钾盐镀锌载体光亮剂的优选及工艺

梁新中*，杜石峰

（山东鲁光(聊城)电镀技术有限公司，山东 聊城 252000）

钾盐镀锌从20 世纪80年代初兴起以来，广为使用。其原因是该工艺具有电流效率高，槽电压低，上锌速度快，光亮度高，操作方便，镀液成分简单，维护管理方便，使用电流密度和温度范围宽等特点。由于是弱酸性镀锌，镀液对设备的腐蚀较小，操作工无需戴手套操作，镀液溅到衣服及皮肤上也无需即时清理。这一点明显优于碱性镀锌。但其缺点是均镀能力 不如碱性镀锌。这主要归咎于钾盐镀锌所用的载体光亮剂。改善了钾盐镀锌的载体光亮剂，就能改善钾盐镀锌层的性能。

1 早期的载体光亮剂

20 世纪80年代初期，我国老一辈电镀工作者根据国外的资料报道，为我国镀锌行业总结出一款钾盐镀锌的工艺，其工艺配方如下：

氯化钾 180～240 g/L

氯化锌 40～80 g/L

硼酸 30～40 g/L

载体光亮剂 5～8 g/L

苄叉丙酮 0.2～0.4 g/L

苯甲酸钠 1.5～2.0 g/L

扩散剂NNO 0.8～1.2 g/L

烟酸 0.1 g/L

肉桂酸 0.2 g/L

早期的载体光亮剂是用平平加O 与硫酸磺化而成，与苄叉丙酮组合加入到钾盐镀锌工作液中，得到的镀锌层光亮度大幅提高，达到了镜面光亮的效果，与早期70年代使用的氯化铵-氨三乙酸型镀锌工艺相比，镀锌层的光亮度不可同日而语。因此，该工艺迅速抢占了镀锌业的市场。但是此类载体光亮剂与苄叉丙酮搭配后虽光亮度上去了，镀锌工作液的耐温性却不好，工作液的浊点太低，一般在30～32 °C 之间。因此冬季好用，夏季不好用；挂镀好用，滚镀不好用。要提高浊点，就必须选择更好的载体光亮剂。

进入20 世纪80年代中期，为了改善钾盐镀锌工作液的性能，人们开始从载体光亮剂入手。一是选择更好的、更适用于钾盐镀锌的表面活性剂，通过几年的探索，发现脂肪醇碳链长度在C12～C14 之间的较好；二是改进磺化的方法，于是就有了用聚氧乙烯脂肪醇醚(通常用OS-15)经尿素和氨基磺酸磺化后的新型载体问世。早期磺化温度控制在70～80 °C 时，载体光亮剂的浊点能达到60 °C，这时的综合光亮剂基本上已经满足了生产工艺的要求。后来磺化温度提高到120 °C，合成的载体光亮剂与苄叉丙酮组合可使浊点达到95 °C 以上。新配制的钾盐镀锌工作液基本上无浊点，镀液不混浊。然而浊点提高了，采用磺化后的载体光亮剂时深镀能力却明显下降，均镀能力也相应地变差。因此，片面追求高浊点，现在看来是得不偿失。

以苄叉丙酮为主光亮剂的组合光亮剂一般是单一添加的，分A、B 剂。A 剂配搭使用，B 剂平时补加。苄叉丙酮的使用量仍在上述范围(即0.2～0.4 g/L)。因此A 剂中含主光亮剂15～20 g/L，使用量为20 mL/L。B 剂中苄叉丙酮一般都在40～60 g/L 范围。价格决定含量。组合光亮剂的配制方法如下。

A 剂：

载体光亮剂 300 g/kg

苄叉丙酮 20 g/kg

苯甲酸钠 40～60 g/kg

扩散剂NNO 30～40 g/kg

烟酸 2 g/kg

肉桂酸 4 g/kg

B 剂：

载体光亮剂 400 g/kg

苄叉丙酮 40～60 g/kg

苯甲酸钠 40～60 g/kg

扩散剂NNO 30～40 g/kg

酒精(助溶) 适量

在钾盐镀锌工作液中，苄叉丙酮的使用量越大，镀锌层的脆性越大。其次，受磺化的载体光亮剂在镀锌液中分解残留物的影响，镀锌层的抗变色能力较差。这两点是组合光亮剂的致命弱点。

2 改进型载体光亮剂

以苄叉丙酮为主光亮剂与磺化后的载体光亮剂组成的组合光亮剂，在新配制的工作液中还是比较好用，亮度也好。但是使用一段时间后，就会造成钝化膜易变色的问题。这还是载体光亮剂在镀锌工作液中残留所致，即使进行大处理也很难彻底清除掉。其原因是苄叉丙酮属于油溶性物质，要加入到水基工作液中，需要大量的表面活性剂助溶，否则容易引起浑浊，并且达不到光亮的效果。到20 世纪90年代中期，以邻氯苯甲醛为主光亮剂的新型组合光亮剂面市了，其载体光亮剂的用量是苄叉丙酮用量的一半，所得镀层比用苄叉丙酮时更光亮，故很受市场欢迎。但其载体光亮剂与苄叉丙酮的载体光亮剂完全不同。工艺配方为：

氯化钾 180～240 g/L

氯化锌 40～60 g/L

硼酸 30～40 g/L

柔软剂(A) 20～25 g/L

光亮剂(B) 1～2 g/L

最初面市的邻氯苯甲醛用载体光亮剂为顺化的产品，即用壬基酚环氧乙烷加成物和顺丁烯二酸酐与焦亚硫酸的反应产物，外观为白色。配制成的组合光亮剂，无论是柔软剂还是光亮剂，也均为白色的外观。与苄叉丙酮型的组合光亮剂所不同的是，邻氯苯甲醛的组合光亮剂中不含扩散剂NNO，所以没有了颜色。应不应该保留扩散剂NNO，专家们各执一词。壬基酚聚氧乙烯醚是磺化的好还是顺化的好，也见仁见智。目前，采用邻氯苯甲醛为主光亮剂的组合光亮剂，同样采用磺化载体光亮剂的也为数不少。笔者从多年的经验及配制组合光亮剂的使用情况看，少加一点扩散剂NNO(15～20 g/L)能够明显改善高电流密度区的晶状现象，起到一定的整平作用。

邻氯苯甲醛同样是油溶性的物质，也需要载体光亮剂助溶，才能够加入到水基镀锌工作液中。由于邻氯苯甲醛自身的属性，其加入到镀锌工作液中后很容易被氧化成邻氯苯甲酸而失去光亮效果。这一点一直困扰着人们。因此，在实际操作中，边生产边补加光亮剂为不二之选。即使这样，随加随氧化的情况仍然存在。因此就把邻氯苯甲醛的含量配得很高来弥补这样的损失，其使用量与苄叉丙酮型组合光亮剂相比已经超过了一倍。某些品牌的邻氯苯甲醛组合光亮剂中，邻氯苯甲醛的含量达到了180 g/L。其实问题的症结仍在于载体光亮剂。所用的载体光亮剂虽然与邻氯苯甲醛匹配能够达到镜面光亮的效果，解决了镀锌层变色的问题，但是无法阻止邻氯苯甲醛在工作液中被氧化成邻氯苯甲酸。因此，新型的邻氯苯甲醛载体光亮剂须做到两点：一是能够阻止邻氯苯甲醛在镀液中的氧化，达到长效光亮的效果，这样其使用量就会降低；二是提高所得镀锌层的耐蚀能力，而且是靠邻氯苯甲醛组合光亮剂本身的作用，不是通过后处理钝化、封闭来提高耐蚀性。

3 新型载体光亮剂

以邻氯苯甲醛为主光亮剂的钾盐镀锌工艺凭借着亮丽外观、高光亮度而为市场所采纳，尤其是其蓝白钝化膜的蓝色外观，更为人们青睐。但是它的耐蚀性不好又让人们困惑。碱性镀锌虽耐蚀性好，但蓝白、银白钝化泛黄又不好看。因此，要改善钾盐镀锌的这些问题，还得从改善邻氯苯甲醛的载体光亮剂入手。

新型邻氯苯甲醛的载体光亮剂保留了钾盐镀锌工艺的特点，其中的表面活性剂更少，镀锌层的有机夹杂也就少，有益于钝化表面结合力的增强，耐蚀能力也相应地提高。这些新型载体光亮剂有别于上述载体光亮剂，采用了酯化而成的聚醚型表面活性剂，提高了载体光亮剂在镀锌工作液中的分散能力，使镀层更均匀，且具有低泡沫的效果。虽然其对邻氯苯甲醛的乳化能力不如壬基酚环氧乙烷加成物好，但润湿性能更好。这就使得新型载体光亮剂在镀锌工作液中与邻氯苯甲醛的匹配性更好。因此，以新型载体光亮剂配制的钾盐镀锌组合光亮剂，只作为柔软剂(A 剂)使用，光亮剂(B 剂)则由邻氯苯甲醛、壬基酚环氧乙烷加成物(乳化剂)等组合而成。这种新型的组合光亮剂加入到钾盐镀锌工作液中，保留了邻氯苯甲醛作主光亮剂时的优点，同时克服了以上提到的缺点，能有效阻止邻氯苯甲醛在镀锌工作液中被氧化成邻氯苯甲酸，使邻氯苯甲醛的光亮效果得以发挥，同时减少了邻氯苯甲醛的消耗，因此用量更少。

上述无论是苄叉丙酮型还是邻氯苯甲醛型组合光亮剂，均只采用了一种载体光亮剂配制而成。由于单一载体光亮剂本身的不足，在钾盐镀锌工作液中，氯化锌的适用范围比较窄，一般是40～60 g/L，在要求较好的深镀能力的情况下，均采用降低氯化锌含量、提高氯化钾含量的方法来实现。这样就造成了沉积速度减慢的趋势。在要求厚镀的情况下，电镀时间较长，生产效率较低。该工艺在实际生产试用中，镀锌工作液用过一段时间后，镀液中含有一定微量的铁杂质反而能提高镀液的深镀能力。在微量的铁杂质影响下，氯化锌的使用量可提高10 g/L，同样可获得良好的深镀能力。但用新型载体光亮剂配制的组合光亮剂中含有2 种不同的载体光亮剂，在钾盐镀锌工作液中，氯化锌使用范围较宽(40～90 g/L)，上限较老工艺提高了30 g/L，而且能获得较好的深镀能力。因此，在相同的工艺条件下，提高氯化锌的含量，也就提高了沉积速度，生产效率也就提高了。

4 结语

以上综述了与钾盐镀锌主光亮剂匹配的载体光亮剂的发展历程。使用单一载体光亮剂的组合光亮剂已经无法满足人们对镀锌层越来越高的要求。因此，选用2 种载体光亮剂的混合型组合光亮剂，能够提高钾盐镀锌的整体性能，有较好的深镀能力和均镀能力，镀层有机夹杂更少，耐蚀能力明显提高，钾盐镀锌工作液的使用浓度范围加大，电流密度使用范围也宽，更容易操作掌握。新配制的钾盐镀锌工作液的浊点为65 °C，在5～50 °C 范围内均能获得镜面全光亮的镀锌层，完全满足滚、挂镀锌两用的生产要求。

就主光亮剂而言，无论是苄叉丙酮还是邻氯苯甲醛，均依赖于较好的载体光亮剂才能形成好的组合光亮剂。好的组合光亮剂，必须具有较好的乳化性(这样表面活性剂的用量才能减少)和较好的润湿性(这样才能显著提高阴极极化度，而获得镜面光亮的镀层)。因此，新型载体光亮剂的出现，又使钾盐镀锌工艺整体性能向前迈进了一大步。

目前，钾盐镀锌使用的主光亮剂──苄叉丙酮和邻氯苯甲醛，均为油溶性的物质，需要消耗较多的表面活性剂来乳化才能使用。第三代主光亮剂──多醛类衍生物(Z-100)，则是水基型主光亮剂，不需要表面活性剂助溶就能够直接加入到钾盐镀锌工作液中。但目前的载体光亮剂与之组合只能得到一般亮度的镀层，还达不到镜面光亮，尚无与之匹配的载体光亮剂可选。因此，还需要广大电镀工作者努力，尽快有所突破。