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高精密 高難度 電鍍技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者
鋅鍍層的外觀呈青白色，鋅相對原子質(zhì)量為65.38，密度為7.178/g/cm3，熔點(diǎn)為 420°C，鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.76V，易溶于酸，也溶于堿。電鍍鋅層的純度高，結(jié)構(gòu)比較均勻，在干燥空氣中幾乎不發(fā)生化學(xué)變化。鋅腐蝕的臨界濕度大于70%，因此在潮濕 的空氣中能與二氧化碳和氧作用生成一層由堿式碳酸鋅組成的薄膜，這層膜具有一定的緩蝕作用。
鍍鋅總量約占整個(gè)電鍍總量的60%。防腐是鋅鍍層最重要的技術(shù)性能，鋅鍍層是防止 鋼鐵免遭腐蝕的最重要、最經(jīng)濟(jì)、最簡便的手段。鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比鐵負(fù)，一般作為鋼 鐵制品的陽極鍍層，在電化學(xué)腐蝕環(huán)境中，當(dāng)鋅鍍層發(fā)生損傷，由于鋅的電位比鐵負(fù)，則鋅作為陽極先被溶解，而基體金屬鐵作為陰極受到保護(hù)。與其他金屬相比，鋅是相對便宜 而又易鍍覆的一種金屬，屬低值防蝕電鍍層，被廣泛用于保護(hù)鋼鐵件，特別是防止大氣腐蝕，也可用于裝飾性鍍層。在工業(yè)大氣、農(nóng)村大氣和海洋大氣中使用的鋼鐵制品均可選擇 鋅鍍層作為保護(hù)層，其防護(hù)壽命基本與鋅層厚度成正比，凡屬工業(yè)廢氣、燃料廢氣污染的大氣，鋅鍍層的耐蝕性較強(qiáng)。鋅鍍層經(jīng)鈍化之后，耐蝕性可提高5?8倍。
鍍鋅添加劑的研究最初是從酸性鍍液開始的。1907年R.C.Snowden發(fā)現(xiàn)酸性電解液中的甲醛可以降低鍍鋅層晶粒的尺寸。1908年E.C.Broadwell發(fā)明了由硫酸鋅和奈二磺酸鋅組成的鍍鋅液，被認(rèn)為是第一個(gè)成功的鍍鋅工藝鍍液。但該鍍液均一性較差，零件在電鍍前要徹底清洗。1916年氰化鍍鋅開始用于壓鍛鑄品的電鍍，由于氰化鍍鋅在不含添 加劑的情況下仍然可以得到良好、均一的鍍層，所以最早大面積推廣使用。1921年，W.Blum發(fā)展了無添加劑的堿性氰化物鍍鋅工藝，與現(xiàn)在使用的高氰鍍液成分變化不大。 隨后一些添加劑開始被推出并迅速得到發(fā)展。從硫脲、糠醛、動(dòng)物膠等逐漸發(fā)展為聚乙烯醇等聚合物添加劑。從1940年開始，許多無機(jī)金屬離子以及有機(jī)添加劑被用作光亮劑和 整平劑，以獲得穩(wěn)定、電流密度寬廣、成本低廉的鍍鋅工藝。其中最引人注目的是合成有機(jī)物，如多胺和含氮雜環(huán)化合物所形成的聚合物，它們不僅可在氰化物鍍液中很寬的電流 密度內(nèi)獲得極光亮的鍍膜，而且也適用于低氰、中氰和無氰的鍍鋅液，成為至今工業(yè)上應(yīng)用最廣的一類添加劑。在此期間酸性鍍鋅的發(fā)展也在繼續(xù)，許多添加劑也不斷被試用以使 其接近氰化鍍鋅。例如，在硫酸鹽鍍鋅液中加人吡啶、硫脲以及甘草等物質(zhì)以改善其均一性和光亮度。
20世紀(jì)70年代以前，鍍鋅電解液主要為氰化物鍍鋅，約占95%。60年代末由于環(huán)保意識的加強(qiáng)，氯化物及堿性無氰鍍鋅開始得到推廣。最早的酸性氯化物鍍鋅工藝于1963 年在聯(lián)邦德國誕生，主要是為了解決氰化物鍍鋅的廢水處理。堿性無氰鍍鋅是在鋅酸鹽溶 液中引人季銨化的聚亞乙基亞胺。70年代，氰化鍍鋅占93%，無氰堿性鍍鋅占4%，氯化 物鍍鋅占3%。由于無氰鍍鋅工藝的不斷改進(jìn)以及環(huán)保意識的進(jìn)一步加強(qiáng)，無氰鍍鋅工藝 得到迅速發(fā)展。最初的氯化物鍍鋅為氯化銨和鰲合劑的鍍液，但隨著酸性鉀鹽鍍鋅的引進(jìn)以及高性能表面活性劑的開發(fā)，酸性氯化物鍍鋅得到飛速發(fā)展〔1980—1990年特別是 其特有的導(dǎo)電性、高效率和亮度使其成為最廣泛使用的類型之一。作為早期的取代氰化鍍 鋅工藝，氯化物鍍鋅并不能達(dá)到氰化鍛鋅的效果，其均鍍能力較差。而堿性無氰鍍鋅由于其專有的高分散能力以及其他性能也得到發(fā)展，特別是近幾年，由于新型中間體的引人以 及堿性鍍鋅工藝上的改善，大大提高了鍍層及鍍液的性能，使其接近甚至在某些方面超過了氰化鍍鋅。不過現(xiàn)今酸性氯化物鍍鋅在各種鍍鋅液中仍然具有最大的占有率。到90年 代，國外氰化鍍鋅僅占20%，堿性無氰鍍鋅占30%，而氯化物鍍鋅占50%。且無氰鍍鋅 比例還在進(jìn)一步提高，其中氰化鍍鋅也逐漸向中、低甚至微氰方向發(fā)展。
鍍鋅溶液分為堿性鍍液、酸性鍍液、中性鍍液和弱酸性鍍液。堿性鍍液有氰化物鍍液、堿性鋅酸鹽鍍液、焦磷酸鹽鍍液等;酸性鍍液有硫酸鹽鍍液、氯化銨鍍液等;中性和弱酸性鍍液有氯化物鍍液等。雖然經(jīng)過電鍍?nèi)藛T不斷的研究開發(fā)，先后出現(xiàn)的電鍍鋅工藝 有幾十種，但真正實(shí)用的并不多。目前最常見的有以下幾種。
1)氰化物鍍鋅
氰化物鍍鋅是最成熟和最古老的工藝，采用配位能力極強(qiáng)且表面活性較好的氰化物為鋅離子的配位體，使得氰化物鍍鋅成為目前公認(rèn)最好的鍍鋅工藝。
2)堿性鋅酸鹽鍍鋅
1936年，E.Mantgell最早開始使用堿性鋅酸鹽鍍鋅，該鍍液具有良好的電流效率 和分散能力，但鍍層是海綿狀，無實(shí)用價(jià)值。70年代初，以DE或DPE為主體添加劑， 再配以某些輔助添加劑的工藝使得無氰堿性鋅酸鹽鍍鋅成為可能。DE或DPE添加劑， 分別是二甲基胺與環(huán)氧氯丙烷的縮合物和二甲氨基丙胺、乙二胺與環(huán)氧氯丙烷的縮合物。堿性鋅酸鹽鍍鋅是最早開發(fā)成功的無氰鍍鋅工藝，現(xiàn)已成為取代氰化物鍍鋅的主流工藝。
3)氯化物鍍鋅
1940年，德國的Hubbel和Weisberg申請了氯化銨7氯化鋅電鍍鋅專利。由于氨的揮發(fā)及其他缺點(diǎn)，19世紀(jì)60年代在德國研制成功了第一個(gè)用于商業(yè)生產(chǎn)的光亮氯化物鍍鋅工藝，中性氯化物鍍鋅鍍液于1967年用于工業(yè)。它們既適用于滾鍍又適用于吊鍍，且改進(jìn)后可高速鍍覆針材、帶材和線材，而中性鍍液比酸性鍍液有更好的分散能力，并 且具有比氰化物鍍液更快的沉積速度，且氯化物的廢水處理簡單。因此近年來發(fā)展得很快。
4)硫酸鹽鍍鋅
1908年，申請了硫酸鹽鍍鋅專利，盡管鍍層與基體的結(jié)合力較差，但該工藝仍被認(rèn)為是第一個(gè)成功的鍍鋅工藝。
在這些鍍鋅溶液中，硫酸鹽鍍液一般只用于線材、帶材等的連續(xù)電鍍。因?yàn)殇\酸鹽鍍液的電流效率較低，不適合于鑄鐵件、粉末冶金件的電鍍。相對而言，氰化物鍍液既可用于滾鍍，也可用于掛鍍，而鋅酸鹽鍍液以掛鍍居多，氯化物鍍液則主要用于滾鍍。
為了進(jìn)一步提高鍍鋅層的防護(hù)能力，同時(shí)使其外觀更具裝飾性，通常要在其表面人為 地形成一層致密的氧化膜，這一過程稱為鈍化處理。鈍化處理的溶液以六價(jià)鉻為主要成分，輔之以其他的無機(jī)酸或其鹽。改變鈍化溶液的輔助成分及其濃度，可以得到白色或藍(lán) 白色、彩色、黑色、綠色等色調(diào)的鈍化膜。這種鈍化膜由六價(jià)鉻、三價(jià)鉻、鋅離子等成分組成，具有一定的憎水性。鈍化膜中的六價(jià)鉻在膜層受損時(shí)可對受損部位進(jìn)行再鈍化，使 鈍化膜恢復(fù)完整。因此，經(jīng)過鈍化后的鋅鍍層的防護(hù)性較裸鋅層有很大提高，且鈍化膜的厚度不同，其提高的程度也不相同，一般為3?8倍。