电镀锌镍合金生产故障处理

胡素荣，唐作琴，吴志勇

（中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川 绵阳 621900）

近年来，锌镍合金镀层作为高性能防护镀层得到越来越广泛的应用。含镍量为13 %左右的镀层耐腐蚀性是纯锌镀层的 5～8 倍［1］，是一种较为理想的替代氰化镀锌层的镀层。锌镍合金电镀存在的主要问题是镀液体系的适应性问题，生产不同形状零件时镀层的镍含量难以控制在最佳范围，钝化膜层颜色不稳定。本文就锌镍合金电镀半球形壳体时出现中电流密度区镀层发雾，钝化膜层颜色暗淡的故障进行了分析。通过降低各成分浓度，调整锌离子和镍离子的浓度比，适量添加光亮剂的措施排除了故障，得到了含镍量约13.7%的镀层。该故障分析为同行在锌镍合金电镀中提供一定的借鉴意义。

1 故障现象

半球形壳体电镀锌镍合金时，高电流密度区和低电流密度区镀层质量较好，钝化膜层颜色鲜艳饱满，而中电流密度区镀层发雾，钝化膜层颜色暗淡。

2 故障分析及处理

2.1 槽液及钝化液分析

对电镀槽液主要成分、钝化液成分及镀层的镍含量进行了分析，分析结果与工艺范围的对比结果如表1、2 所示。镀层镍含量为13.0%。从槽液和钝化液分析结果看，各成分含量均在工艺范围内，且镀层镍含量较合适。

表1 槽液成分及工艺范围Tab.1 Bath composition and process range

表2 钝化液成分及工艺范围Tab.2 Composition and process range of passivation solution

2.2 故障排除参考依据

由于使用的商品镀液，试剂厂家提供了部分故障处理措施，如表3。在本次故障分析实验中，根据现象对照调整槽液。

表3 故障排除参考Tab.3 Reference for troubleshooting

2.3 赫尔槽实验分析

对照工艺说明中的故障及处理措施，由于槽液及钝化液成分含量均在工艺范围，考虑添加剂含量的问题，对添加剂的加入量进行了赫尔槽实验。实验采用250 mL 赫尔槽，电流1.0 A，温度30 ℃，溶液的搅拌采用磁力搅拌。实验记录如表4。从表4 的实验结果分析，实验1 中加入0.1 mL 光亮剂和1.0 mL 络合剂能明显改善镀层的光亮性，但低电流密度区发雾状况仍然存在，在实验1 的基础上增加光亮剂，如实验2，镀层状况较实验1 没有改善反而恶化。保持0.1 mL 光亮剂的加入量，增加络合剂，如实验3，镀层状况恶化；减少络合剂，如实验4，镀层状况较实验1 稍有改善，说明0.5 mL 络合剂更合适。在实验4 的基础上逐渐增加光亮剂的加入量，加入0.2 mL 光亮剂时，镀层状况最好，再增加没有明显改善，当增加到0.5 mL 光亮剂时，仍然没有改善低电流密度区镀层发雾的状况。

表4 赫尔槽实验结果Tab.4 Results of Hull cell test

取生产槽液5.0 L，按实验5 的光亮剂和络合剂的加入量添加光亮剂4.0 mL，络合剂10 mL。挂镀实验0.5 h，镀层有较多针孔，说明加入添加剂没有改善镀层状况。

2.4 离子浓度调整实验

添加剂的调整没有改善镀层状况，由于镀液及钝化液成分均在工艺范围内且浓度偏上限，并且要得到镍含量13.0%左右的合金镀层，必须严格控制镀液中锌镍离子的浓度及两者的比值［2］，因此考虑离子浓度过高或比例不合适。取大槽溶液4.75 L，稀释至5.00 L，分析槽液成分：Zn2+浓度7.4 g·L-1，Ni2+浓度 0.75 g·L-1，NaOH 浓度 116.3 g·L-1。通过添加镍添加剂调整槽液镍离子浓度，其他组分浓度不变，进行赫尔槽实验和挂镀实验，赫尔槽实验条件为：250 mL 赫尔槽，电流1.0 A，温度30 ℃，磁力搅拌。挂镀实验条件为：电流密度2.0 A·dm-2，温度30 ℃，磁力搅拌。钝化条件为：温度45 ℃，pH 1.6，时间50 s，实验结果如表5 所示。实验1 表明，各组分浓度降低可以明显改善镀层质量；实验1～3 表明Zn2+浓度/Ni2+浓度在8.0～9.9 时镀层状况均较好，镀层镍含量也基本稳定且处于较好的状态。

表5 不同Zn2+/Ni2+浓度比的赫尔槽实验和挂镀实验结果Tab.5 Results of Hull cell test and hanging plating test with different Zn2+/Ni2+concentration ratio

2.5 生产槽液的调整

根据实验结果判定故障原因是各组分浓度过高，对生产线槽液进行电解虽然可以降低Zn2+浓度，但是效率低，浪费资源。先抽取部分槽液暂存，补充纯净水到液标，分析各组分浓度：Zn2+浓度7.9 g·L-1，Ni2+浓度 0.82 g·L-1，NaOH 浓度 115.6 g·L-1，Zn2+浓度/Ni2+浓度为9.6。进行壳体实验件电镀，故障现象仍存在，考虑可能各组分浓度仍过高，取5.0 L 溶液进行实验。边稀释槽液边分析Zn2+浓度，当Zn2+浓度降低到7.4 g·L-1时，分析Ni2+浓度为0.78 g·L-1，NaOH浓度108.4 g·L-1。在此浓度条件下进行挂镀实验，镀层质量较好，钝化膜层颜色正常，色泽鲜亮。

对生产线采用稀释的方法进行处理。先取槽液5.0 L，按计算量稀释，添加镀镍添加剂，稀释调整后的槽液浓度：Zn2+浓度 7.4 g·L-1，Ni2+浓度 0.83 g·L-1，NaOH 浓度106.6 g·L-1。对此槽液先进行赫尔槽实验，镀层光亮度欠佳，按0.3 mL·L-1加入光亮剂后，镀层状况良好。补充光亮剂后进行挂镀实验，镀层质量较好。对生产线槽液进行稀释调整，调整后槽液中 Zn2+和 Ni2+浓度不变，NaOH 浓度降到 106.1 g·L-1。按0.3 ml·L-1加入光亮剂后电解1.0 h，进行壳体实验件电镀，故障现象消除。

在后续的生产中，每周分析槽液成分，赫尔槽实验判断添加剂的补充量，并进行镀层镍含量的监测。槽液成分稳定可控，添加剂加入量满足镀层质量要求，镀层镍含量保持在13.7%左右。

3 结论

半球形壳体电镀锌镍合金时，中电流密度区镀层发雾，钝化膜层颜色暗淡的故障原因是槽液各组分含量过高。因此在槽液调整的时候，先调整Zn2+浓度至 7.0 g·L-1左右，再根据 Zn2+浓度/Ni2+浓度的比值调整Ni2+浓度，同时保证NaOH 浓度在105.0～110.0 g·L-1之间。对槽液勤分析，避免各组分浓度变化过大，同时多进行赫尔槽实验、调整添加剂的加入量、维持槽液稳定，这是保证镀层质量的有力措施。