电镀锌镍合金.pdf
电子电镀学术研讨会论文集 锌镍合金电镀 刘步婷 魏子东 (重庆大学化工学院 ) 摘要：目前钢铁上最常用的防护镀层是镀锌，锌作为防护层是一种比较廉价的金属，本文主要介绍电镀锌、镀镉及锌镍合金的性能、工艺、应用及发展情况。 关键词：锌镍合金；电镀 锌镍合金电镀摘要：锌镍合金电镀在日本出现已有20多年的历史，在工业用途、特别是电镀锌中得到广泛应用。由于成本低廉、与现有镀锌生产线兼容性好，锌镍合金电镀是一种理想的交替镀层，其中以锌为主。本文对锌镍合金电镀的现状进行综述。关键词：细镍合金；电镀1引言目前，钢铁上常用的防护涂层主要是镀锌。
由于镀镉毒性大、处理困难、环境污染严重，现已很少使用。但在一些用途中，锌不能提供必要的防腐保护，锅具仍被广泛使用。钢铁上的锌镀层基本上是阳极镀层，对基体起电化学保护作用，因而能有效地保护钢铁免遭腐蚀。电镀在表面处理中占有重要地位，约占总电镀量的60%。随着科技和现代工业的发展，对防护涂层的质量要求越来越高，传统的电镀锌涂层已不能完全满足要求。近年来，电镀锌合金的研究和应用越来越广泛。锌基合金一般指以锌为主要成分，含有少量其它金属的合金。目前，应用较为广泛的是锌与铁族金属形成的二元合金，即锌镍、锌钴、锌铁合金等。它们共同的特点是防腐性能好。由于铁族金属的原子结构和性质十分相似，因此它们与锌形成合金的共沉积也很相似。从电极电位来看，铁族金属电位比锌更正，但在共沉积时，铁比铁族金属更容易沉积，且优先沉积，这种沉积称为异常共沉积[2]。其特点是：锌与铁族金属在阴极表面共沉积时，随着H2在阴极表面析出，表面pH值升高，在阴极表面首先生成一层氢氧化锌胶体膜，抑制了铁族金属离子在阴极表面沉积，因此锌优先沉积在阴极表面。与锌镀层相比，锌合金镀层耐腐蚀性能更高，防护/gt级配好，但锌镍合金的研究更多，应用也更为广泛。
2、锌镍合金镀层、锌镀层与镉镀层性能比较2.1锌镀层与镉镀层的特点及性能比较长期以来，锌镀层和镉镀层一直被用作钢铁上的主要防护镀层。锌镀层经钝化后，其防护性能和装饰性能明显提高，在许多领域得到了广泛的应用。由于镀镉比镀锌不容易产生氢脆，因此已成为结构钢、高强度钢和弹簧构件的重要防护方法，但电镀后仍需进行严格的脱氢处理。下表1列出了镀镉和镀锌的镀层（镀层）性能的比较。涂（镀）层性能比较[3涂（镀）层性能镀镉镀锌防护性能好腐蚀产物体积小大与铝合金的腐蚀无是差覆盖性差氢脆性是延展性好差与基材的结合好与漆层的结合好导电性好润滑性差随着环境的恶化，电镀锌和镀镉及后处理对环境的污染越来越受到重视。由于镉的毒性较大，处理困难，因此电镀镉受到了严格的限制。但锌在盐水和潮湿的海洋大气中的耐蚀性不够好，容易产生较高的氢脆性。下表给出了锌镀层的腐蚀速度。锌涂层的腐蚀速度'4环境中的近似腐蚀速度，ttm/a乡村大气0.5~1城市或海洋大气1~10海洋大气05-2室内空气<015淡水2~20海水10~25去离子水50~200土壤-5(有的土壤中要求更高)由于锌涂层的这些不足，人们不断改进，寻找耐腐蚀性能更高的涂层来弥补这些不足。
其中锌镍合金镀层就是能弥补这些不足的镀层之一。2.2锌镍合金镀层的特点及其与镀锌层的比较表2131列出了锌镍合金镀层的特点及其与镀锌层的比较。从表中可以看出，从碱性溶液中沉积下来的锌镍合金层经过彩色或黑色钝化后，具有非常好的耐高温腐蚀性能，是镀锌层的高温耐腐蚀性能的4～5倍，更适合于电镀在较高温度下使用的机件；而从碱性镀液中沉积下来的锌镍合金，经彩色或黑色钝化后，其耐腐蚀性能是经同样处理后的锌镍层的4倍。因此，锌镍合金层比镀锌层更适合于电镀耐腐蚀性能要求更高的机件。表2 锌镍合金镀层与镀锌层性能对比 锌镍合金镀层对比 项目 镀锌层 碱性镀液 酸性镀液 合金质量分数(%) 59(Ni) 8～13(Ni) O 外观 良好 良好 硬度(HV) 200 2500 130 180 90～130 合金成分均匀性 良好 较差 耐磨性 良好 中等 中等 彩色钝化 2500 2500 960 耐腐蚀性 中等 黑色钝化 2500 800 盐雾试验 彩色钝化后钝化膜 1200 1000 240 红锈 200 热处理 2 黑色钝化 1000 240 时间(h) 彩色钝化 1000 踟Ｏ 240 层厚(5μm) 机械成型后 黑色钝化 1000 240 镀层与基体结合强度钝化膜的质量优于镀锌，另外，与传统镀锌相比，锌镍合金镀层具有更好的耐酶接触性能。
此外，研究人员还对比了同样厚度18μm经彩色钝化处理的锌、锌镍合金和镉合金接触时的腐蚀情况，采用热雾测试720h的腐蚀情况，数据列于表3。3.锌镍合金接触试验结果一、试件类型接触金属红锈面积铝铜黄铜不锈钢一、镀锌层>10%>10%>10%<10%一、锌镍合金0<10%<10%0从表3可以看出，锌镍合金与铝铜、黄铜、不锈钢等接触时的腐蚀情况明显优于镀锌层，锌镍合金镀层可以替代镉镀层，更安全地用作紧固件上的镀层。 3.锌及锌合金镀层技术与应用3.1电镀锌工艺电镀锌镀液有氰化物镀液。碱性无氟镀层、氯化物镀液和碱性锌酸盐镀层。氰化物电镀技术发展的关键是镀液中更有效的有机添加剂的开发和应用，而有机添加剂又是镀层的重点。一般来说，有机化合物作为光亮剂的组合，已由胺与环氧丙烷的缩合物发展到杂环化合物(如咪唑和吡啶及其衍生物等)与环氧丙烷的缩合物;氯化物镀锌近10年来发展比较缓慢。目前，船舶上使用的光亮剂多为三种物质的组合：主光亮剂(如醛类)、载体光亮剂(聚醚纯化合物等)和辅助光亮剂(潜酸盐等)。酸性氯化物镀锌和碱性无氰镀液无毒，而假氰化物镀锌溶液毒性较大。
我们还应该知道酸性氯基镀锌溶液会腐蚀设备，而碱性氰化物基和氰化物基溶液对设备无腐蚀作用。暴露在含有碱性氯化物基溶液和纯氯基溶液的空气中都会腐蚀生物，而酸性氯化物基溶液对生物几乎没有腐蚀作用。下面列举了镀锌溶液的特点。镀锌溶液特点碱性氯化物基溶液氯化物基溶液酸性氯化物基溶液低浓度高浓度低浓度高浓度高浓度高厚度下的延展性（>0.5）差一般溶液95-97%70-95%65-70%70-75%75-80%电镀分布差异良好优秀良好优秀商业电镀厚度要求优秀优秀优秀优秀优秀优秀3.2电镀锌冶金电镀锌冶金工艺有碱性和弱酸性氯化物镀液两大类。两种镀液各有优缺点：弱酸性氯化物镀液电流效率高（95%以上），沉淀速度快，氢脆性小，镀层耐蚀性和光亮度一般比电镀锌好，更适用于电镀锌冶金。碱性镀液最大的优点是分散性好，镀深能力强，无氧脆性，适合于复杂零件电镀，镀液成分简单，对设备腐蚀性小。其缺点是电流效率低，沉积速度慢，不能用于高碳钢、铸铁件的镀覆。但碱性镀液在分散性、静电密度较大范围内合金镀层比例的均匀性、工艺操作、成本等方面均不同于弱酸性镀液。
3.2.1酸性镀液酸性镀液与氰化物镀锌液类似，以氯化锌和氰化物为主要盐类，以氯化钾、氯化铵为导电剂，并添加光亮剂，其基本镀液组成及操作条件见表5。表5电镀锌-合金工艺镀液类别镀电位(g/c)及工艺盐镀液铵盐镀液氯化锌13065～75氯～130氯化钾230氯化铵200～240硼酸18～24pH值5～65～6温度(℃)24～3015～3阴极电流密度(A/din3)0.1～41～4酸性镀液的特点是：镀层中镍含量为10～13％。阴极激发效率高(95%～98%)，沉积速度快，处理方便，但镀层深度和广镀能力相对较低。因此，多用于钢板、钢带等形状简单的物品及电镀。3.2.2碱性镀液合金工艺碱性镀液(见表6)是在碱性无氰镀锌溶液的基础上，加入一定的镍络合盐和光亮剂，以获得均匀的镀层成分和镀层厚度。镀层镍含量多为7%～9%。镀液分散性好，对设备的腐蚀小，成本较低。近年来，碱性锌镍合金电镀发展很快，但此工艺不适宜电镀铸铁和硬钢，废水处理也较困难。 １～５ ０．５～４ １～５ （Ａ／din２） ４ 锌镍合金的应用 [１０１１Ｊ４．１ 国外情况 目前锌镍合金的应用十分广泛，在欧洲、日本、美国及亚洲各国都已得到广泛的应用，主要用于汽车、航空、机械、电机等工业。
生产上最早采用的锌镍合金是弱酸性氯化物钇合金镀液，由于铵盐不环保，逐渐用氯化钾型代替（镍合金用量为10～14%），可用于电镀标准件、紧固件、钢铸件及管状件等。近年来，碱性无氰锌镍合金镀层发展很快，应用也逐渐增多，适用于各类钢件电镀，但该镀液电流效率较低，氢脆性比弱酸性氯化物体系大。酸性镀液和碱性镀液各有特点，应根据具体用途选用。由于锌镍合金耐蚀性高、耐热性好，氢脆性小，因此被广泛用作镀镉层，在汽车、航空航天、军工产品上得到广泛应用。4.2国内应用情况目前，Zn-Ni合金应用较多。它于1987年首先用于电缆桥架和军工产品上，镀液多采用氯化铵型，后来采用氯化钾型，目前碱性锌酸盐型已开始广泛应用，主要用于中外合资企业生产进口汽车、航空航天、其他劳务产品及机械产品等。5锌镍合金的发展前景近年来，锌镍合金的研究和应用越来越广泛，主要是因为锌镍合金具有优异的耐蚀性、良好的防护/价格比、氢脆性小，已成为优良的镉替代镀层。锌镍合金的研究和应用不断朝着提高耐蚀性、装饰多样化、减少污染、降低成本和节省金属的方向发展，越来越受到人们的青睐。参考文献1 R. S. e Zinc Alloy . ，：324－－3322 王晖，付东晖。北方环境，2000年11月1日 3 吴一南. 锌合金电镀的发展. 电镀与精加工，24卷，2002年9月 4 . 微合金化锌电镀. . ，（ 5 黄俊东，吴俊，王银萍，黄庆安. 碱性锌镍合金电镀综述. 电镀与精加工，25卷，第2期，2003年3月 6 ， RS. 锌酸盐电沉积锌镍合金的研究. 新技术新工艺，1995，（2）：37-398。 James Ｂ，Bates Ａ. “锌镍合金锌酸盐电沉积的种类”。新技术新工艺学报，1995，（2）：37-398。