张体群，陆萍，周宁雅，黄华江 （贵州钢绳股份有限公司，贵州遵义563000） 摘要：介绍采用硫锌－30或硫锌－40为光亮添加剂的硫酸盐电镀锌的生产工艺参数，镀液各组分的作用，镀液的维护，常见的故障处理和光亮添加剂在使用过程中的注意事项。给出光亮镀锌工艺参数：硫酸锌为450～550 g/L，硼酸为20～30 g/L，pH为3.0～5.0，镀液温度10～60℃，光亮剂为16～20 mL/L，阴极电流密度10～45 A/dm2。和传统硫酸盐单盐镀锌工艺相比，光亮电镀锌工艺具有成分简单、稳定易维护、沉积速度快、电耗低，镀层细致光亮，耐蚀能力强等优点，适合生产表面光洁度要求高的商品钢丝。 关键词：电镀锌；光亮添加剂；硫锌－30;硫锌－40 中图分类号：TQ153 硫酸盐单盐镀锌工艺是传统的硫酸盐镀锌工艺，具有配方简单、技术成熟、电流效率高、沉积速度快、导电性好、价格低廉等优点。缺点是分散能力差、极化能力小、镀层结晶粗糙、镀层外观灰白发暗、表面光洁度差，影响产品外观装饰性及产品的竞争能力［1－4］。 为克服硫酸盐单盐镀锌表面光洁度差的缺点，各生产厂家不断调整镀液添加剂成分，有的添加硫酸钠、硫酸铝、阿拉伯树胶或天然桃胶作为光亮剂，但所得镀层光泽不足，且资源稀少。改用动物胶如骨胶（明胶）或糊精等，镀层不亮，存放易泛黄。补加硫脲等含氮、硫化合物，则有镀层不亮，存放易泛灰，耐蚀能力下降等缺陷［2］。在20世纪八九十年代国内出现的新一代硫酸盐电镀锌光亮添加剂，使镀锌层具有很高的光洁度和较好的深镀能力，将硫酸盐单盐镀锌工艺大大推进了一步。 由于钢丝电镀与普通电镀不完全一样，属于线材连续电镀，电镀时间短且厚度要求高，生产中往往采用强循环来达到大电流的目的［3］。在连续生产的条件下，镀液温度往往会升到60℃以上。因此，要求添加的光亮剂必须是低泡、适应温度范围宽。为筛选适合高速线材生产的硫酸盐镀锌光亮添加剂，通过对国内多种型号光亮添加剂的硫酸盐镀锌工艺进行反复对比试验，最终选择了硫锌－30、硫锌－40光亮镀锌工艺技术。该种工艺具有镀液成分简单，抗杂质能力强，稳定易维护，工作温度范围宽，沉积速度快，生产效率高，电能消耗低，镀层结晶细致光亮，耐蚀能力强等优点。使用光亮添加剂生产的镀锌钢丝，表面光洁度大为改观。 1·传统电镀锌工艺与光亮电镀锌工艺的比较 1.1生产工艺流程 传统电镀锌生产工艺流程［3，5］：上线→电解酸洗→水洗→电解碱洗→热水洗→弱酸洗→电镀锌→水洗→钝化→高压水洗→热水洗（加封闭剂）→烘干→收线→检验→分类包装→入库。 光亮镀锌工艺和传统电镀锌生产工艺流程相同，不同的是前者在镀液中添加了光亮添加剂。 1.2工艺参数 传统电镀锌工艺中镀液循环过滤使用，采用此工艺生产出的镀锌钢丝，由于只使用附加盐作为极化剂，阴极极化作用不大，故镀层粗糙，镀层外观灰白发暗、表面光洁度差，只适合生产需要继续加工的制绳钢丝，而不适合生产表面光洁度要求高的商品钢丝。 传统电镀锌工艺参数见表1。
光亮镀锌工艺生产的镀锌钢丝，由于采用光亮添加剂（硫锌－30或硫锌－40）作为极化剂，极大地提高了阴极极化能力，使镀层晶粒细致，表面光洁度好。光亮镀锌工艺参数见表2。
2·光亮镀锌溶液中各组分作用 2.1硫酸锌 硫酸锌是光亮镀锌溶液的主盐，主要提供Zn2+，其质量浓度为450～550 g/L，如含量过低，将影响电流密度上限，使电流密度下降。含量过高，虽然可以提高允许电流密度，但因溶解度限制会引起结晶，而且会促使阴极极化下降，结晶核心的生成速度变慢，引起镀层晶粒粗大。 2.2硼酸 硼酸作为缓冲剂加入，主要是保持光亮镀锌溶液的pH控制在3.0～5.0。硼酸的电离度很小，当阳极上由于氢气的析出而使pH上升，可电离供应氢离子，保持溶液一定的酸度。硼酸不参与电极过程，除被钢丝带出外，没有其他的消耗，其缓冲能力在15 g/L时就有作用，超过50 g/L会饱和沉淀，故质量浓度一般控制在20～30 g/L。 2.3光亮添加剂 光亮添加剂是由载体光亮剂、主光亮剂、辅助光亮剂等有机物混合配制而成。载体光亮剂主要是选择脂肪醇中羟基上的活性氢与环氧乙烷的取代物，其亲水基由醚键和羟基两者组成，基于分子一端的羟基只有一个，故主要由醚键来发挥亲水效果。主光亮剂是选择水溶性较好的接有羟基或磺化基团的C8，C9以上的高分子醛和酮，芳磺酸有良好的水溶性，诸如邻甲基苯磺酸、对苯磺酸、间苯磺酸和萘磺酸系列对镀层都有一定的光泽效果［6］。辅助光亮剂能扩大光亮电流密度范围，改善高温时镀层晶体结构，提高镀层性能，提高镀液分散能力和深镀能力。好的光亮添加剂，不但有好的水溶性、好的特性吸附作用，还应有好的耐盐性和好的增容性。光亮剂的耐盐性是指能在主盐浓度很高的溶液中保持自己的碳键结构稳定的能力。耐盐性越高越好，主盐浓度高，电流密度允许的范围大，沉积速度快，能有效提高线速度，增加产量。光亮剂耐盐性差易造成镀层发黄、发灰、不亮，耗用量增大等缺陷，常见镀槽液面上有深褐色油状物，这就是光亮剂耐不住主盐浓度而析出的结果，从而造成光亮剂失效［7］。光亮剂的增容性，是指能结合更多芳酮类物质得以增加有效成分。 硫锌－30或硫锌－40作为光亮添加剂，能细化晶粒，提高镀液的分散能力，能在较宽的电位范围内在阴极表面上产生特性吸附，造成Zn2+放电步骤缓慢，提高阴极极化，从而有利于晶核的形成，并将各个晶面的生长速度拉匀，抑制晶粒的长大，使之获得细小的晶粒，使镀层结晶细致。光亮剂的加入能优先扩散到凸起的阴极表面进行还原，阻止Zn2+的还原，而Zn2+在凹下的阴极表面上的还原析出过程未受到影响，因而可使阴极表面上细微不平处被整平。硫锌－30和硫锌－40添加剂既是光亮剂，又是整平剂，作为添加剂使用后能使镀层结晶细致、光感明亮，极大地提高镀锌层的表面光洁度。 3·光亮镀锌溶液的维护及使用 3.1镀液维护 光亮镀锌溶液的维护主要注意以下几点。 （1）电镀溶液保持清洁对电镀出优良的锌层十分重要，有条件的单位，可以加上循环过滤装置，消除溶液中的阳极渣及其他悬浮物，保持溶液干净。 （2）每班对电镀溶液进行化验分析调整，使硫酸锌、硼酸含量及pH保持在工艺范围内。调整镀液时，应将配制好的溶液加入到外槽（循环槽）中，不允许直接加入内槽中。 （3）光亮剂的添加。光亮剂是由有机物混合配制而成，由于含量低、成分复杂，较难用化学分析方法控制，添加时只能靠经验补加，以少加勤加为原则，始终保持平衡。少了，镀层光亮度不够；多了，易使镀层发黄、发黑。为了保持均衡添加，最简单而又适用的方法是在各镀槽上方悬挂一盛有光亮剂的倒置塑料瓶，在瓶口插一根可控制流速的塑料输液管，生产时可慢慢地将消耗计量的光亮剂添加到镀液中去，这样就避免了光亮剂加入镀液后，初始含量逐渐降低的弊端。当发现添加光亮剂后很快失效时，一般是金属杂质或非金属杂质影响光亮剂的作用，因此不要继续补充，避免造成光亮剂过量而影响镀液性能，应先除杂质后再生产。 （4）重视温度和电流密度的相互关系。温度低时，镀液导电性能差，光亮剂吸附强脱附困难，这时不能用高电流密度，否则会造成镀层烧焦发黑或光亮剂夹杂镀层脆性增大，呈粉末状脱落。温度高光亮剂吸附弱极化降低，这时必须采取较高电流密度，以提高阴极极化，细化结晶晶粒。当镀液温度超过60℃时，光亮添加剂分解加快，分解物累积增多。当累积到一定程度，分解产物中大量夹杂附着在镀层表面，会引起镀层发脆产生条纹、发黄、发花等，影响镀层质量。 （5）光亮剂的泡沫与升温。电镀时由于钢丝的运动和镀液的循环，镀液表面会产生部分泡沫，由于泡沫覆盖会导致温度上升，从而造成光亮剂消耗量增加。生产中要随时清除泡沫，防止泡沫溢出槽外引起“短路”。在保证内槽液面的前提下，减少循环泵的台数，尽量采取高位槽溢流到低位槽，减少镀液的循环搅拌，减少镀液泡沫的生成。 （6）杂质的危害及清除。当镀液中铜、铅、铁等金属杂质含量增多时，会造成镀层粗糙、表面发黑，严重影响镀层表面质量。可定期用1～3 g/L锌粉处理去除，为了降低成本，日常维护也可用化学纯的硫化钠，每次加入量13 mL/L可有效除杂净化，但不能超过15 mL/L，否则将对镀液产生不良影响。除去铜、铅等金属杂质也可采用小电流密度电解法，但处理时间较长，锌的损耗大。如果在用锌粉处理的同时，采用小电流密度电解效果更好。随着生产时间的增长，光亮添加剂分解产物累积越多，加上镀液温度的增加，光亮添加剂分解加快，分解物累积增多后，将严重影响镀层外观质量，必须用活性炭吸附处理后才能解决问题。生产中应视情况定期处理，方法是将镀液温度升温至50℃，在搅拌下加入3～5g/L活性炭，继续搅拌1 h以上，静置过滤。 3.2操作注意事项 光亮镀锌生产过程中必须注意以下事项。 （1）镀前钢丝表面必须处理干净，以防止锌层脱落。在电解酸、碱洗中，要控制好电流密度和酸液、碱液浓度，不要过腐蚀，浸泡时间也不宜过长，发生故障临时停车时，应及时将酸液、碱液放入外槽，将钢丝及时露出液面。 （2）钢丝在电解酸、碱槽中运行时，钢丝应与极板之间保持间隔，平行运行不得绞合，不得碰触极板，以免短路、放炮，使钢丝表面被电击伤。 （3）镀锌槽中极间距离，阴极与阳极的相对位置对镀层均匀性也有影响。生产中钢丝应距阳极锌板30～40 mm，并在相应的隔板中间平稳运行，不得与隔板或底座阳极相刮擦运行，不得露出液面。 （4）锌阳极板采用热铸法制造，锌板必须装入锌板套（阳极套）中，阳极套要定期检查更换，保持完整。每班检查锌板消耗情况，当锌板消耗2/3时，应立即更换，使阳极锌板、电极铅板与电极母线触头接触良好，保证阳极锌板处于正常溶解状态。 （5）钢丝在运行过程中，应被负极枪压入液面下20～30 mm，负极枪与钢丝接触面的平整度应达到枪顶部直角口与钢丝平行接触，顶部的电解生成堆积物要清除干净，每班要检查清洗阴极枪头部，保证阴极枪与钢丝的良好接触状态。 （6）生产中随时清除泡沫，在保持镀槽液面一定高度的情况下，减少循环泵的台数。并定期处理镀液杂质，清洗镀槽，以保证镀液清洁度。 （7）光亮剂的添加应由专人负责。镀液中除了硫酸锌和硼酸外，不要任意添加硫酸铝、明矾之类的导电盐和增光剂，否则会降低生产效率，给镀液维护造成麻烦。 3.3常见故障处理 光亮镀锌溶液常见故障、原因及相对应的处理方法见表3。
4·结语 实践表明，光亮镀锌工艺较适合商品镀锌钢丝的生产，但在镀液中添加剂成分的可检测、可控制性，溶液的气味、低泡沫方面存在一些缺陷，还需要进一步改进。 参考文献 ［1］电镀手册编写组。电镀手册［M］。北京：国防工业出版社，1977. ［2］郭鹤桐，陈建勋，刘淑兰。电镀工艺学［M］。天津：科学技术出版社，1985. ［3］冶金工业部钢丝生产编写组。钢丝生产［M］。长春：长春冶金地质专科学校，1989. ［4］何吉林，何胜云，张家琦。钢丝生产［M］。北京：兵器工业出版社，2005. ［5］王瑞祥，陈幼云，杨江成，等。硫锌－30硫酸盐镀锌光亮剂的研制［J］，金属制品，1995（6）：31－33. ［6］王瑞祥。硫酸盐镀锌光亮剂［J］。电镀与精饰，1995，17（6）：18－20. ［7］王瑞祥。钢、铁型材硫酸盐连续镀锌光亮剂的研制［J］。电镀与精饰，1998，18（5）：12－13. 张体群1961年生，贵州钢绳股份公司一厂工程师。 陆萍1978年生，贵州钢绳股份公司一厂工程师。 周宁雅1958年生，贵州钢绳股份公司一厂工程师。 黄华江1979年生，贵州钢绳股份公司一厂助理工程师。 注：本站部分资料需要安装PDF阅读器才能查看，如果你不能浏览文章全文，请检查你是否已安装PDF阅读器！ |
