碱性锌镍合金工艺参数对镀层的影响-赵洪凯.doc

论文碱性锌镍合金工艺参数对镀层的影响吉林东光奥威汽车制动系统有限公司表面处理分厂赵洪凯摘 要 总结了碱性锌镍合金工艺参数对镀层的影响及镀液的稳定性因素，提出了解决方法和预防措施，展现了锌镍合金工艺的发展前景。关键词 锌镍合金 ； 镀层 ； 工艺参数 ； 钝化； 稳定性1 前言电镀锌镍合金是在电镀锌的基础上发展起来的一种高耐蚀性合金镀层，并已经在汽车、航空等领域获得了广泛的使用。有关文献中指出，镀层镍含量在8%15%具有较高的耐蚀性，其中合金中含有13%的镍含量最好，可进行彩色、绿色、黑色以及透明色等后处理。大量的实验证明，其耐蚀能力远远超过镀锌层，为纯锌的48倍。其耐蚀性主要与合金中的镍含量有关，因此要保证得到足够的镍含量，工艺参数的控制是至关重要的。随着我厂新产品的研制与开发，BORA A4、神龙富康、长安面包以及羚羊等产品都要求采用锌镍合金作防腐工艺，而且众多的汽车零部件厂家对以锌镍合金镀层作为防腐产品的需求。我分厂为适应新产品的开发和市场的需求，同时按照一汽大众公司的TL244标准，对锌镍合金电镀液及锌镍合金镀层的含镍量的要求，镀层的镍含量在12-15%时镀层的防腐蚀能力最强。我们新增了碱性锌镍合金项目，引进了德国具有世界领先水平的，工艺性能稳定的碱性体系的锌镍合金电镀液，（德国实乐达公司制造溶液，国内浩金公司销售）配方组成为：锌5.08.0g/l；镍0.51.5g/l；游离氢氧化钠100140g/l；ZN51 3550ml/l；ZN52 6585ml/l；ZN5 3310ml/l；ZN54 0.52.0ml/l；ZN56 0.51.5ml/l；温度3337；阴极电流密度1.52.5A/dm2。现将本工艺在生产实践中对影响工艺性能的方方面面，总结如下，以供参考。2 影响工艺性能的因素2.1 温度的影响碱性锌镍合金溶液对温度的要求很严，它是非常重要的工艺因素之一，在本工艺中它对锌镍合金在镀层中的分布影响极大。本工艺要求温度范围很窄，在33-37之间，在此范围内溶液稳定，合金镀层中镍含量保持在1215%之间。当镀液温度高于37后，镍离子共沉积速度急剧加快，合金镀层中镍离子含量大于15%甚至更大，这时镀层看起来呈亮银白色，镀层在彩虹色钝化时钝化膜无色或呈蓝黄色，无彩色膜；在黑色钝化时会出现黑彩虹色钝化膜。当温度低于33时，锌离子共沉积速度加快，合金镀层中锌离子含量增加，镍离子含量低于12%或更低，这时造成的结果是镀层钝化时钝化膜为淡黄色或无色钝化膜，而且淡黄色钝化膜容易擦掉，轻微接触就会擦掉。这种情况我们在生产中也曾遇到过，当时温度不够，生产人员急于生产，将零件进行电镀，电镀过程中检查镀层颜色亮度均正常，但在钝化时出现问题，即钝化膜颜色为非常淡的黄色，有些则根本没有颜色。经询问生产人员后进行综合分析得知，是由于温度过低造成镍含量偏低所至。因此我们认为必须严格控制镀液的温度，所采取的措施为安装自动温度控制系统，将温度严格控制在范围内，只要做到这点，镀液就会稳定。2.2 电流密度的影响本工艺要求阴极电流密度在1.52.5A/dm2范围之间，开始时我们认为只要保证在规定范围内就可以保证镀层及钝化膜的质量，可经过一段时间的试验我们发现在进行彩色钝化和透明钝化时如果用上限电流进行电镀，钝化效果不佳。彩色钝化则出现蓝色或蓝黄色等异色，透明钝化时钝化膜有时出现淡黄色或褐色，而且亮度不均，反差极大。而当采用了下限电流密度进行电镀时，进行黑色钝化时，有时出现钝化膜层有异色斑点，亮度不够，颜色不均匀，有时膜层粗糙发暗，经反复实验分析认为是合金中镍含量偏低所至。因此在以后的生产实践中在进行彩色钝化和透明钝化时采用中下限电流；而当进行黑色钝化时采用中上限电流。经过采取措施后这种故障已经被彻底排除了。2.3 主要成份的影响锌离子、镍离子和游离氢氧化钠是本工艺配方的主要成份，含量的变化，将影响溶液性能的稳定，影响溶液分散能力与深镀能力的好坏、镀层中锌镍含量的比例以及镀层钝化颜色的影响。锌离子浓度为5.08.0g/l；镍离子浓度为0.51.5g/l；游离氢氧化钠浓度为100140g/l。首先，锌、镍离子浓度的高低直接影响镀层中合金含量的比例及钝化膜的颜色。锌离子浓度高则合金中的锌含量比例大，钝化无色或易于擦掉的淡黄色，并且浓度高会降低镀件光亮区的分散能力；浓度低则合金中镍离子含量大，钝化无色或呈蓝黄色。镍离子浓度高则合金镀层中镍含量也高。当合金中镍含量大于16%，特别在高电流密度区会导致钝化不良。这时则应该增加锌离子浓度来进行调整；镍离子含量低，则合金中镍含量低，当镍含量小于12%时低电流密度区在进行黄色钝化时会得到暗褐色钝化膜。氢氧化钠浓度应保持在规定范围内，浓度低会造成光亮区的分散能力不良，低电流密度区的钝化膜发暗。盐雾试验出红锈时间/h 2100 1800 1500 1200 900 600 300 5 10 15 20 25 30 35 镀层含镍量/% 镀层中含镍量与耐蚀性的关系我们在进行生产实践时，有一次试镀的零件在电镀过程中发现镀层光亮性较差，而且在彩色钝化后发现钝化膜颜色淡黄基本透明，开始认为锌离子浓度过高，可经分析测试锌、镍离子含量均在规定范围内，后增加电流密度重新电镀结果一样，经过多次实验分析总结，最后认为虽然锌、镍含量都在规定范围内，但锌离子浓度为上限，而镍离子含量处于下限，锌、镍离子含量比例相差太大。在多次实验总结后我们得出了一个数据，即锌镍离子浓度比例在610：1时镀层合金比例分配正常。在生产中，各种主要成份不能直接加入镀槽中，防止破坏镀液中的各项比例关系。锌通过在溶锌槽中溶解，经分析后用过滤机输送到镀槽中，其它溶液成份的补加及调整也需经分析后经溶锌槽中过滤到镀槽中。在生产实践中，因基础溶液比例失调或上下限应用不当而导致的故障，时有发生，因此对镀液成份的控制，确保溶液的稳定是不能忽略的。2.4 钝化及后处理的影响锌镍合金镀层防护性能优异因素之一，是由于镀层中除了锌外，还有一定比例的镍存在，钝化膜在干燥收缩时，裂纹难于达到镀层表面，因而延缓了腐蚀的进程，抗蚀性提高，这表明锌镍合金电镀后的钝化处理是提高镀层抗蚀性能的关键之一。影响碱性锌镍合金彩色钝化主要有三个因素：一是镀液中的镍离子浓度；二是钝化液的PH值；三是钝化液的温度。镀液中镍离子浓度高则镀层中镍含量大，不易钝化或钝化无色，而且合金中镍的含量大于15%，其抗蚀性能反而会降低，因此控制镍离子含量是镀层质量好坏的关键之一。锌镍合金钝化能否顺利进行，既取决于镀层镍的含量，又取决于钝化液的PH值和温度。锌镍合金钝化液为弱酸性，值：1.72.1；温度35-40。值高于.，钝化膜颜色为蓝色或蓝黄色；值低于.钝化膜颜色发暗而且容易擦去。温度低则钝化膜无色或蓝色。影响碱性锌镍合金黑色钝化主要有三个因素：一是镀液中的镍离子浓度；二是钝化液的PH值；三是钝化前的酸侵蚀。镀液中镍离子浓度高则镀层中镍含量大，合金中镍含量在时钝化，产生附着力良好颜色均匀的黑亮色钝化膜，因此控制镍离子含量也是黑色钝化膜层质量好坏的关键之一。黑色钝化质量的优劣也取决于钝化液的PH值。锌镍合金钝化液为弱酸性，值：.；值高于.，钝化膜颜色为亮彩虹色；值低于.钝化膜颜色呈暗彩虹色。黑色钝化前活化不良，钝化膜将出现不均匀的斑点。锌镍合金镀层的耐蚀性（中性盐雾试验）镀层 锌镍合金（）锌镍合金（）（m） 未钝化） （彩色钝化）出白锈时间（h） 240672出红锈时间（h） 13302300 由上可知，只有将各种参数控制在规定的工艺范围内，才能保证钝化膜的质量及防护要求。3 结束语目前，锌镍合金的应用已经越来越广泛。在欧洲、日本、美国等发达国家已经得到了大量的应用，由于锌镍合金具有较高的耐蚀性以及很好的耐热性，氢脆性又小已经广泛用于汽车、航空和其它方面。国内锌镍合金也越来越多的应用在汽车、航空航天以及其他机械产品上。碱性锌镍合金工艺虽然没有单金属镀锌稳定容易控制，但只要加强工艺管理，对前面所述各种因素进行有效的控制，就会保证生产的顺利进行和优良的产品质量，这已经被生产实践所验证。由于镀层防护性能高，比镀锌层提高48倍，环境污染小，这是近年来受到各行业用户青睐的基本原因，这表明锌镍合金是很有发展前景的工艺，在防护