关键词：氯化钾，镀锌 作者：周长虹，戴丽雯，肖洪兵，王宗雄 周长虹1，戴丽雯1，肖洪兵1，王宗雄2 （1．武汉奥邦表面技术有限公司，湖北武汉420023;2．宁波市电镀协会，浙江宁波315016） 中图分类号：TQ153文献标识码：B文章编号：1000-4742(2011)02-0047-03 0前言 氯化钾镀锌是上世纪80年代发展起来的一种光亮镀锌工艺。近年来，我国在电镀添加剂研究开发上取得了显著进展，使得氯化钾镀锌工艺水准达到一个全新的高度，例如：LAN-930氯化钾镀锌工艺较为成功地解决了传统氯化钾镀锌工艺的3大难题：(1)镀层的耐盐雾试验性能比碱性镀锌差；(2)添加剂的分解产物多；(3)铁杂质易超标。新型氯化钾镀锌添加剂的使用，降低了电镀生产厂商的生产成本，促进了国内电镀锌工艺朝更利于节约成本且环境友好的方向发展。 1氯化钾镀锌成分及工艺条件的控制 氯化钾镀锌工艺的常用配方的工艺条件范围是比较宽广的，其主要成分及工艺条件为：氯化锌30～80g/L，氯化钾180～280g/L，硼酸20～30g/L，添加剂适量，pH值4.5～6．O，10～50℃。 1.1氯化钾镀锌液主要成分的控制 1.1.1氯化锌 氯化锌系主盐，溶于水中会大量放热。当溶液的pH值≥6.2时，有沉淀产生。锌离子的质量浓度≥90g/L时，光亮电流密度范围扩大，但镀液的分散能力和深镀能力会有所下降。锌离子的质量浓度较低时，光亮电流密度的上限下降，高电流密度区易烧焦，此时的深镀能力较好，但镀层沉积速率较慢。可增加阳极面积，同时保持镀液较低的pH值，从而使锌离子的质量浓度逐渐上升。对挂镀而言，当氯化锌的质量浓度为60～70g/L时，镀液的分散能力最好。 氯化钾镀锌液中无强配位剂，其分散能力和深镀能力不如氰化物镀锌，更加不如无氰碱性锌酸盐镀锌。有人喜欢在氯化钾镀锌液中加入少量氯化铵，但镀液中加入氯化铵后其分散能力和深镀能力均无改善；又会增加电镀废水的达标难度，所以当使用优良氯化钾镀锌光亮剂时，一般不建议加入氯化铵。 1.1.2氯化钾 氯化钾是弱的配位剂和导电盐，其质量浓度应适当。当其质量浓度恰当时，镀液的导电性最好，过多或过少都会降低镀液的电导率，从而影响镀液的分散能力和深镀能力。大量氯离子的存在能增加阴极极化，提高镀液的分散能力和深镀能力，促进阳极的正常溶解。氯离子的电子桥作用对提高镀锌层与基体的结合力有较大影响。当Pkcl：PZnCl2=(3.5～4.5)：1时，镀液的分散能力和深镀能力较好。若氯化钾的质量浓度偏高或偏低，易使镀层产生暗黑条纹或滚桶眼子；当氯化钾的质量浓度过高时，添加剂还可能因盐析现象而呈油状物析出。 应当注意有时按分析化验结果调整镀液后，镀液的分散能力和深镀能力还是不佳。其原因是化验分析的是镀液中的氯离子，然后换算成氯化钾，而不是分析钾离子。在实际生产过程中不论是调节pH值，还是前处理中的酸洗，都是使用盐酸，这样会造成氯化钾的质量浓度偏高的假象。此时适当的补加氯化钾即可解决问题。 使用工业级氯化钾和氯化锌时，必须要用1～2g/L的锌粉处理后才可入槽；最好是经锌粉处理后，再加1～2mL/L的双氧水，充分搅拌并静置数小时后，再加入2～3g/L的活性炭进行净化处理。 1.1.3硼酸 硼酸在镀液中不仅起pH值缓冲作用，而且能细化镀层结晶，提高镀层的光亮度和扩大光亮电流密度范围。实际使用时其质量浓度应保持在25～30g/L范围内，夏天可保持在30～35g/L。其质量浓度低时，光亮电流密度窄，镀层光亮度下降；同时阴极处的pH值易上升，使碱式盐易夹杂进镀层，镀层易烧焦，并可能产生粗糙等缺陷。可以用简单的方法判断镀层硼酸大致的质量浓度。取适量镀液放在冰箱中，在10℃左右保持10min，若镀液中硼酸的质量浓度在正常范围内则应有较多的硼酸析出；若析出很少，则应补加硼酸10g/L左右，用沸水溶解好后加入，一般按ρ氯化钾：ρ硼酸=7：1左右补加为好。补加硼酸的质量也是很关键的，一定要选用大企业生产的优质硼酸，劣质硼酸含大量对镀液有害的杂质，如磷酸根，硝酸根等。 4添加剂 氯化钾镀锌添加剂一般分为柔软剂和光亮剂，其组成大体相同，主要由载体添加剂、主光亮剂和辅助光亮剂三大类组成。镀液中添加剂的质量浓度低时，镀层的光亮度差；其质量浓度过高时，烧焦区变宽，镀层光亮度和耐蚀性变差，蓝白钝化易泛彩泛黄，低铬彩钝易脱膜或褪色。 目前氯化钾镀锌载体添加剂主要有下列几种：．(1)聚氯乙烯醚硫酸钠盐，由OP类、平平加和渗透剂等用浓硫酸硫酸化而成；(2)聚氧乙烯醚磺酸盐，由OP类、平平加和渗透剂等用氨基磺酸磺化而成；(3)直接使用OP类、平平加或渗透剂；(4)萘酚与环氧乙烷合成物[1]。把上述几种物质适当配合，可制造出性能优良的氯化钾镀锌载体添加剂。其特点是载体用量小、添加剂浊点高、泡沫少且有机分解产物少；镀层的耐盐雾性好、抗杂质性好、不易夹杂于镀层中，而且有更好的分散能力和深镀能力。其构成的载体本身就有一定的光亮作用，这样就能使镀层结晶更细致，对主光亮剂的依赖程度可减少，即：减少了镀液主光亮剂的消耗量。这对提高氯化钾镀锌层的整体质量有重要的意义。 主光亮剂大都是使用邻氯苯甲醛和苄叉丙酮。两者各有优缺点，优质光亮剂一般是将两者进行配合，以取长补短，达到最优效果。例如：采用邻氯苯甲醛作主光亮剂时，出光速率快，用于蓝白锌时尚好，用于六价铬彩钝时，膜结合力比较差；主光亮剂采用苄叉丙酮时，对苄叉丙酮的质量要求很高，必须用医药级的，否则镀层白度不足，易产生雾状镀层等；两者的合理搭配对高中低光亮电流密度范围影响较大。 辅助光亮剂主要是起扩展高电流密度区和低电流密度区的光亮范围，提高镀液的分散能力和深镀能力，减少载体添加剂和主光亮剂的用量，从而全面提高氯化钾镀锌光亮剂的载体效果。例如：苯甲酸钠租烟酸可提高阴极电流效率、细化结晶、改善镀层自度和分散能力，但会降低镀液浊点；扩散剂NNO能改善镀液的分散能力和深镀能力，特别是和其他一些辅助光亮剂配用时效果更加出色；不足的是高温下镀件出槽后，空停时间过长，会使镀层轻微腐蚀，这一点对南方地区大型滚镀生产线很关键，这也是广东地区更能接受浅色添加剂的原因之一。为：按厂商提供的产品说明书上要求的柔软剂和光亮剂的质量浓度开缸，用赫尔槽在室温下做2张试片：1A×5min和1A×10min；按光亮镀锌工艺，应该是1A×10min的试片的整体效果会全面优于1A×5min的；若1A×10min的试片的整体效果还不及1A×5min的，则此光亮剂肯定很一般，不建议使用。 1.1.5添加剂添加原则 总有人认为镀层的光亮度不佳就是添加剂少，于是不断补加柔软剂和光亮剂。从现场技术服务来看，出现故障的镀液十有八九是添加剂过量。因此建议处理镀液故，障的方法：调整工艺参数及镀液成分，判断故障原因，最后才是调整柔软剂和光亮剂的质量浓度。镀液中各种添加剂的用量（包括载体添加剂、主光亮剂、辅助光亮剂等）都有一定的范围，超过该范围都是有害无益的。例如：：很多的表面活性剂，只有当阴极界面吸附层厚度适当时，才具有较优的阴极极化值，从而使晶核产生速率大于成长速率，镀层结晶才会细致、均匀；若表面活性剂分子量太小，其质量浓度又太低，则吸附层过薄，对锌离子放电的阻化作用太小，阴极极化值过小，导致镀锌层结晶大而不细致；若表面活性剂分子量太大，其质量浓度又过高，阴极极化值过大，不但使析氢等副反应加剧，镀层易烧焦，而且表面活性剂脱附困难，会大量夹杂在镀锌层中，造成镀层纯度低、脆性大、耐盐雾性能差等缺陷。因此，在实际生产中不但要选择一种优质的氯化钾镀锌添加剂，而且正确的使用方法也是至关重要的，务必坚持少加勤加的原则。 1.2．工艺条件的控制 1.2.1温度 氯化钾镀锌工艺的温度范围很宽，一般在10～45℃之间，。但实际生产中当温度超过35℃时，其柔软剂和光亮剂的用量明显增加。不论使用何种添加剂，高温下消耗量大是不争的事实，而添加剂的消耗量的增加会大大加快有机杂质的积累。因此当镀液温度≥35℃时，是很难获得优质的镀层和钝化层的。目前南方地区的一些大型滚镀锌厂均有冷冻设备，这对保证镀层质量是至关重要的。 1.2.2pH值 当氯化钾镀锌液的pH值≥6.2时，会导致有Zn(OH)2沉淀产生，镀层局部出现黑色条纹，光亮电流密度的上限下降。一般建议采用的pH值范围为5.6～6．O时较好。特别是滚镀时，当主盐的质量浓度低时，要维持镀液中有足够的硼酸是关键。当镀液pH值低时，虽然镀液的导电性略好一点，允许的电流密度上限有所提高，但会降低添加剂的吸附性能，阴极极化作用下降，添加剂的用量会增大，导致有机杂质积累过快，镀层的分散能力和深镀能力下降。 1.2.3阳极 锌阳极一定要用0#锌锭。若要求阳极比较长，，可把锌锭加热到120～150℃，锻打成块状（因为锌在120～15.0℃时有比较好的延展性），锻打成行法的新板比铸造成形的锌板消耗小得多（因为落入槽低的锌渣很少）。 参考文献： [1]沈品华，宋长城，高性能氯化物镀锌光亮剂的研制[J]．电镀与环保,2006,26(5)：5-8.
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