分类号：TQ153.1 文献标志码：A
    文章编号：1004-227X(2011)06-0046-04
    1?前言
    10年前，美国电镀业界的论文就已经提出：“碱性无氰工艺技术已经超过氰化镀锌和酸性镀锌工艺这一事实，正在迅速为电镀界所接受。”而中国电镀业的现状[1-5]是：在各地区有不同体制的电镀企业，技术发展很不平衡，不同等级的光亮剂(不同等级镀锌技术的载体)在镀锌市场上共存。市场已提供的现代无氰镀锌技术(包括碱性无氰镀锌和酸性氯化物镀锌)已经全面超过氰化镀锌，这为电镀清洁生产所要求的“无氰化”提供了技术保障。
    2?现代无氰电镀锌液的电化学性能指标更高
    2.1 均镀性
    镀锌液的均镀性反映了阴极电流密度悬殊的工件部位的均镀效果，即高、低区镀锌层厚度的差别，厚度越接近越好。镀锌液的均镀性可用赫尔槽试片来评价，通过测试赫尔槽试片高、低区镀层厚度的比值来评价镀锌液的均镀性，高、低区厚度比越小，镀液均镀能性越好。图1是赫尔槽阴极电流密度分布图。

均镀性的测量方法是：使用250mL赫尔槽，总电流2A，电镀30min，镀后测量高电流密度区距试片高端边缘15mm处的镀锌层厚度(Hδ)和低电流密度区距试片低端边缘15mm处的镀锌层厚度(Lδ)。这两个点的阴极电流密度分别为8.64A/dm2和0.432A/dm2，电流密度相差20倍。用这两点的镀锌层厚度的比值HLδδ可以衡量镀锌液的均镀性。表1是几种镀液均镀性的测试结果。

    由表1可见，现代无氰镀锌工艺的均镀性更好，高低区厚度比更小，即高低区厚度更趋于接近。因此，现代无氰镀锌可以加工更加复杂的工件，在更短的电镀时间内镀出高低区厚度均达到要求的锌层，使用的原材料更省，因而加工成本比氰化镀锌更为低廉。
    2.2 电流效率
    现代无氰碱性镀锌工艺在保持良好均镀性的同时，仍有很高的电流效率(在室温工作条件下达到75%~85%，要求HLδδ=2)，而氰化镀锌往往只有65%左右。阴极电流效率与均镀性有关，先进的锌酸盐镀锌工艺可高电流效率与良好均镀性兼而有之(见图2)。

镀液的电流效率也与锌离子浓度有关，提高锌离子浓度可以显著提高电流效率(见图3)。如此宽广的工艺条件范围，也是氰化镀锌难以企及的。

    2.3 耐大电流冲击而不烧焦的能力及宽广的光亮区范围
    由于现代无氰镀锌工艺，无论是锌酸盐镀锌或是酸性氯化物镀锌，都允许在更大的阴极电流密度下正常生产而不使工件发生烧焦，因此在密集装挂时，大大降低了次品率，也提高了生产效率。
    由于耐烧焦的临界阴极电流密度的提高和低电流密度区光亮度、清晰度的改善，电镀锌生产中可以应用的阴极电流密度范围，即镀层的光亮区范围被大大拓宽。
    目前，良好的氰化镀锌工艺可以在0.5~10.2A/dm2的范围内进行电镀，得到光亮的镀锌层。而现代锌酸盐镀锌工艺可以在250mL赫尔槽试验中使用3A的电流，仍不会使试片烧焦。即该工艺可以在0.5~25A/dm2的阴极电流密度范围内电镀而得到光亮镀层。现代的氯化物酸性镀锌，无论是钾盐、铵盐还是钾铵混盐的电镀液，也都可以达到相近的水平，可在相当宽广的电流密度范围内工作而得到光亮华丽的镀锌层，电流密度下限为0.1~0.2A/dm2，上限为20~25A/dm2。
3?现代无氰镀锌工艺生产的电镀锌层理化性能指标更高
    3.1 耐蚀性能提高
    用传统的中性盐雾(NSS)试验及测试钝化膜阻抗的方法，分别对不同电镀锌工艺镀出的锌镀层的耐蚀性进行评估，其结果是一致的(见表2)。

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