氯化物全光亮鋅鐵合金電鍍10年應用報告
曾祥德
(新都高新電鍍環保工程研究所)

       摘 要 介紹氯化物鋅鐵合金在防護電鍍領域方方面面的應用,總結10所應用實踐的基本經驗,批出是可望取代電鍍鋅與熱浸鍍鋅的理想工藝.
關鍵詞 電鍍、鋅鐵合金、應用技術

1 前言
    鋅鐵合金電鍍有酸性和堿性兩類溶液,鍍層鐵含量從0.2%~27%不等,含量高于3%為高鐵含量低于1%為低鐵含量,以0.2%~0.8%的防護性能最優異。防護性能比鋅鍍層提高3-5倍已形成共識。
目前國外鋅鐵合金的應用越來越廣泛,在歐洲、日本、美國和亞洲各國已得到大量應用,特別是日本更為廣泛,Zn-Fe合金已完全取代了鍍鋅。
    國內的Zn-Fe合金已開始應用于生產。本工藝為酸性氯化物體系,1992年初用于生產實踐,同年《電鍍與涂飾》第三期發表筆者的論文。10年來,已先后在國內各電鍍雜志發表7篇本工藝性應用論文。
    1997年國防工業出版社出版的第三版《電鍍手冊》將本工藝編入電鍍合金章的鋅基合金一節內。
本工藝取代電鍍鋅,鍍厚10μm,經超低鉻(CrO32g/L)彩鈍后,按GB/T6458-1986標準作鹽霧試驗7周期(168h),樣件鈍化膜未變色,也無白銹,完好無損。取代熱浸鍍鋅,將鋼管鍍厚24μm,經超低鉻(CrO30.5g/L)銀白鈍化后,按GB/T3091-1993標準作硫酸銅浸漬試驗,結果表明,完全符合熱浸鍍鋅標準。
這表明本工藝取代電鍍鋅與熱浸鋅是較為理想的。
2 工藝要點

 

2.2溶液配制
    先將ZnCL2與KC1用 1/2體積水溶解,加鋅粉與粉狀活性炭各1g/L處理過濾入槽。以試劑HC1調PH至4。將抗壞血酸用適量水溶解后倒入以10倍水溶解的FeSO4.7H2O溶液內,此時溶液顯渾,靜置到清澈透明時加入。ZF-A開缸劑以1-2倍水、ZF光亮劑以2-3倍水(夏秋冷水,冬春熱水)、ZF-B調整劑以2-3倍水稀釋加入。將水補加至所需體積,溶液攪拌均勻,電解4h試鍍生產。
2.3 氯化物鍍鋅液的轉化
鉀(鈉)鹽鍍鋅可直接轉化。
用1g/L-2g/L鋅粉5g/L-7g/L粉狀活性炭處理過濾,以試劑HC1調PH至4,現按本工藝所需成份含量補加即成。原有硼酸無多大影響,隨帶出量消耗完為止。
3 應用
    氯化物鋅鐵合金廣泛應用于防護電鍍的方方面面。掛鍍除鋼鐵零部件外,則為鋼管內外、線路金具、板材、輕鋼龍骨與瑪鋼管件等。滾鍍正在應用。連續電鍍有線材與家用電器內的小管材等。
    本工藝應用10年來,用戶作了較為客觀的評價。正如哈爾濱儀表廠電鍍分廠在《材料保護》2001年第6期發表的《電鍍鋅鐵合金工藝的應用》一文中將應用情況總結為三條:
(1) 鋅鐵合金鍍層硬度高,光亮度好。當鍍厚10μm以上時,經機械拋光,其亮度可與鍍鉻相媲美;
(2) 經銀白鈍化后,作中鹽霧試驗,96h無白銹。彩鈍后,鹽霧試驗165h無白銹,且鈍化膜不變色;
(3) 鋅鐵合金比鍍鋅工藝更穩定,鍍液易維護,鍍層防護性能比鍍鋅層提高3倍以上。
    在生產實踐中,不公取代了電鍍鋅,還取代熱浸鍍鋅。因為執鍍鋅層不完全是純鋅層,確切地說也是鋅鐵合金層。其組成為:η純鋅層—∈鋅—鐵層—δ鐵鋅合金層—y鐵—鋅層—a鐵基體。
鍍層除含鐵外,還要有一定的鍍層厚度。由于鍍鋅層厚而致密孔隙小,腐蝕介質不易滲入腐蝕基體。
熱浸鍍鋅的鐵來自液態鋅對鐵制鋅鍋的熔解產生,Zn—Fe液中的鐵以離子態(Fe2+)加入的,在電場作用下,主要按異常共沉積機理形成Zn—Fe合金鍍層。鍍層晶粒比鋅層晶粒更加細小而致密,鍍厚24μm以上時,細小均勻的晶粒使鍍層致密得幾乎無孔隙,抗腐蝕性能還超過熱鍍鋅標準(見表2)。

    同時鋅鐵合金與熱鍍鋅比,在電鍍過程中的鋅耗、能耗成倍降低,生產成本也成倍降低,從而大大地增強了市場的競爭能力。

4 體會
4.1 鍍液穩定性的控制
    pH值是弱酸性溶液的重要工藝條件,關系到溶液的穩定正常。實踐體會,在本工藝中尤為重要,因此pH的穩定是本工藝鍍液穩定的基礎,也是基本經驗。
在弱酸性鍍液里,一般都以硼酸作緩沖劑以穩定pH,筆者沒有加入。工藝試驗與生產實踐表明,硼酸對本工藝的緩沖作用不大。用試劑配2000mLZn—Fe鍍液,1000ML 加硼酸30g,1000ML不加,在相同電流、時間、工件各鍍60dm2 后測pH均上升0.1。某廠 Zn—Fe液含硼酸30g/L,鍍輕鋼龍骨,生產兩班倒滿負荷,每天還需要用稀HC1調pH,否則影響鍍層質量。
此外,H3BO3 在氯鋅液中易形成不溶性聚硼酸鋅化合物,使陽極表面形成較硬膜層,影響陽極正常溶解,游離于溶液中,還降低鍍液導電性能。鑒于此可不用硼酸。
    影響pH穩定除陰極析氫外,則是陽極。停鍍取出陽極,生產再掛入,pH穩定。停鍍不取陽極,生產時(隔夜)測試pH上升0.5。這在工藝試驗與生產應用中均得到驗證。
    不取陽極pH上升,是由于鋅陽極浸入以鋅為主的鹽溶液里,無電流通過時,在陽極與溶液兩相界面要自發形成雙電層。使溶液內氧化與還原反應無規則地不停地進行。反應結果,陽極自溶解,主鹽增多,Fe2+氧化成Fe3+加快,pH隨之上升。
試驗與生產還表明,停鍍一個月以上,溶液中雖無陽極,pH也緩慢上升,這是由于空氣中的氧不斷滲入溶液與Fe2+ 產生氧化反應的結果。
    因此停鍍時間較長,恢復生產時應加0.2g/L—0.3g/L抗壞血酸將Fe3+ 還原為Fe2+ 將pH調至4,方能生產。
穩定pH的措施:
(1) 停鍍取出陽極,生產時再掛入;
(2) 每天用精密試紙測Ph,高于5用稀鹽酸調至4;低于3.5用稀氫氧化鈉溶液調至4。
(3) 陰極電流密度,多用中下限,少用上限。電流大,析氫量大,pH上升。
    工藝條件的pH影響鍍液穩定性能,基礎液中的鹽和導電鹽也是不可忽視的因素。在生產中只要將主鹽和導電鹽的濃度,陰極電流密度與pH值控制在工藝范圍,鍍液就能穩定正常生產。
4.22 獨特的后處理工藝
    鋅鐵合金鍍層鐵含量在3%—50%需閃鍍一層光亮鋅才能常規鈍化;含鐵量小于1%能常規鈍化。前者已形成共識,后者并非如此。
    本工藝鐵含量0.2%-0.8%。電鍍時對工藝條件稍有忽視,鈍化膜質量也有影響,這已為生產所驗證。
實踐證明,氯化物鋅鐵合金的鈍化不能用鍍鋅的常規鈍化,只能用適合于自身特點的鈍化工藝。
實踐總結:HNO3出光液濃度為1ML/L – 3ML/L,各色鈍化液除蘭白與軍綠鈍化液HNO3 3ML/L- 5ML/L外,其余色澤均無HNO3;CrO3除黑鈍化30g/L外,其余CrO3均在0.5g/L-5g/L之間。
    本工藝銀白鈍化,光亮照人,彩色鈍化,鮮艷奪目,黑色鈍化,油光黑亮,深受用戶青睞。
5 結語
    綜上所述,10年應用實踐表明,鋅鐵合金對提高鍍層質量,減薄鍍層,節約金屬,減少污染與降低成本方面是取代電鍍與熱浸鍍鋅的理想工藝,同時也展示了鋅鐵合金是一個很有發展前景的防護電鍍工藝。

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