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锌 电 镀林红 化工07-1班 3070313129【摘要】 锌作为化学电源的负极材料，不仅来源丰富，而且具有优良的电化学性能。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，被广泛用于保护钢铁件，特别是防止大气腐蚀，并用于装饰。而所谓电镀锌就是利用电解，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。镀锌是应用最广泛的一个镀种，占总电镀量的60%以上。锌镀层经钝化处理、染色或涂覆护光剂后，能显著提高其防护性和装饰性。 【关键词】 电镀锌 镀锌电解液 工作原理 镀后处理 热镀锌一、引言概述 锌是一种灰白色金属，100-150塑性好，可压延，密度：7.14 g/cm3； 熔点：419 ; 原子量：65.38 电极电位为: 0.76 V，电化当量：1.22 g/(Ah)。锌是典型的两性金属，易溶于酸，也溶于碱： Zn 2HCl ZnCl2 H2 Zn 2NaOH Na2ZnO2 H2 在锌上，氢的析出过电位较高，因此，较纯的锌锌溶解反应不易发生。当锌中含有电位比较正的金属杂质时，电化学溶解进行得很快。可利用锌的这种特性，组成牺牲阳极型镀层，保护基体金属免遭腐蚀。纯净的镀锌层，在常温、干燥条件下比较稳定，在潮湿条件下容易生成一层(3Zn(OH)2ZnCO3)（白色膜，俗称长白毛）。通常在良好环境下需： 710 m，中等环境下需：1525 m， 恶劣环境下则需： 25 m。在含氯离子介质中，锌不耐腐蚀，在海水中不稳定，在高温高湿气候条件下或在有机酸气氛里，容易长“白毛”而失去金属光泽，丧失或降低防护作用。 锌基合金镀层具有耐蚀性高、延展性好、涂装性好、氢脆低、内应力小等优点，必将取代锌镀层、铬镀层和镉镀层，在汽车、航空、航天、仪器、仪表、建筑和电子等工业中得到广泛应用。在国外，锌基合金电镀已有应用，而国内此技术尚处于研究开发阶段，相应的基础理论研究均极少。镀锌层对钢铁基体来说(Fe2/Fe 0.44V)是典型的阳极镀层，它对基体金属起电化学保护作用。由于它在干燥的空气中比较稳定，而且成本较低，目前广泛的应用大气条件下黑色金属的防护层，在机械、电子、仪表和轻工等方面也得到。 镀锌层的防护能力与镀层的厚度有关，镀层厚，防护性强。锌的硬度较低，不适于易磨损零件。镀锌层经钝化处理后，其防护性能大大提高。一般说来，对于相同厚度的镀层，其防蚀能力可提高58倍，而且还能使表面美观。锌易溶于酸，也能溶于碱，故称它为两性金属。锌在干燥的空气中几乎不发生变化。在潮湿的空气中，锌表面会生成致密的碱式碳酸锌膜。在含二氧化硫、硫化氢以及海洋性气氛中，锌的耐蚀性较差，尤其在高温高湿含有机酸的气氛里，锌镀层极易被腐蚀。锌的标准电极电位为-0.76V，对钢铁基体来说，锌镀层属于阳极性镀层，它主要用于防止钢铁的腐蚀，其防护性能的优劣与镀层厚度关系甚大。锌镀层经钝化处理、染色或涂覆护光剂后，能显著提高其防护性和装饰性。近年来，随着镀锌工艺的发展，高性能镀锌光亮剂的采用，镀锌已从单纯的防护目的进入防护-装饰性应用。二、镀锌电解液 镀锌电解液按络合剂类型：氰化物镀锌和无氰镀锌。 按酸碱性：碱性镀锌和弱酸性镀锌（1） 氰化物镀锌：由于氰化物是一种良好的络合剂，氰化物镀锌电解液具有阴极极化大，分散能力好，镀层致密，镀层质量好。但是氰化物电解液剧毒，对环境污染严重，近年来已趋向于采用低氰、微氰、无氰镀锌溶液。目前大多数厂家已不使用。（2）无氰镀锌可分为（弱）酸性和碱性等若干类型。 主要有：酸性：氯化钾型弱酸性电解液；氯化氨型弱酸性电解 液；硫酸盐、氟硼酸盐电解液等 碱性： 碱性锌酸盐电解液、焦磷酸盐电解液、三乙醇 氨、乙二胺四乙酸二钠盐电解液等三、工作原理1、镀液的配制（于氰化物为例） 氰化物镀糟可用钢板、玻璃钢、PVC等材料制成。按所需体积计算好各种药品用量，配制时遵守安全操作规程，防止药品中毒。配制方法为： (1)用水溶解氢氧化钠和氰化钠，水量应控制在需配体积的一半左右； (2)将氧化锌用少量水先调成糊状，缓缓加入5060的上述溶液中，搅拌使之完全溶解；(3)加水至所需体积，搅拌均匀，取样分析，调整浓度； (4)以低电流密度(0.10.2Adm2)连续电解12h以上(用瓦楞形大面积阴极或用面积大的铁板作 阴极)；(5)加入光亮剂后，搅拌均匀，即可试镀。氰化镀锌的电极反应，氰化镀锌镀液中络离子的主要形式虽然Zn(CN)4 2-、Zn(OH)42，但在放电时，它们均转化成表面络合物Zn(OH)2，因此在阴极上： 主反应为： Zn(OH)2 +2e =Zn +2OH 副反应为： 2H2O + 2e =H2+ 2OH 在阳极上： Zn 2e =Zn2+ 当阳极钝化： 4OH 4e =O2十2H2O2、镀液中杂质的影响及去除(1) 铜、铅等重金属杂质 一般由试剂或阳极纯度不高而带入,这些金属进入镀层后，出光过程中发黑，或钝化后钝化膜颜色变暗，可采用以下几种方法除去： 1) 低电流密度(0.10.2Adm2)电解 2) 适当地加入Na2S，使铜、铅等离子以硫化物形成沉淀析出，但过量的硫化物必须在开始电镀之前完全除净，否则得不到正常锌镀层。(2) 有机杂质 主要来源于添加剂的分解产物，有时造成镀层粗糙、条纹等缺陷，可以用活性炭消除有机杂质的影响。 (3) 碳酸钠 镀液中碳酸钠是由氰化钠、氢氧化钠与空气中二氧化碳反应生成。当碳酸钠积累到50gL时，会严重影响镀液的阴极电流效率，镀层也会发暗、发花。常用加人石灰乳或冷冻的办法除去。在盛有镀锌液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的正极和负极联接。镀锌液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后，镀锌液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入镀锌液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度，需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。镀锌时，阳极材料的质量、镀锌液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量，需要适时进行控制。镀锌层的后处理包括：去氢、钝化、着色。3、镀后处理 锌镀层的镀后处理，包括除氢、出光和钝化等工序。其目的是为了消除电镀过程中产生的一些缺陷，改善锌镀层的理化性能及基材的机械性能，提高镀层的抗蚀能力、延长寿命。 1) 除氢 在酸洗、阴极除油以及电镀过程中，都不可避免地要产生氢。氢渗入镀层和基体金属内部致使材料的韧性大大降低而变脆的现象叫做氢脆。电镀和酸洗过程中产生的氢，并非全部渗入金属中去，有相当一部分化合成氢分子，变成氢气，逸人大气中，只有少部分原子态氢能向金属中扩散，并潜入金属晶格。而为了消除氢脆的危害，一般采用加热处理的办法： 按照GB9799，对那些基体经过表面淬火处理的钢件，应在1902220下进行处理，时间不少于2h。 其他钢件必须在电镀后4h之内按表5-3中规定进行除氢。 弹簧零件、薄壁零件(壁厚在0.5mm以下)，高强钢零件，必须进行除氢。 铜和铜合金零件可以不除氢。 对不能加温太高的零件(如锡焊件等)，可采用较低温度(140160)，延长除氢时间四、应用热镀锌热镀锌是由较古老的热镀方法发展而来的，自从1836年法国把热镀锌应用于工业以来，已经有一百七十年的历史了。然而，热镀锌工业是近三十年来伴随冷轧带钢的飞速发展而得到了大规模发展。 热镀锌板的生产工序主要包括：原板准备镀前处理热浸镀镀后处理成品检验等。按照习惯往往根据镀前处理方法的不同把热镀锌工艺分为线外退火和线内退火两大类。即湿法 （单张钢板热镀锌法）、线外退火（单张钢板热镀锌法）、热镀锌 惠林（Wheeling）法（带钢连续热镀锌法） 、线内退火 森吉米尔（Sendzimir）法（保护气体法）、 改良森吉米尔法、美钢联法（同日本川崎法）、赛拉斯（Selas）法和莎伦（Sharon）法。 1 线外退火：就是热轧或冷轧钢板进入热镀锌作业线之前，首先在抽底式退火炉或罩式退火炉中进行再结晶退火，这样，镀锌线就不存在退火工序了。钢板在热镀锌之前必须保持一个无氧化物和其他脏物存在的洁净的纯铁活性表面。这种方法是先由酸洗的方法把经退火的表面氧化铁皮清除，然后涂上一层由氯化锌或由氯化铵和氯化锌混合组成的溶剂进行保护，从而防止钢板再被氧化。 （1）湿法热镀锌：钢板表面的溶剂不经烘干（即表面还是湿的）就进入起表面覆盖有熔融态溶剂的锌液进行热镀锌。此方法的缺点是： a.只能在无铅状态下镀锌，镀层的合金层很厚且粘附性很坏。 b.生成的锌渣都积存在锌液和铅液的界面处而不能沉积锅底（因为锌渣的比重大于锌液而小于铅液），这样钢板因穿过锌层污染了表面。因此，该方法已基本被淘汰。（2）单张钢板：这种方法一般是采用热轧叠轧板作为原料，首先把经过退火的钢板送入酸洗车间,用硫酸或盐酸清除钢板表面的氧热镀锌法化铁皮。酸洗之后的钢板立即进入水箱中浸泡等待镀锌,这样可以防止钢板再氧化。后经过酸洗、水清洗、挤干、烘干、进入锌锅（温度一直保持在445465）热镀锌，再进行涂油和铬化处理。这种方法生产的热镀锌板比湿法镀锌成品质量有显著提高，只对小规模生产有一定价值。 （3）惠林法热：该连续镀锌生产线包括碱液脱脂、盐酸酸洗、水冲洗、涂溶剂、烘干等一系列前处理工序，而且原板进入镀锌线镀锌前还需要进行罩式炉退火。这种方法生产工艺复杂，生产成本高，更为主要的是此方法生产的产品常常带有溶剂缺陷，影响镀层的耐蚀性。并且锌锅中的AL常常和钢板表面的溶剂发生作用生成三氯化铝而耗掉，镀层的粘附性变坏。因而此方法虽然已问世近三十年，但在世界热镀锌行业中并未得到发展。 2线内退火：就是由冷轧或热轧车间直接提供带卷作为热镀锌的原板，在热镀锌作业线内进行气体保护再结晶退火。属于这个类行业的热镀锌方法包括：森吉米尔法、改良森吉米尔法、美钢联法（同日本川崎法）；赛拉斯法；莎伦法。 森吉米尔法：它是把退火工艺和热镀锌工艺联合起来，其线内退火主要包括氧化炉，还原炉两部份组成。带钢在氧化炉中煤气火焰直接加热到450度左右，把带钢表面残存的轧制油烧掉，净化表面。后再把带钢加热到700-800度完成再结晶退火，经冷却段控制进锌锅前温度在480度左右，最后在不接触空气的情况下进入锌锅镀锌，因此，森吉米尔法产量高、镀锌质量较好，此法曾得到广泛应用。 美钢联法：它是森吉米尔法的一个变种，它仅仅是利用一个碱性电解脱脂槽取代了氧化炉的脱脂作用，其余工序与森吉米尔法基本相同。在原板进入作业线后，首先进行电解脱脂，而后水洗、烘干，再通过有保护气体的还原炉进行再结晶退火，最后在密封情况下进入锌锅热镀锌。这种方法因带钢不经过氧化炉加热，所以表面的氧化膜较薄，可适当降低还原炉中保护气体的氢含量。这样，对炉安全和降低生产成本有利。但是，由于带钢得不到预加热就进入还原炉中，这样无疑提高了还原炉的热负荷，影响炉子的寿命。因此这种方法并未得广泛应用。 赛拉斯法: 又称火焰直接加热法；首先带钢经碱洗脱脂，而后用盐酸清除表面的氧化皮，并经水洗、烘干后再进入由煤气火焰直接加热的立式线内退火炉，通过严格控制炉内煤气和空气的焰烧比例，使之在煤气过剩和氧气不足的情况下进行不完全焰烧，从而使炉内造成还原气氛。使其快速加热达到再结晶温度并在低氢保护气氛下冷却带钢，最后在密闭情况下浸入锌液，进行热镀锌。该法设备紧凑，投资费用低，产量高（最高可达50/小时）。但生产工艺复杂，特别是在机组停止运转时，为了避免烧断带钢，需要采用炉子横移离开钢带的方法，这样操作问题很多，所以，热镀锌工业采用此法很少。 莎伦法：1939年美国莎伦公司投产一台新型的热镀锌机组，所以也叫莎伦法。该法是在退火炉内向带钢喷射氯化氢气体并使带钢达到再结晶温度，所以也称为气体酸洗法。采用氯化氢气体酸洗，不但能去除带钢表面的氧化皮，而且同时去除了带钢表面的油脂，由于带钢表面被氧化气体腐蚀，形成麻面，所以使用莎伦法所得到的镀层粘附性特别好。但是由于设备腐蚀严重，由此造成很高的设备维修和更新费用。因而此种方法很少被采用。 改良森吉米：它是一种更优越的热镀锌工艺方法；它把森吉米尔法中各自独立的氧化炉和还原炉由一个截面积较小的过道连接起来，这样包括预热炉、还原炉和冷却段在内的整个退火炉构成一个有机整体。实践证明，该法具有许多优点：