动态下高速镀锌工艺的研究

顾云飞, 邵忠财, 田 微, 朱学松

（1.沈阳兴华航空电器有限责任公司,辽宁沈阳 110144;2.沈阳理工大学,辽宁沈阳 110168）

动态下高速镀锌工艺的研究

顾云飞1, 邵忠财2, 田 微2, 朱学松2

（1.沈阳兴华航空电器有限责任公司,辽宁沈阳 110144;2.沈阳理工大学,辽宁沈阳 110168）

对高速镀锌工艺进行了优化,并通过SEM及X射线衍射等方法分别研究了动态条件下镀锌的工艺参数对镀层微观形貌、结晶取向度以及耐黑变性能的影响,确定最佳工艺条件为:Zn2+120 g/L,流速3.2 m/s,p H值2.2,50 A/dm2,40℃。

高速镀锌;黑变;结晶取向

0 前言

镀锌产品广泛应用于工业、农牧渔业、能源、交通、化工、轻工、家电、建筑、通讯以及国防等领域[1-4]。动态下高速镀锌与静态浸镀锌相比,既降低生产成本,减小环境污染,又可以节约人力、电力,改善工厂环境,缩小工厂面积,大大提高生产效率,还可以为电镀的自动化创造非常有利的条件[5]。因此,本文对动态下高速镀锌工艺及杂质对镀层的影响进行了研究。

1 动态下高速镀锌的工艺条件

高速镀锌的工艺条件为:Zn2+100 g/L,流速3.2 m/s,p H值2,30 A/dm2,50℃。在其他条件不变的情况下,改变其中1个因素,研究该因素对镀层性能的影响。

2 镀液流速对镀层的影响

2.1 镀液流速对镀层微观形貌的影响

图1为不同流速下所得镀层的扫描电镜照片。由图1可知:镀层表面由片状晶粒无序地层叠在一起,流速为2.4 m/s时所得镀层的晶粒要比流速为4.0 m/s时所得镀层的晶粒稍微粗大。这是由于大的流速降低了浓差极化,说明随着镀液流速的增大,镀层的结晶更加细致。

图1 不同流速下所得镀层的扫描电镜照片

2.2 镀液流速对结晶取向度的影响

图2为在不同流速下所得镀层的X射线衍射图。由图2可计算出在不同流速下所得镀层的各个晶面的择优取向度,如图3所示。由图3可知:晶面（002）,（004）的择优取向度占优,都要大于2,但是随着镀液流速的增加而缓慢的减少;晶面（100）,（101）,（102）,（103）的择优取向度都比较小,但都随着镀液流速的增大而增大。

2.3 镀液流速对耐湿热性能的影响

试片在温度为50℃,湿度为95%的条件下进行24 h叠片湿热实验,实验结果,如图4所示。

由图4可知:在镀液流速为0 m/s（静态）时,黑变程度最大,随着流速的增大,镀层黑变程度逐渐减小;当流速大于3.2 m/s时,随着流速的继续增大,黑变程度变化不大。联系流速对镀层晶面择优取向度来看,晶面（002）,（004）的择优取向度减小,耐黑变能力变差,其他晶面择优取向度增大,耐黑变能力增强。

图2 不同流速下所得镀层的X射线衍射图

图3 镀液流速对镀层晶面择优取向度的影响

图4 镀液流速对镀层黑变的影响

3 电流密度对镀层的影响

在其他工艺条件不变的情况下,分别在电流密度为10 A/dm2,20 A/dm2,30 A/dm2,40 A/dm2,50 A/dm2下进行电镀实验。

3.1 电流密度对镀层表观形貌的影响

图5是电流密度为10 A/dm2和50 A/dm2时所得镀层的扫描电镜照片。

由图5可知:电流密度为10 A/dm2时所得镀层的晶粒要比电流密度为50 A/dm2时所得镀层的晶粒粗大很多;且电流密度为50 A/dm2时所得镀层的表面相对要平整,排列更为紧密。这是由于随着电流密度的增大,阴极极化也增大,镀层的结晶就更加细致。

图5 不同电流密度下所得镀层的扫描电镜照片

3.2 电流密度对晶面择优取向度的影响

图6为在不同电流密度下所得镀层的X射线衍射图。由图6计算出在不同电流密度下所得镀层的各个晶面择优取向度,如图7所示。由图7可知:晶面（002）,（004）的择优取向度占优,均大于1.5,其他晶面的择优取向度比较小,均小于1.0;从电流密度对晶面择优取向度的影响来看,晶面（002）,（110）,（004）的择优取向度都随着电流密度的增大而减小,晶面（004）减小得最快;晶面（100）,（101）,（102）,（103）的择优取向度都随着电流密度的增大而增大。

图6 不同电流密度下所得镀层的X射线衍射图

图7 电流密度对晶面择优取向的影响图

3.3 电流密度对耐湿热性能的影响

试片在温度为50℃,湿度为95%的条件下进行24 h叠片湿热实验,实验结果,如图8所示。

由图8可知:电流密度对镀层的黑变程度有较大影响,总体来说,随着电流密度的增加,镀锌层的耐黑变性能增强;当电流密度为50 A/dm2时所得镀层的耐黑变性能最强;当电流密度小于30 A/dm2时,镀层的黑变程度随着电流密度的增加而快速降低;当电流密度大于30 A/dm2时,镀层的黑变程度随着电流密度的增加而缓慢降低。这是因为随着电流密度的增大,阴极极化也变大,镀层的结晶也比较细致,耐黑变性能增强。结合电流密度对镀层晶面择优取向度来看,随着电流密度的增大,晶面（002）,（004）,（110）的择优取向度减小,耐黑变能力变差;其他晶面的择优取向度增大,耐黑变能力增强,这点与流速对镀层影响的结果一致。

图8 电流密度对镀层黑变的影响

4 pH值对耐湿热性能的影响

试片在温度为50℃,湿度为95%的条件下进行24 h叠片湿热实验,实验结果,如图9所示。

由图9可知:当镀液的p H值很小时,镀层的黑变程度很大,随着p H值的逐渐增大,镀层的黑变程度逐渐减小;当p H值为2.2时,镀层的黑变程度最小。

5 主盐对耐湿热性能的影响

Zn2+的质量浓度对镀层质量的影响很大。在较高的电流密度下,Zn2+的质量浓度低于80 g/L时,镀层的表面发黑,根本得不到光亮的合格镀层。这是因为在电镀的瞬间,少量的Zn2+不能够满足高的电流密度,只有在较高的质量浓度下,才能得到合格的镀层。虽然随着Zn2+的质量浓度的增大,镀液的黏度也变大,但是在有一定流速的情况下,黏度稍高不会影响Zn2+的扩散。

图10为试片在温度为50℃,湿度为95%的条件下进行24 h叠片湿热实验的结果。

由图10可知:随着 Zn2+的质量浓度的增大,镀层的黑变程度变小,当其质量浓度为120 g/L时,黑变程度最小。

图9 p H值对镀层黑变的影响

图10 Zn2+对镀层黑变的影响

图11 温度对镀层黑变的影响

6 温度对耐湿热性能的影响

图11为试片在温度为50℃,湿度为95%的条件下进行24小时叠片湿热实验的结果。

由图11可知:随着温度的升高,镀层的黑变程度慢慢降低。这是由于温度的升高,增强了Zn2+的扩散能力,使镀层变的细致,耐黑变性能增强。但是考虑到温度过高对于实际生产线来说增加了热能的消耗,故温度为40℃即可。

7 结论

本文主要研究了动态下高速镀锌的工艺参数对镀层的微观形貌、耐黑变性能和晶面择优取向度的影响,确定最佳工艺条件为:Zn2+120 g/L,流速3.2 m/s,p H值2.2,50 A/dm2,40℃。

[1] 安茂忠.电镀理论与技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004:87-102.

[2] 虢明芳.中国镀锌领域与锌工业发展[J].技术与装备,2007（3）:20-22.

[3] 俞钢强.中国镀锌工业的发展及对锌的需求[J].世界有色金属,1999（8）:19-21.

[4] Alfanzazi M,Dreisinger D B.The role of zinc and sulfuric acid concentrations on zinc electrowinning from industrial sulfate based electrolyte[J].Journal of Applied Electrochemistry,2001,31（6）:641-646.

[5] Tripathy B C.Zinc electrowinning from acidic sulphate solutions Part IV:Effects of perfluorocarboxylic acids[J].Journal of Electroanalytical Chemistry,2004,27（10）:49-56.

A Research on High Speed Electrogalvanizing Process in Dynamic State

GU Yun-fei1, SHAO Zhong-cai2, TIAN Wei2, ZHU Xue-song2

（1.Shenyang Xinhua Aero-Electric Appliance Co.Ltd.,Shenyang 110144,China;2.Shenyang Ligong University,Shenyang 110168,China）

The high speed electrogalvanizing process was optimized and the effects of technological parameters on the performances of coating,including black patina resistance,micro-morphology and degree of orientation of crystal face,were investigated by SEM and XRD analyses in dynamic state respectively.The best process conditions were determined as:concentration of zinc ion 120 g/L,flow rate 3.2 m/s,p H 2.2,50 A/dm2,40℃.

high speed electrogalvanizing;black patina;crystal orientation

TQ 153

A

1000-4742（2011）06-0012-04

2010-12-27