不同电镀锌添加剂对钝化膜外观与耐蚀性的影响

江茜*，胡哲，戴建和，杨娟，李玉梁，王杰

（武汉吉和昌化工科技股份有限公司，湖北 武汉 430023）



不同电镀锌添加剂对钝化膜外观与耐蚀性的影响

江茜*，胡哲，戴建和，杨娟，李玉梁，王杰

（武汉吉和昌化工科技股份有限公司，湖北 武汉 430023）

分别以碱性锌酸盐镀锌添加剂、钾盐镀锌油溶性添加剂、钾盐镀锌水溶性添加剂制备锌层，然后采用相同的三价铬钝化工艺，研究了不同电镀锌添加剂对钝化膜外观与耐蚀性的影响。结果表明：使用酸锌水溶性添加剂所得锌层钝化膜的耐盐雾性能最佳，在实际应用过程中可在同等钝化条件下替代中低端锌酸盐镀锌，使钝化膜兼具功能性与装饰性。

电镀锌；添加剂；蓝白钝化；外观；耐蚀性；中性盐雾试验

First-author’s address: Wuhan Jadechem Chemicals Co.， Ltd.， Wuhan 430023， China

自20世纪六七十年代国外成功研究了镀锌层银盐、铜盐的六价铬黑色钝化工艺，且在生产中得以广泛应用以来，国内外专家对镀锌钝化机理、工艺、配方等方面的研究一直在不断地深入发展，且取得了非常多的成果［1-3］。镀锌钝化的研究大多都是基于改善钝化膜的外观、耐蚀性能、环保性等方面进行，然而影响钝化膜性能的因素除钝化本身外，作为基础的电镀锌层的质量也至关重要。

国内电镀锌按电镀溶液可分为四大类：氰化物镀锌，锌酸盐镀锌，钾盐镀锌，以及硫酸盐镀锌。不同类型、不同质量的锌层在同一钝化条件下所得钝化膜外观及耐蚀性能会有差异［4-8］。本文分别以采用碱性锌酸盐镀锌添加剂、钾盐镀锌油溶性添加剂、钾盐镀锌水溶性添加剂时所得锌层为基础，研究了不同电镀锌添加剂对钝化膜外观与耐蚀性的影响，最终确定可使钝化膜兼具功能性与装饰性的电镀添加剂。

1　实验

1. 1 试剂及仪器

以图1所示的脚轮为试验工件，其主要包含支架（35 mm × 14 mm × 1.2 mm）和垫圈（47 mm × 7 mm × 4 mm）两部分。

氧化锌（分析纯）、锌粉（分析纯）、氯化锌（分析纯）、硝酸（分析纯），四成化学试剂公司；氢氧化钠（工业级），天津渤天化工有限责任公司；氯化钾（电镀级），葫芦岛海隆化工有限公司；硼酸（工业级），上海世硼贸易有限公司；碱性锌酸盐镀锌添加剂628、钾盐镀锌油溶性添加剂801、钾盐镀锌水溶性添加剂808、低盐雾三价铬蓝白钝化剂Cr-B1N、三价铬黑色钝化剂Cr-H4，武汉吉和昌化工科技股份有限公司；BJ-200高效水基清洗剂，武汉百洁科贸有限公司。

图1 试验用的脚轮Figure 1 Caster to be tested

PHS-3C型雷磁pH计（上海仪器科学股份有限公司）；DHG-9075A型电热鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；XB-OTS-60精密型盐雾试验机（东莞市欣宝有限公司）；FB-9517型全无油润滑空气压缩机（上海捷豹压缩机制造有限公司）；CJJ78-1磁力加热搅拌器（无锡市华东化学试剂有限公司）；JE-1002电子天平（上海蒲春计量仪器有限公司）。

1. 2 实验过程

工艺流程为：除油→水洗→电镀锌（平均厚度8 μm）→水洗→出光→水洗→钝化→水洗→热风吹干。

1. 2. 1 除油

BJ-200高效水基清洗剂3%，温度50 °C，浸洗3 min。

1. 2. 2 电镀锌

1. 2. 2. 1 挂镀，碱性锌酸盐镀锌添加剂628系列

氧化锌12 g/L，氢氧化钠125 g/L，628A 14 ～ 16 mL/L，628B 1 mL/L，628C 20 mL/L，阴极电流密度2 ～ 4 A/dm2，时间20 min。

1. 2. 2. 2 挂镀，钾盐镀锌油溶性添加剂801系列

氯化钾220 ～ 230 g/L，氯化锌65 g/L，硼酸30 g/L，801A 1 mL/L，801B 30 mL/L，阴极电流密度1 ～ 2 A/dm2，时间10 min。

1. 2. 2. 3 挂镀，钾盐镀锌水溶性添加剂808系列

氯化钾220 ～ 230 g/L，氯化锌65 g/L，硼酸30 g/L，808A 1 mL/L，808B 30 mL/L，阴极电流密度1 ～ 2 A/dm2，时间10 min。

1. 2. 3 出光

稀硝酸3‰，时间1 ～ 3 s。

1. 2. 4 钝化

1. 2. 4. 1 蓝白钝

低盐雾三价铬蓝白钝化剂Cr-B1N 30 mL/L，温度20 ～ 35 °C，pH 2.0，时间40 s，均匀空气搅拌。

1. 2. 4. 2 黑钝

三价铬黑色钝化剂Cr-H4 180 mL/L，温度25 ～ 35 °C，pH 2.0，时间20 s，均匀空气搅拌。

1. 3 中性盐雾测试

根据GB/T 9791-2003《锌、镉、铝-锌合金和锌-铝合金的铬酸盐转化膜试验方法》和GB/T 6461-2002《金属基体上金属和其他无机覆盖层 经腐蚀试验后的试样和试件的评级》进行中性盐雾测试与评级［9-10］。中性盐雾试验操作条件如下：氯化钠含量在配制时为5%，实验中是4% ～ 6%，每天标定浓度一次；pH在配制时为6.5，实验中是6.5 ～ 7.2（收集后测定）；压缩空气压力（1.00 ± 0.01） kgf/cm2（相当于0.098 MPa左右），连续不中断；喷雾量1.0 ～ 2.0 mL/h，收集面积80 cm2，至少收集16 h，求平均值；压力桶温度（47 ± 1） °C；试验温度（35 ± 1） °C，每天至少测试2次，间隔至少7 h；试验室相对湿度85%。

2　结果与讨论

2. 1 电镀锌添加剂对钝化膜外观的影响

使用不同电镀工艺所得锌镀层在同一钝化工艺条件下所得钝化膜的外观均呈均匀的蓝白色。但碱锌628、酸锌801所得锌层钝化后的膜层较使用酸锌水溶性添加剂808所得锌层钝化后的膜层更加光亮，酸锌801所得锌层钝化后的膜层则较易发黄。

2. 2 电镀锌添加剂对钝化膜耐盐雾性能的影响

使用不同电镀锌添加剂，在同一钝化工艺条件下，对钝化膜耐盐雾性能的影响，结果酸锌水溶性添加剂808 + Cr-B1N钝化的试样能耐32 h，碱锌添加剂628 + Cr-B1N钝化能耐24 h，酸锌油溶性添加剂801 + Cr-B1N钝化能耐20 h。可见，酸锌使用水溶性添加剂808所得锌层钝化膜耐中性盐雾时间最长，同一钝化工艺条件下甚至超过使用628添加剂所得碱锌钝化膜。

盐雾测试结束后，工件出现白锈的情况如图2-4所示。经历36 h盐雾试验后，酸锌水溶性添加剂808配合三价铬钝化剂Cr-B1N所得钝化膜的白锈面积小于分别经历 24 h盐雾试验的碱锌添加剂628加三价铬钝化剂Cr-B1N和经历20 h盐雾试验的酸锌油溶性添加剂801加三价铬钝化剂Cr-B1N所得钝化膜产生的白锈面积。

图2 酸锌水溶性添加剂808+钝化Cr-B1N所得试样经32 h中性盐雾试验后的照片Figure 2 Photos showing the samples electroplated with water-soluble acid zinc additive 808 and passivated with Cr-B1N after a 32-hour neutral salt spray test

图3 碱锌添加剂628+钝化Cr-B1N所得试样经24 h中性盐雾试验后的照片Figure 3 Photos showing the samples electroplated with alkaline zinc additive 628 and passivated with Cr-B1N after a 24-hour neutral salt spray test

图4 酸锌油溶性添加剂801+钝化Cr-B1N所得试样经20 h中性盐雾试验后的照片Figure 4 Photos showing the samples electroplated with oil-soluble acid zinc additive 801 and passivated with Cr-B1N after a 20-hour neutral salt spray test

由此可知，同一钝化工艺条件下，使用酸锌水溶性添加剂 808所得锌层钝化膜的耐盐雾性能最佳。在实际应用过程中，甚至可在同等钝化条件下替代中低端碱锌，使钝化膜兼具功能性与装饰性。

电镀锌是进行钝化处理的基础，也是保证钝化膜质量的关键。若锌层分散性、致密度较差，厚度较薄，即使有良好的钝化液，适当的工艺参数、设备条件以及技术高超的操作人员，也无法获得符合质量要求的钝化膜。酸锌水溶性添加剂808，其主光亮剂可完全水溶，无刺激性气味，辅助剂中只含少量载体光亮剂，因此槽液中有机物含量较使用油溶性添加剂大幅减少，锌层中夹杂的有机杂质也相应降低，镀锌层分布更加均匀致密，从而极大地改善了钝化膜的外观与耐盐雾性能，使之在同一钝化工艺条件下，更加均匀美观，耐蚀性能更加优异。

3　应用实例

在铸铁件上往往采用锌酸盐镀锌，但其存在电流效率低、上锌慢等缺点，而传统钾盐镀锌光亮剂分散性差，锌层脆性大，难以满足市场要求。钾盐镀锌水溶性光亮剂 808恰好弥补了两者的缺点，在同等厚度及钝化条件下，其钝化膜的外观及耐蚀性能较中低端碱性锌层更具优越性。青岛某电镀厂挂镀铸铁件产品，先后使用国内多家公司提供的油性光亮剂，均出现低区凹槽处发黑现象，且发黑处无法形成钝化膜，如图5所示。

使用钾盐镀锌水溶性光亮剂808后，低区凹槽部分完全变亮，钝化后更加均匀美观，如图6所示。

除挂镀件外，滚镀件也同样会因镀锌添加剂的不同而在同一钝化条件下得到不同质量的钝化膜。深圳某电镀厂采用钾盐镀锌水溶性光亮剂808滚镀的产品经钝化后，得到了高质量的钝化膜，如图7所示。

图5 某铸铁件用A公司提供的油性光亮剂钾盐镀锌并钝化后的外观Figure 5 Appearance of a casting treated by potassium chloride zinc plating with a company’s oil-based brightener and passivation

图6 某铸铁件用水溶性光亮剂808钾盐镀锌并钝化后的外观Figure 6 Appearance of a casting treated by potassium chloride zinc plating with water-soluble brightener 808 and passivation

图7 滚镀产品经水溶性光亮剂808钾盐镀锌并钝化后的外观Figure 7 Appearance of products treated by potassium chloride zinc barrel plating with water-soluble brightener 808 and passivation

在标准件上，用传统钾盐镀锌光亮剂所得工件，钝化后颜色相差较大，而采用水溶性光亮剂808所得锌层，钝化后颜色更加均匀美观。浙江衢州某标准件电镀厂使用钾盐镀锌水溶性光亮剂 808加三价铬蓝白钝化后所得产品如图8所示。

图8 某标准件使用水溶性光亮剂808钾盐镀锌加蓝白钝化处理后的外观Figure 8 Appearance of a standard part treated by potassium chloride zinc plating with water-soluble brightener 808 and blue-white passivation

4　结论

（1） 电镀锌是进行钝化处理的基础，也是保证钝化膜质量的关键因素。

（2） 对于酸锌而言，采用水溶性添加剂所得镀层的钝化膜比采用油溶性添加剂所得镀层的钝化膜更加均匀、美观，耐蚀性能更加优异。

（3） 在实际应用过程中，酸锌水溶性添加剂甚至可在同等钝化条件下替代中低端碱锌，使钝化膜兼具功能性与装饰性。

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［2］ 刘国琴， 李金花， 周保学. 镀锌层三价铬黑钝化工艺及其对耐蚀性的影响［J］. 电镀与环保， 2009， 29 （1）： 34-37.

［3］ 陈春成. 镀锌层三价铬钝化工艺［J］. 电镀与精饰， 2006， 28 （2）： 26-29.

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［5］ 张体群， 陆萍， 周宁雅， 等. 光亮添加剂在硫酸盐电镀锌钢丝生产中的应用［J］. 金属制品， 2011， 37 （1）： 45-48.

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［ 编辑：温靖邦 ］

Effects of different zinc electroplating additives on appearance and corrosion resistance of passivation film on zinc coating

JⅠANG Qian*， HU Zhe， DAⅠ Jian-he， YANG Juan， LⅠ Yu-liang， WANG Jie

Zinc coatings were electroplated with alkaline zincate zinc plating additive， oil-soluble potassium chloride zinc plating additive， and water-soluble potassium chloride zinc plating additive respectively， and then treated with a same trivalent chromium passivation process. The effects of different zinc plating additives on appearance and corrosion resistance of passivation film were studied. The results showed that the passivation film formed on the zinc coating prepared with a water-soluble acid zinc plating additive has the best resistance to salt spray corrosion. Ⅰn practical applications， acid zinc electroplating with a water-soluble additive makes the passivation films having both functional and decorative effects， being an alternative for low to mid-class zincate zinc electroplating under the same passivation conditions.

zinc electroplating； additive； blue-white passivation； appearance； corrosion resistance； neutral salt spray test

TQ153.15； TG178

A

1004 - 227X （2016） 07 - 0354 - 04

2015-08-20

2016-02-05

江茜（1987-），女，湖北武汉人，硕士，从事电镀后处理研究。

作者联系方式：（E-mail） 599218263@qq.com。