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电子镀锌工艺

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-24  浏览次数:1381

镀锌是钢铁制件的最常用防护性镀层,镀锌也是典型的阳极镀层,对钢铁基体有良好的电化学保护作用。同时,经钝化处理后的镀锌层又有较好的抗饰性能,因此,电子产品的机壳、机架、机框和底板支架等钢铁结构件大多数采用了镀锌工艺。

 

在很长一个时期,电子工业产品镀锌采用的是氰化物镀锌工艺,但无氰镀锌的技术进步使无氰镀锌正在取代氰化物镀锌工艺。

 

现在流行的镀锌工艺有以下几种。

 

(1)氰化物镀锌工艺

 

氰化物镀锌由于分散能力好,镀层结晶细致,镀后钝化性能好而一直是镀锌的主流工艺。

 

典型的氰化物镀锌如下:

 

氰化锌

60g/L

M比

2.7

氰化钠

40g/L

温度

20---40℃

氢氧化钠

80g/L

电流密度

2~5A/dm2

 

M比是氰化钠的量与锌的含量的比值,一般控制在M一2.0~3.0。氰化物镀锌的最大问题是络合剂氰化物的剧烈毒性问题,无论是对操作者和环境都存在着潜在的危险,因此,除了军工和特别需要的产品外,多数镀锌已经采用无氰工艺。

 

(2)碱性无氰镀锌工艺

 

碱性无氰镀锌工艺也称为锌酸盐镀锌,是指以氧化锌为主盐,以氢氧化钠为络合剂的镀锌工艺,这种镀液在添加剂和光亮剂的作用下,已经可以镀出可以与氰化物镀锌一样良好的镀锌层。由于这一工艺主要是靠添加剂来改善锌电沉积的过程,因此,正确使用添加剂是这个工艺的关键。

 

以往的碱性锌酸盐镀锌一直存在的一个主要缺点是主盐浓度低和不能镀得太厚,比如氧化锌的含量只能控制在8g/L左右,超过10g/L,镀层质量就会明显下降。随着电镀添加剂技术的进步,这个问题已经获得解决。

 

工艺配方和操作条件:

 

氧化锌

6.8~23.4(滚镀9~30)g/L

ZN一500走位剂

3~5(滚镀5~10)mL/L

氢氧化钠

75~150(滚镀90~150)g/L

温度

l8~50℃

阴极电流密度

0.5~6A/dm2

ZN一500光亮剂

15~20mL/L

阳极

99.9%以上纯锌板

   

   其中ZN一500光亮剂是引进美国哥伦比亚公司的技术,由武汉风帆电镀技术有限公司生产和销售。这一新工艺的显著特点如下。

 

   ①主盐浓度宽。氧化锌的含量在7~24g/L的范围都可以工作,镀液的稳定性提高。

 

②既适合于挂镀,也适合于滚镀,这是其他碱性镀锌难以做到的。这时的主盐浓度可以提高至9~30g/L,管理方便。

 

③镀层脆性小。经过检测,镀层的厚度在31μm以上仍具有轫性而不发脆,经180℃去氢也不会起泡,因此可以在电子产品、军工产品中应用。

 

④工作温度范围较宽。在50℃时也能获得光亮镀层。

 

⑤具有良好的低区性能和高羚散能力。适合于对形状复杂的零件挂镀加工。

 

⑥镀后钝化性能良好。可以兼容多种钝化工艺,且对金属杂质如钙、镁、铅、镉、铁、铬等都有很好的容忍性。  

 

很显然,这种镀锌工艺已经克服了以往无氰镀锌存在的缺点,使其与氯化物镀锌一样可以适合多种镀锌产品的需要。   

 

这种新工艺的优点还在于它与其他类碱性无氰镀锌光亮剂是基本兼容的,只停止加入原来的光亮剂,然后通过霍尔槽试验来确定应该补加的ZN-500的量。初始添加量控制在0.25mL/L,再慢慢加到正常工艺范围。并补入走位剂。在杂质较多时,还应加入ZN-500配套的镀液净化剂。当对水质纯度不确定时,可以在新配槽时加入相应的除杂剂和水质稳定剂,各1mL/L。

 

镀前处理仍应该严格按照工艺要求进行。比如碱性除油、盐酸除锈和镀前活化等。如果采用镀前的苛性钠阳极电解,可不经水洗直接入镀槽。钝化可以适用各种工艺,钝化前应在0.3%~0.5%的稀硝酸中出光。

 

对镀液的维护可以从两个方面着手,一方面是通过定期分析镀液成分,使主盐和络合剂保持在工艺规定的范围,另一方面要记录镀槽工作时所通过的电量(安培·小时),用作补加添加剂或光亮剂的依据之一,重要的是要通过霍尔槽试验检测镀液是否处在正常工作的范围。

 

(3)酸性氯化物光亮镀锌工艺

 

氯化物镀锌是无氰镀锌工艺的一种,自20世纪80年代开发出来以来,由于光亮添加剂技术的进步,现在已经成为重要的光亮镀锌工艺,应用非常广泛。电子产品中的紧固件滚镀锌就基本上采用的是氯化物镀锌。

 

其典型的工艺如下:

 

氯化锌

60~70g/L

pH值

4.5~6.5

氯化钾

180~220g/L

温度

l0~55℃

硼酸

25~35g/L

电流密度

l~4A/dm2

商业光亮剂

l0~20ml/L

  

   氯化物光亮镀锌由于使用了较大量的有机光亮添加剂,在镀层中有一定量夹杂,表面也黏附有不连续的有机单分子膜,对钝化处理有不利影响,使钝化膜层不牢和色泽不好。通常要在2%的碳酸钠溶液中浸渍处理后再在1%的硝酸中出光后再钝化,就可以避免出现上述问题。

 

(4)镀锌的钝化工艺

 

金属锌的标准电极电位较负,因此在腐蚀性环境中很容易氧化而生成白色的氧化锌,通常称“白锈”。为了阻止或延缓镀锌层在腐蚀介质中的氧化,通常都要对镀锌层进行钝化处理,人为地在锌层表面生成一层处于钝态的氧化膜,使钝化后的镀层的表面电位成为正电位,这样就可以大大提高镀锌层的抗腐蚀性能。

 

 ①彩色钝化 

 

铬酸

5g/L

pH值

1.2~1.6

硫酸

0.1~0.5ml/L

温度

室温

硝酸

3mL/L

时间

8~12s

氯化钠

2~3g/L

 

   ②蓝白色钝化

铬酸      3~5g/L   

浓硫酸   10-15mL/L

氯化铬   1~2g/L 

温度   室温。

氟化钠   2~4g/L

时间   溶液中5~8s

浓硝酸   30~50mL/L   

空气中停留5~10s

 

③黑色钝化

 

铬酸

l5~30g/L

温度

室温

硫酸铜

30~50g/L

钝化时间

2~3s

甲酸钠

20~30g/L

空气中停留

15s

冰醋酸

70~120mL/L

水洗时间

l0~20s

pH值

2~3

 

④军绿色钝化

 

铬酸

30~35g/L

硫酸

5~8mL/L

磷酸

l0~15mL/L

温度

20~35℃

硝酸

5~8mL/L

时间

45~90s

盐酸

5~8mL/L

   (5)三价铬和无铬钝化

 

   三价铬因为其毒性比六价铬低得多而成为无铬电镀中的重要过渡性工艺,已经有较为成熟的钝化工艺,而无铬钝化则是环保型电镀的目标工艺。

 

  ①三价铬钝化

 

三价铬盐

20g/L

表面活性剂

0.2mL/L

硫酸铝

30g/L

温度

室温

钨酸盐

3g/L

时间

40s

无机酸

8g/L

 

   ②无铬钝化工艺。已经有应用或研究中的无铬钝化工艺有非铬盐钝化,包括钛盐、钒盐、锰盐、钨盐、钼盐、锗盐、锆盐等。

 

   a.钼盐钝化

 

钼酸钠

30g/L

温度

55℃

 

b.钛盐钝化

 

硫酸氧钛

3g/L

羟基喹啉

10.5g/L

双氧水

60g/L

pH值

1.5

硝酸

5mL/L

温度

室温

磷酸

l5mL/L

时间

l0~20s

单宁酸

3g/L

 

(6)镀锌的着色工艺

 

为了配合产品整机色系的要求,有时对外装标准件、连接件等镀锌零件需要进行着色处理,比如袖珍型电器的外装镀锌螺钉需要有大红色、绿色、蓝色等各种美丽的色彩,这时就要先滚镀光亮锌后,再将锌层进行化学处理后进行染色。化学处理实际上也是一种钝化处理,是在锌层表面生成多孔的膜层,使染色剂可以在孔内驻留,但这层膜是极薄的,孔隙也很浅,所以色彩很容易脱落。为了保护色彩的鲜明,染色后还要进行涂清漆处理。

 

镀锌染色的流程如下:光亮镀锌一水洗一水洗一1%硝酸出光一化学处理一水洗一化学处理(生成无色的钝化膜)一染色一水洗一干燥(50~60℃)一涂清漆一干燥一包装。

 

   ①化学处理

 

铬酸

5~10g/L

温度

室温

硫酸

8~12mL/L

时间

l0~30s

   

   ②染色工艺。染色工艺见表。

 

镀锌染色工艺

   镀层颜色

   所用染料

   染料含量/(9/L)

   红色

   酸性大红

   5

   蓝色

   直接翠蓝

   3~5

   绿色

   亮绿

   3~5

   橙色

   直接金橙

   1~3

   金黄

   茜素红S

   茜素黄R

   0.3

   0.5

   紫色

   甲基紫

   茜紊红S

   3

   0.5

   黄色

   酸性大黄

   3~5

   棕色

   直接棕

   3~5

   操作条件

   pH值   5~7

   温度   50~70℃

   时间   30~180s

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