碱性锌－镍工艺的常见问题分析

王征颢

（科文特亚表面处理技术（苏州）有限公司，江苏 苏州 215124）

碱性锌－镍工艺的常见问题分析

王征颢

（科文特亚表面处理技术（苏州）有限公司，江苏 苏州 215124）

0 前言

随着国防和民用工业的发展，人们对钢铁材料和各种零部件的耐蚀性要求越来越高。北美、北欧等国家要求汽车具有防止融雪盐腐蚀的能力，因此，对汽车零部件的耐蚀性要求十分苛刻。汽车的质量轻，钢板用得很薄，普通镀锌难以满足要求。目前锌－镍电镀工艺在市场上的需求呈逐渐增加的趋势。锌-镍合金镀层中镍的质量分数为12%～15%，当镍的质量分数为13%时，镀层具有最佳的耐蚀性，其耐蚀性是镀锌层的3～10倍；当镍的质量分数为6%～8%时，渗氢极小，几乎无氢脆。实践证明，锌－镍合金镀层的机械加工性能和物理性能比镀锌层的好。本人结合生产实践经验，谈谈锌－镍电镀工艺的维护及保养。

1 沉积速率慢

1.1 Na2CO3的影响

槽液中产生Na2CO3的原因有：（1）空气中的CO2和槽液中的NaOH反应生成，随着工业污染日趋严重，空气中的CO2越来越多，这一途径生成的Na2CO3不容忽视；（2）从NaOH 中带来的。根据GB 209-63，苛化法二级固体烧碱中Na2CO3的质量分数应不大于2.5%。当Na2CO3的质量浓度低于50g/L时，对槽液、镀层没有明显的影响；当Na2CO3的质量浓度大于80g/L时，对槽液性能及镀层质量均带来不良的影响，出现电流效率低、槽液升温快、分散能力差、镀层容易烧焦、电流密度开不大、添加剂消耗量相应增加等现象。Na2CO3的结晶温度在5℃ 以下，客户可以利用冬天的有利条件，将结晶的Na2CO3去除。一些客户在槽外设一个小的冷却槽，每天冷却一定的镀液来控制Na2CO3的质量浓度，保持较高的电流效率。有些客户在锌酸盐镀锌槽中使用CaO来去除Na2CO3，有一定的效果，但在锌－镍工艺中还没有尝试过。

1.2 配位剂的影响

孔较深的零部件需要沉积一定厚度的镀层时，往往添加较多的配位剂来提高深镀能力。其实这往往适得其反，添加过多的配位剂，会造成沉积速率慢；此外，对于滚镀工艺而言，由于滚筒内有效离子质量浓度的更新速率较慢，在零部件的尖端部位由于放电速率快而容易造成发黑等现象。其实要提高镀液的深镀能力，主要是控制锌的质量浓度，配位剂的影响是有限的，配位剂添加过量会带来负面效果。

1.3 温度的影响

升高温度会降低电极反应的活化能，使阴极极化降低，同时提高镀液中金属离子的扩散和迁移速率，从而有利于金属离子在阴极上析出，使沉积速率加快，但添加剂的消耗量也会相应地增加。温度过高（大于36℃）时，沉积速率很慢，镀层逐渐被溶解。这是因为升高温度有利于镍离子的电沉积，镀层中镍的质量分数大幅增加，而镍本身存在钝性，沉积速率逐渐降低，同时镀液的稳定性下降。温度最好控制在工艺范围的上限。

1.4 搅拌的影响

对于挂镀工艺而言，若没有阴极移动，就算镀液的深镀能力再好，挂钩处还是会出现发黑或漏镀的现象，而且电流密度需控制在工艺范围的下限，影响沉积速率。所以阴极移动对于挂镀而言是不可或缺的。锌离子与镍离子的质量浓度比是影响沉积速率的主要因素，若锌离子的质量浓度高、镍离子的质量浓度低，利用的电流密度小；相反时，利用的电流密度高，但很容易造成镀层中镍的质量分数偏高。只有将锌离子与镍离子的质量浓度比控制在工艺范围的上限，沉积速率才较快。现在有些添加剂，电流密度很高，都不会造成镀层烧焦，但电镀后的光亮性下降，外观较暗。

2 沉积不上镀层

若零部件在前处理时没有清洗干净，会导致沉积不上镀层。现在都在强调“环保”工艺，有些前处理工艺，碱液的质量浓度低，但除油效果并不好，零部件上的油脂并没有清除干净，从而导致沉积不上镀层。对于热处理的零部件或碳的质量分数偏高的零部件（如铸铁），酸洗时间不宜过长。这些材料中的碳只有很少一部分与铁形成固溶体，大多数以石墨或渗碳体的形式存在。石墨会降低氢的析出电位，阻碍锌的沉积。此外，由于工件表面粗糙，甚至覆盖有氧化层，若酸洗时间过长，容易导致过腐蚀。碳的析出，降低了氢的析出过电位，析氢更严重，很难沉积镀层。宜采用喷砂处理或镀件入槽后在高于正常电流5～10倍的电流下闪镀，再用3～5倍的电流加镀。若NaOH的质量浓度过低（低于90g/L），也容易造成沉积不上镀层。这是因为NaOH的质量浓度偏低时，镀液的导电性不佳，电流效率低，沉积上的镀层有被溶掉的可能。

3 盐雾性能

对于锌－镍电镀工艺，镀层中镍的质量分数、钝化液的性能都会影响盐雾性能。镀层中镍的质量分数必须控制在最佳的工艺范围内。钝化膜在晾干状态下，膜层很软，还处于凝胶状结构，含较多的水分，极易划伤、碰损。固化温度低时，膜的交联度低，孔隙较多，容易吸收外部的水分，钝化膜不牢固，耐蚀性差。钝化后加入后浸剂（含三价铬的封孔剂），在80℃下固化10min，在纯水中浸泡30s（检验零件的气密性），后浸剂被溶解，盐雾测试未达到24h；将固化温度提高到110℃，盐雾测试达到240h以上（白锈）。老化温度过高时，钝化膜因失水过多而产生龟裂、发脆，各项性能均恶化，盐雾性能也很差。

4 结语

对于锌－镍电镀工艺，除了上述常见的问题之外，关键是将锌离子和镍离子的质量浓度比控制在一个合适的范围内，易于操作与维护。还要控制好镀液的主要成分及无机、有机杂质的质量浓度，常做赫尔槽测试来确定镀液是否处于最佳的工作状态。经常采用小电流电解来净化镀液，生产过程中做到杂质不累积、不产生，将电镀故障控制在最低的水平。全面做好锌－镍镀槽的维护，详细记录添加数据，确保镀层的质量，减少不良品率，提高产能，从而降低电镀成本。

TQ 153

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1000-4742（2013）01-0047-02

2011-08-17