环保型高性能无氰碱性镀锌工艺

李雪珍，陈丽娟，郭伟荣

杭州东方表面技术有限公司（杭州，311122）

1、前言

电镀业是国民经济的重要组成部分。电镀和经济发展紧密相联，在我国体现很明显，经济发达的区域一般电镀产业也非常发达。电镀业的发展水平是反映一个国家特别是反映区域经济发展水平的重要标志，电镀业的发展水平是与地区经济发展和人民生活水平提高的需求相适应的，在我国电镀业已成为区域经济发展的一个重要支柱产业。

镀锌是世界上使用最为广泛和普遍的镀种之一，电镀锌及锌合金占电镀加工业总量的50%左右，镀锌（合金）层作为防护、装饰性镀层，广泛的应用在汽车、摩托车、日用五金制品、仪器仪表、家用电器等的零部件上，可以说在我们的周围镀锌层无所不在。

镀锌常规镀种工艺有：氰化镀锌工艺、氯化盐镀锌工艺、硫酸盐镀锌工艺、无氰碱性镀锌工艺等。氰化镀锌工艺镀层结晶细致、脆性小、抗蚀性能好，工艺抗杂能力强，溶液维护容易，为电镀厂广泛采纳，曾是镀锌镀种使用最多的工艺，缺点是镀液毒性大，属于国家清洁生产淘汰工艺。氯化盐镀锌工艺，以氯化钾镀锌工艺应用最为广泛，工艺镀层光亮度好，耐高温，电流效率高，广泛用于滚镀锌，也用于吊镀，是镀锌中常用的镀种；该工艺的缺点是镀层脆性大，钝化层抗变色能力差，对设备腐蚀性强，处理周期短。硫酸盐镀锌工艺主要用于快速电镀，如铁丝、钢带等的防腐性镀锌。无氰碱性镀锌工艺镀液成分简单，镀层细致，不腐蚀设备，适合自动线操作；也存在传统工艺镀层脆性大，耐高温能力弱，均镀能力差等缺点。

这几年，随着国民环保意识的增强和清洁生产工艺的不断深入，氰化镀锌工艺逐渐被取缔，而无氰碱性镀锌添加剂的质量性能也在不断提高，镀层脆性大、工艺均镀能力差、耐高温能力弱等缺陷不断被攻克，工艺不断完善，碱性无氰镀锌工艺也成了有氰工艺的完美替代工艺，也成为目前镀锌应用最为广泛的工艺。

2、工艺介绍

我国无氰碱性镀锌开始于上世纪60年代，基本工艺成分成熟，其关键性能受电镀添加剂的发展水平制约。我国传统的无氰碱性镀锌极化型添加剂基本上采用有机胺和各类环氧烷化合物加成反应产物，代表性的有DPE-3、DE等，光亮剂则采用各类芳香醛或芳香醛反应物，如香草醛、洋茉莉醛、ZB-80等，后来也发展出极化型添加剂与光亮剂两者合一的单组份添加剂。采用传统双组份或单组份添加剂^[1],工艺多数存在脆性大、均镀和深镀能力差，维护不方便等缺点。

本世纪初，随着国外无氰碱性镀锌添加剂及中间体的引进，我国的无氰碱性镀锌工艺也得到较大的提升：（1）设备上有了较大的改进，采用独立的溶锌槽和全惰性非溶解性阳极，这使得镀槽中的锌含量容易控制，主盐成分浓度的维护变的容易；（2）添加剂技术不断发展，近几年国内出现了许多无氰碱性镀锌中间体的供应商，如河北金日化工、武汉风帆化工、武汉吉和昌等等。国内供应的无氰碱性镀锌中间体品种的多样化和规模化，为我国无氰碱性镀锌添加剂性能的提高提供了广阔的空间。

在无氰碱性镀锌方面，我们一直希望碱性镀锌添加剂在公司原有产品的基础上，性能能有较大的突破。2008年开始，我公司组织研发人员从事环保型高性能无氰碱性镀锌工艺开发工作，开发初期，基本上采用市场上的中间体进行完全复配型组合，但发现电流效率、均镀能力、光亮度三个主要性能很难调和，无法超越公司原有的添加剂性能。经过技术人员长期摸索，我们最后采用市售中间体和部分自制原料相结合的方法，开发出了环保型高性能无氰碱性镀锌添加剂BZ-5，经过中试应用和大规模生产使用，该工艺近年来逐步稳定、成熟，与此同时，我们也开发了与其配套的环保型钝化及封闭工艺。

2.1 BZ-5环保型高性能无氰碱性镀锌工艺组成及参数

环保型后处理工艺：

2.2 BZ-5环保型高性能碱性无氰镀锌工艺特点

2.2．1工艺镀层脆性极小、延展性好

  以前的碱性无氰镀锌工艺主要缺点之一是脆性大，无法镀得超过15 um 厚的镀锌层，也无法承受200℃左右下数小时的除氢处理(容易鼓泡和起皮)^〔2〕。BZ-5工艺对中间体质量要求严格，使镀层夹杂尽量少的有机物，实现低脆性和高延展性的镀层。镀层延展性试验方法：采用本工艺，低碳钢铁片经化学除油、除锈、电解除油、活化后，镀上厚度25um左右的镀层，通过10次180度弯曲试验，镀层无脱落；同样电镀处理的铁片，在200℃下烘烤3小时后，马上入冷水进行骤冷试验，镀层无起泡和脱落现象。

2.2.2 具有很好的分散性能和深镀能力　

本工艺通过1A、30分钟的250mL赫尔槽试验，采用X荧光测厚仪测试片距两端1厘米的镀层，镀层厚度相差在25%以内，明显优于传统工艺。本工艺采用以无机盐为主的净化剂，通过反应沉淀的方法除去镀液杂质，镀液的高清洁度保证了工艺较强的深镀能力。本工艺适合形状相当复杂的工件电镀，产品不易出现挂具疤现象。

2.2.3 镀层光亮均匀、易钝化　

现在市场上多数无氰碱性镀锌添加剂采用有机络合剂，如羧酸化合物、植酸、EDTA等，用以去除金属杂质、提高工艺深镀能力。络合剂的存在很容易使铁、铜等金属杂质共沉积到镀层，使后续的钝化膜出现发黄、发雾现象。本工艺采用优异的中间体，镀层有机杂质夹杂少，同时添加剂不采用络合剂除杂，镀层金属杂质也极少共沉积，因此所得镀层光亮均匀，钝化层色泽鲜艳、均匀，镀层抗盐雾性能好。

2.2.4 电流效率较高

在正常工艺要求下，本工艺电流效率在55-80％。电流密度为2A/dm²条件下，镀层沉积速度为0.4 um/min左右。 如果采用更高的锌含量可以实现更高的电流效率。而市场上近年出现的无氰碱性添加剂，许多在正常工艺条件下，电流效率只有50-60％。

2.2.5 可操作范围宽　

传统工艺如DPE-3工艺，操作温度一般在30℃以下，添加剂用量需要严格控制，容易出现脆性、起泡、深镀能力差等问题。本工艺可以在0.5-8A/dm²及5-40℃下操作，正常情况下添加剂用量范围宽，多加、少加都不易出现问题。

2.2.6 添加剂消耗量少　

本工艺添加剂正常添加量，BZ-5A、BZ-5B为80-150ml/KAH,除去带出损耗，添加量很低，而BZ-5C除了开槽添加、与片碱同时补加外，平时无需使用。

2.2.7 废水容易处理

 本工艺不采用络合剂，废水稍作简单处理就可以实现排放。

3．结语

环保型高性能无氰碱性镀锌工艺BZ-5，镀层具有脆性小、延展性好、光亮均匀、易钝化等特点，工艺具有很好的分散性能和深镀能力，电流效率高，可操作范围广，添加剂消耗少，废水易处理。该工艺明显优于传统碱性无氰镀锌工艺，是替代代氰化镀锌工艺的最佳选择。

〔参考文献〕

1. 卢和义，丁建，张欣等. 碱性镀锌添加剂的应用研究〔j〕.汽车技术,1993(3):5-7.
2. 王池，张红利. 环保型碱性镀锌工艺介绍〔j〕.材料保护，2007,40(2) :64-66.