电镀锌技术在工业中的发展和应用

2018-03-24喻济兵

船电技术 2018年2期

关键词：镀液氰化物镀锌

喻济兵

电镀锌技术在工业中的发展和应用

喻济兵

（海军驻武汉七一二所军事代表室，武汉 430064）

近年来，电镀锌技术在工业中的应用呈现出了良好的发展前景。为此，本文主要介绍了电镀锌技术在工业中的具体应用和机理，并对未来的发展做出了展望。

金属防腐电镀锌技术

0 引言

金属腐蚀问题一直是金属材料的通病。通过金属回收可以降低腐蚀造成的部分损失，但每年仍有10%左右的金属材料报废。腐蚀会造成金属材料无效化，造成巨大的经济损失。在2003年，因为金属腐蚀而引起的经济损失就高达5000亿元。在世界范围内，腐蚀引起的经济损失超出想象。腐蚀引起的损失不应只以金属损失的质量来计算，应包括冶炼金属与回收金属时消耗的能源[1]。同时腐蚀也会引起环境污染，如污染人们的土地资源和水资源。腐蚀还会造成设备与建筑等设施的损坏，轻则造成经济损失，重则会危害人身安全，许多的事故就是由腐蚀直接或者间接导致的[2]。因此，金属防腐蚀的研究意义重大。

目前对于金属防腐的研究主要分为两大类：金属合金化与金属表面处理。金属合金化是将被保护金属与特殊金属熔炼到一起，通过特殊金属的钝化来提高金属的耐腐蚀性。金属的表面处理则有很多种，主要有电镀、化学镀、机械镀、表面涂覆等方法。其中电镀技术具有工艺简单，工艺参数易于控制，成本低等优点，在金属防腐中被广泛应用[3]。

在电镀技术中，锌作为阳极材料被广泛使用，因为锌电极的标准电位低，对于阴极材料可以起到很好的保护作用[4]。但是未经处理的镀锌层在潮湿环境下，很容易发生氧化腐蚀，因此在电镀之后需要对镀锌层进行表面钝化处理，提高镀锌层的耐腐蚀性。上世纪以来，人们对防腐蚀技术进行了很多研究，电镀锌技术得到了快速发展，本文对几种应用较多的电镀锌技术进行了阐述和总结。

1 电镀锌技术

1.1电镀锌技术的化学机理

电镀，就是利用电解，在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程。与其他金属相比，锌是相对便宜而又易镀覆的一种金属，属低值防蚀电镀层。因此，电镀锌技术被广泛用于保护钢铁件，特别是防止大气腐蚀，并用于装饰。镀覆技术包括漕镀（或挂镀）、滚镀（适合小零件）、自动镀和连续镀（适合线材、带材）。电镀锌技术化学反应式为：

Zn2++2e-→Zn

1.2电镀锌的工艺流程

电镀锌的工艺流程一般如下所示：

铁件化学去油→热水洗→流水洗→酸洗除锈→两次流水洗→电解除油→热水洗→流水洗→1：2盐酸活化→流水洗→镀锌→水洗→出光→水洗→钝化→两次水洗→温水洗→烘干→检验→成品

根据镀液种类，可将电镀锌方法分为四种，氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、氯化物镀锌和硫酸盐镀锌。

1.2.1氰化物镀锌

氰化物镀锌是开发得最早的镀锌工艺，上世纪七十年代之前，氰化物电镀在电镀锌市场中占据着主要地位，因为它工艺方法十分简单，氰化物本身有着极好的去油效果，不需要在电镀前对零件进行复杂的前处理。在电镀过程中，氰化物电镀也无需搅拌，对镀液与添加剂的种类与浓度要求不高，电镀结束后镀液不用过滤。该方法的主要缺点在于氰化物对于环境的污染。上世纪七十年代之后，全世界各国的环境保护意识不断增加，氰化物电镀的方法也逐渐被淘汰，氰化物电镀也逐渐向低氰或无氰方向发展。陆江祥[5]根据其丰富的实践经验，全面分析了氰化物镀锌过程中的镀液及添加剂的成分及作用，操作条件及杂质对镀锌层的影响。

1.2.2酸性镀锌

酸性镀锌主要包括氯化物镀锌和硫酸盐镀锌。硫酸盐镀锌开发较早，该方法电流效率较高（60%~90%），镀层沉积速度较快，在线材和管材零件电镀锌中使用得较多。对于比较复杂的零件，硫酸盐镀锌则显现出镀层不够光亮，结晶能力不强的劣势。氯化物镀锌包括氯化铵镀锌和氯化钾镀锌，氯化铵镀锌方法应用稍早，由于使用了铵盐，该方法在生产过程中会产生刺鼻性气味，铵盐对设备也有一定的腐蚀，得到的镀层的分散能力和深镀能力也较差。氯化钾镀锌工艺则弥补了这方面的缺陷，其得到的镀层的分散能力与深镀能力都比较好，生产过程中也没有较大气味，电流效率很高，因此在生产中得到了越来越多的应用。王孝镕[6]等人自制了一种新的光亮剂应用于硫酸盐镀锌中，解决了高浓度硫酸锌镀液中载体光亮剂的浊点问题，综合性能也十分优秀。郭崇武[7]研发了一种CB-405低泡型氯化钾镀锌工艺，探究了该工艺过程中的添加剂用量、电流密度、温度、PH值等工艺条件对镀锌层的影响。

1.2.3碱性镀锌

碱性电镀主要是指锌酸盐电镀，该工艺是在上世纪六十年代发展起来的，它以较高浓度的氢氧化钠取代了氰化钠，对环境友好，得到的镀层的分散能力和覆盖能力都较好，电镀废水处理工艺也很容易，但该方法的缺点在于其对镀液与添加剂的要求比较严格，操作范围很窄，同时该方法的电流效率较低，镀层的沉积速度也较慢。肖鑫[8]等人成功研发了一种全光亮碱性锌酸盐镀锌工艺，采用自主研制的XY-03A型光亮剂，探究了镀锌过程中的工艺条件，最终得到的镀层光亮度高，结晶细致，镀液性能十分优秀。

2 总结

电镀经历了一百多年的历史，是历史上最长，使用最多的湿法沉积金属涂层的工艺。电镀在金属腐蚀的防护中占据着很重要的位置。由于我国锌资源丰富，因此价格低廉；另外锌的电极电位较铁为负，对钢铁基体来说它是阳极性镀层，能起到电化学保护作用，也就是以锌的牺牲来保护钢铁基体。镀锌层经过后处理之后不仅能得到漂亮的外观，而且还能大大提高其抗腐蚀能力。所以锌是电镀金属中用量最大的一种金属，据粗略统计，它在电镀总量中占据的份额要达到60%以止，是最量大面广的一种镀种。

当前，钢铁防腐中应用最广泛的仍然是镀锌技术。采用锌基及锌铝合金镀层进行表面防护的钢铁产品产量，在发达国家已经达到年钢产量的40%以上；而国内仅为10%，但正以6%的年增长量递增，具有良好的发展前景。

综上所述，电镀锌技术工艺简单，参数易于控制，得到的镀锌层经过处理后光亮平整，在钢铁等金属材料中应用得十分广泛，在电镀市场中占据着主导地位。同时我国的锌资源丰富，锌的价格较低，非常适合发展电镀锌技术。近些年来，处于对环境保护的考虑，电镀锌技术也想着高效率、低消耗、低排放等方向发展，开发出环保高效的电镀锌技术则是当前的一个非常重要的任务，同时应当加深一些机理方面的研究，我们对电镀锌技术的理解才会上升到一个新的层次。

[1] Jiakang Y U, Cao C, Tang H, et al. Semiconductor Electrochemistry and Localised Corrosion[J]. 腐蚀科学与防护技术, 1995, 7(1): 75-77.

[2] Magini G, Giallo P D, Valiensi M, et al. The corrosion of character :[M]. Norton, 1998.

[3] Marcus P. Corrosion mechanisms in theory and practice[J]. Crc Press, 2013.

[4] 陈菡. 镀锌防腐工艺[J]. 钢铁, 2007, 42(7): 38-42.

[5] 陆江祥. 氰化物镀锌工艺的生产实践[J]. 电镀与环保, 1994(1): 10-12.

[6] 王孝镕, 邹常诗, 郭振良, 等. 一种新的硫酸盐镀锌光亮剂的研制[J]. 表面技术, 2003, 32(1): 46-48.

[7] 郭崇武. 低泡型氯化钾镀锌工艺的开发与镀层性能研究[J]. 电镀与涂饰, 2014, 33(15): 651-655.

[8] 肖鑫, 易翔, 钟萍,等. 全光亮碱性锌酸盐镀锌工艺研究[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2008, 20(1): 62-64.

Development and Application of Electrogalvanizing Technology in Industry

Yu Jibing

(Naval Representatives Office in 712 Research Institute, Wuhan 430064, China )

TQ153.15