低主盐浓度酸性锌−镍合金电镀工艺

低主盐浓度酸性锌−镍合金电镀工艺

范世军、季学明、张存富

（安美特（中国）化学有限公司，江苏南京）

电镀锌-镍合金具有优良的耐腐蚀性能，应用越来越广泛[1]。锌-镍合金的性能受其Ni含量的影响，当锌-镍合金镀层中Ni的质量分数为12%~15%时， %,镍与锌形成合金,其晶体结构为γ相,具有较强的耐磨性和耐腐蚀性(是普通镀锌层的几十倍),氢脆性小[2-5]。锌-镍合金镀层镀液主要分为碱性和酸性两种，碱性锌镍合金镀液分散性好，可控制镀层镍含量在12%～15%范围内，从而获得耐蚀性优良的锌镍合金镀层。而且在较宽的电流密度范围内都可以获得成分均匀、亮度一致的镀层。 但碱性锌镍合金电镀电流效率较低，特别是镀液老化后电流效率仅为30%～40%，在高碳钢、铸铁件上镀层困难。酸性锌镍合金电镀效率达90%以上，可直接在高碳钢、铸铁件上电镀。

ZINNI 220电镀锌镍合金工艺采用酸性氯化物体系镀液，主盐浓度较低，所得镀层性能优良，在成本、废水处理方面也具有优势，本文介绍其在汽车铸铁上的应用以卡尺（见图1）为例。

图 1. 酸性 ZINNI 220 镀液中的 Zn-Ni 合金卡钳 1

1 ZINNI 220电镀锌镍合金工艺1.1镀液组成

锌离子10～30g/L、镍离子7～20g/L、氯离子130～160g/L、适量添加剂。

1.2 工艺流程

热浸脱脂→超声波清洗→3次逆流水洗→40%~50%（体积分数，下同）盐酸洗→3次逆流水洗→超声波清洗→水洗→阳极电解→3次逆流水洗→活化→ 2次逆流水洗→酸性Zn-Ni合金电镀→3次逆流水洗→0.1%~0.2%盐酸抛光→水洗→三价铬钝化→3次逆流水洗→封孔→整平→烘干。

1.3 注意事项

1.3.1电镀前预处理

铸铁件含碳量较高，组织疏松多孔，有大量砂眼、缩孔，表面有大量石墨和游离碳化物[2]。经盐酸清洗后，发现铸铁表面有大量的碳粒和石墨，如不清除，会降低氢的过电位，造成严重的析氢现象，阻碍电沉积，因此必须进行超声波清洗，以保证性能涂层的超声波清洗频率一般为25～40kHz，功率应大于5W/L。

1.3.2 电镀设备及条件

锌阳极和镍阳极可分别悬挂，无需采用双阳极、双整流器的复杂工艺，锌阳极的面积是镍阳极的3~6倍，其比可根据镀液中锌离子和镍离子的含量比例来调整锌、镍阳极面积，电镀过程采用压缩空气搅拌、阴极摆动。

1.3.3电镀液组成及工艺参数控制

建议使用化学纯或分析纯试剂配制电镀液，目前市面上部分氯化钾含有防潮剂等各种防结块剂，这些物质对槽液的危害不可忽视。无法通过化学方法解决，会严重影响涂层的性能。

锌-镍合金镀层中镍含量对其耐蚀性影响较大，当镍质量分数为12%～15%时，锌-镍合金镀层的耐蚀性最好，镍含量也会影响镀层的外观质量。镀层和低区移动。为了获得稳定、高性能的镀层，除严格控制电流密度、主盐浓度和添加剂含量外，还要研究镀液pH值和温度对镀层的影响。镀层的镍含量也很关键，一般来说，适宜的电镀参数为：pH值5.2～5.8、温度30～45℃、时间30～40min。

另外，锌阳极不能装在钛篮中，因为当电压高于7V时，钛篮可能会损坏并污染镀液。当停止生产时，锌阳极会迅速溶解在酸性Zn -Ni合金镀液。如果停产超过1天，必须将锌阳极从镀液中取出。停产期间防止锌阳极溶解的方法有两种：一种是将镀液转移转入备用槽内保存，锌阳极就会自然与镀液分离；另一种是将锌阳极整块转入备用槽内。

1.3.4镀后处理

与电镀锌一样，为了提高酸性锌镍合金的耐蚀性和装饰性，酸性锌镍合金镀层必须经过抛光、三价铬钝化、封闭或喷涂等处理。作为汽车安全件，刹车系统的安全、有效刹车卡钳的密封性是保证行车安全的前提，使用的密封胶在装配后必须能与刹车油共存，市售的很多密封胶膜会溶解在刹车油中，造成油路堵塞，导致刹车系统失效。因此，必须慎重选择合适的密封剂，建议使用无机密封剂。

2 ZINNI 220体系电镀锌镍合金的性能2.1电流效率与沉积速度

从表1可以看出，酸性ZINNI 220锌镍合金电镀的电流效率在90%以上，远高于碱性ZNA锌镍合金电镀的电流效率，在电流密度为2 A/dm2是后者的两倍。

表1 不同体系中Zn-Ni合金的电流效率及沉积速率

2.2 涂层组织及相结构

使用ZEISS SUPRA 40VP扫描电子显微镜观察发现，酸性Zn-Ni合金镀层具有与碱性Zn-Ni合金镀层相似的柱状结构，如图2所示。

图 2 Zn-Ni 合金的横截面（a）和酸的横截面（b），

2.2 涂层显微硬度

采用MH-5显微硬度计测得酸性Zn-Ni合金镀层在试验力为294.2 N、试验时间为15 s条件下的显微硬度为540 HV，与碱性Zn-Ni合金镀层的显微硬度相当（ 560 HV），这在一定程度上保证了酸性Zn-Ni合金镀层具有良好的耐磨性[6]。

2.3 涂层耐腐蚀性能

采用酸性ZINNI 220工艺制备厚度为8~25μm的Zn-Ni合金镀层样品，依次经过 DB三价铬钝化工艺和300W无机封闭工艺处理，然后进行中性盐雾试验按照DIN EN ISO 9227：盐雾试验标准进行测试。结果表明，采用该工艺获得的酸性锌镍合金镀层在盐雾试验条件下满足240小时无白锈、720小时无红锈的要求。中性盐雾试验。另外，采用该工艺获得的Zn-Ni合金镀层能够通过不同汽车厂家的循环腐蚀试验如德国大众（VW）汽车试验标准PV 1210、通用汽车标准等。

3 结论

目前ZINNI 220电镀锌镍合金工艺已在多条电镀生产线上投入使用，具有绿色环保、生产成本低等优点，具体如下：

（1）镀液中不含铵、硼酸；镍离子浓度低，带出镍离子量少。

（2）开缸费用低，携带损失小，降低了运行费用；废水中镍浓度低，节省了废水处理费用；高低电流密度区均匀，低区镀速快，降低材料消耗；TOC（总有机碳）含量低，初始槽浓度低，操作范围宽，它很容易控制。