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       電鍍、化學鍍、化學轉(zhuǎn)化膜等表面處理工藝，都是借助基體表面與溶液之間界面的化學或電化學反應(yīng)，在基體表面形成的覆蓋層，因此覆蓋層的質(zhì)量既受制于化學溶液的組成和操作條件，也受制于基體的表面質(zhì)量，金屬或非金屬基體的表面質(zhì)量對覆蓋層質(zhì)量的影響是不容忽視的。

       金屬零件鍍前處理的意義

       電鍍是在被鍍基體材料與鍍液相接觸的界面間發(fā)生的電化學反應(yīng)，電極反應(yīng)順利進行的先決條件就是保證鍍液與基體材料表面有良好的接觸。如果他們之間接觸不良，電極反應(yīng)就很難進行，甚至完全不能進行，在金屬制件的成型過程中，表面可能沾上油污或形成銹蝕物、氧化物等。在零件表面與鍍液制件形成中間夾層，阻礙電極反應(yīng)的順利進行，從而影響鍍層和基體的結(jié)合力及鍍層質(zhì)量；當金屬表面粗糙不平。以及有氣孔、砂眼、裂紋等缺陷時，鍍液容易存留在前面缺陷中，導致鍍層出現(xiàn)“黑斑”或泛“白點”，或由于酸的腐蝕放出氫氣而使鍍層出現(xiàn)“鼓泡”，其次，粗糙或有加工缺陷的零件表面，不會鍍出光滑、光亮的鍍層。當零件表面有灰塵、金屬粉末時，鍍層將會出現(xiàn)“結(jié)瘤”和“毛刺”，容易脫落，使鍍層表面產(chǎn)生小坑。

        生產(chǎn)實踐證明，電鍍生產(chǎn)中所發(fā)生的質(zhì)量問題，比如局部鍍層脫落、鼓泡、麻點、花斑以及局部無鍍層等現(xiàn)象，究其原因，大多數(shù)情況都不是電鍍工藝本身造成的，而是由于基體材料的鍍前處理不當造成的，尤其是鍍層的結(jié)合力、抗腐蝕能力和平整程度等性能，往往與鍍前處理質(zhì)量的優(yōu)劣密切相關(guān)。因此要獲取優(yōu)質(zhì)的鍍層，選擇合適的鍍前處理工藝是十分必要的。

       由于基體材料的種類繁多，加工過程及存放環(huán)境也不盡相同，使得各種零件電鍍前的表面狀況差別很大，另外，對鍍層的性能要求也有較大差異，所以鍍前處理的方法也不盡相同，必須根據(jù)基體材料或零件的性質(zhì)、表面狀況及表面處理的要求，選擇或安排合適的表面處理工序，認真對基體材料或零件表面進行鍍前表面處理工作，以提高鍍層與基體材料之間的結(jié)合力，從而保證獲得優(yōu)質(zhì)的鍍層。

       金屬基體材料的鍍前表面處理工藝主要包括以下幾個方面

       ①整平    包括磨光、拋光（機械拋光和電拋光）、滾光、刷光、噴砂等。用于粗糙零件表面整平，消除零件表面的劃痕、毛刺、厚層氧化皮等，使零件表面達到一定的平整度。

       ②除油    包括有機溶劑除油，化學除油及電化學除油。消除零件表面各種油污（潤滑油、防銹油、拋光膏等）

       ③浸蝕   包括化學浸蝕、電化學浸蝕。用于除去金屬零件表面的浮銹與氧化皮。

       ④弱浸蝕   是鍍前的最后一道工序，目的是除去金屬零件表面極薄的一層氧化膜，使零件表面呈現(xiàn)出金屬的結(jié)晶組織，以提高鍍層與基體的結(jié)合力。

        對于鋁合金、鋅合金、鎂合金等活潑金屬基體，為提高鍍層與基體結(jié)合力，還要對基體進行預(yù)鍍、預(yù)浸等預(yù)處理工作，如閃鍍銅，預(yù)鍍中性鎳等。

       對于非金屬基體材料。其電鍍存在特殊性。電鍍之前，除常規(guī)的表面前處理工序之外，尚需對非金屬基體表面進行金屬化處理，常用的方法有噴涂導電膠，真空蒸鍍金屬層、化學鍍、噴鍍等。

       鋅元素與鍍鋅

       鋅的性質(zhì)

       鋅的元素符號為Zn，是元素周期表中ⅡB族元素，原子序號30，相對原子質(zhì)量65.38，熔點419.5℃，相對密度7.17， 電阻率5.916 x 10-6Ω?cm。鋅的名稱來源于拉丁文Zin-cum。意思是“白色薄層”或“白色沉積物”。它的化學符號Zn也來源于此，其英文名稱是Zinc。

       鋅金屬組織為密排六方結(jié)構(gòu)（hcp），晶格常數(shù)a=0.26649nm，c=0.49470nm，比率c/a=1.865。

       鋅為兩性元素，與酸堿都可以發(fā)生氧化反應(yīng)

                                               Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑

                                     Zn+2NaOH+2H₂O=Na2[Zn（OH）₄]+H₂↑

       在潮濕空氣中，鋅將生成堿式鹽

                                  4Zn+2O₂+CO₂+3H₂O=ZnCO₃?3Zn（OH）₂  

        但是經(jīng)鈍化處理后的鋅則有較好的抗腐蝕性能。鋅的這種抗蝕性能使鍍鋅獲得了廣泛的應(yīng)用，至今都是金屬鍍層中使用最多、用量最大的鍍層 。鋅也是防護性富鋅涂料中的重要原料。海洋等嚴重腐蝕環(huán)境中使用的鍍厚鋅制件，采用的是熱鍍鋅的技術(shù)。

        鍍鋅的應(yīng)用

        鍍鋅是鋼鐵制件的最常用防護性鍍層，鍍鋅也是典型的陽極鍍層，對鋼鐵基體有良好的電化學保護作用，同時，經(jīng)鈍化處理后的鍍鋅層又有較好的抗蝕性能，因此，電子產(chǎn)品的機殼，機架和底板支架等鋼鐵結(jié)構(gòu)件，大多數(shù)采用了鍍鋅工藝。

       鍍鋅主要是作為鋼鐵制件的防護性鍍層面大量采用的，由于鋼鐵制件仍然是工業(yè)結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)材料，無論是工業(yè)機械還是日用五金，也無論是機械類制品還是電子電器類產(chǎn)品，只要是用到鋼鐵結(jié)構(gòu)制件，大多數(shù)都采用丁鍍鋅處理。因此，鍍鋅的總量在所有電鍍鍍種中是最大的，鍍鋅是電鍍行業(yè)最基本和最普遍的鍍種。

       隨著汽車制造、通信基站、采礦機械等各種工業(yè)產(chǎn)品在現(xiàn)代環(huán)境中抗蝕性能要求的增強，對鍍鋅的抗蝕性能要求也有了提高，從而促進了鍍鋅合金技術(shù)的發(fā)展與進步。

       對于用于嚴重腐蝕環(huán)境而需要更厚鍍層的制件，則采用熱鍍鋅技術(shù)。 比如橋粱鋼構(gòu)伊航海器件、海洋鉆探和采油設(shè)備、公路護欄 、高壓線塔構(gòu)件等，大都采用熱鍍鋅后，再進行表面涂裝處理。

       堿性無氰鍍鋅工藝

       在取代氰化物鍍鋅的工藝中，以堿性無氰鍍鋅最為典型。堿性鍍鋅也稱為鋅酸鹽鍍鋅，是指以氰化鋅為主鹽，以氫氣化鈉為配位劑的鍍鋅工藝。這種鍍液在添加劑和光亮劑的作用下，已經(jīng)可以鍍出可以與氰化物鍍鋅一樣良好的鍍鋅層。由于這一工藝主要是靠添加劑來改善鋅電沉積的過程，因此，正確使用添加劑是這個工藝的關(guān)鍵。

       典型無氰堿性鍍鋅

       典型的 無氰堿性鍍鋅是以高氫氣化鈉來給結(jié)合鋅離子，氰化鋅與氫氧化鈉的比值以1:10為最佳，由此得到的工藝配方和操作條件如下

        氧化鋅                 7.5~15g/L                       陰極電流密度                    0.5~5A/dm2

        氫氧化鈉            75~150g/L                       陽極                      純鋅板+不溶性陽極

        添加劑                          適量                                                     （鐵板或鍍鎳鐵板）

        無氰堿性鍍鋅的關(guān)鍵是采用了添加劑，如果沒有添加劑，從這種鍍液中鍍出的鍍層則是粗糙的灰黑色鍍層，加入添加劑以后，則鍍出細致并且呈現(xiàn)出金屬的白色至至光亮的鍍層。

       用于堿性鍍鋅的添加劑主要是與環(huán)氫氧丙烷反應(yīng)的胺類與二甲氨基丙胺、乙二胺等。這種鍍鋅工藝的最大缺點是鍍層沉積速度慢且不宜鍍厚，這是因為去電流效率較低（70%左右），同時添加劑分解產(chǎn)物在鍍層中夾雜較多，使鍍層脆性較大且鍍后處理（鈍化）性能下降。

      這一工藝的另一個問題是陽極的問題，由于金屬鋅本身是兩性金屬，在堿性溶液中也會有化學溶解，這樣鋅陽極在鍍液中無論是生產(chǎn)過程中還是停止工作時，都會發(fā)生電化學和化學溶解，從而會使鋅離子增加，鍍液失去平衡而導致無法正常工作。解決這一問題的方法，是在鋅槽中放入一定比例的不溶性金屬陽極，有時甚至完全采用不溶性陽極，只在需要補加鋅離子時才放入鋅陽極，并且在不工作時，一定要取出鋅陽極。從而防止鋅離子的不正常增加。

        解決鋅酸鹽鍍鋅中陽極過快溶解的另一個方法是完全使用不溶性陽極，另外配置一個溶鋅槽，定期通過流量管理系統(tǒng)根據(jù)分析信息自動往鍍槽中補加鋅離子，即所謂的雙槽無氧鋅鍍。

        酸性氯化物光亮鍍鋅工藝

        氯化物鍍鋅是無氰鍍鋅工藝中另一個亮點。這一工藝自20世紀80年代開發(fā)出來以來，由于光亮添加劑技術(shù)的進步，現(xiàn)在已經(jīng)成為重要的光亮鍍鋅工藝，這種工藝可以獲得全光亮的鍍鋅層，在黑色金屬材料上應(yīng)用非常廣泛。電子產(chǎn)品中的緊固件滾鍍鋅就基本上采用的是氯化物鍍鋅。

       氯化物鍍鋅經(jīng)歷了有銨和無銨兩個階段。早期的氯化銨鍍鋅是作為無氰鍍鋅方案中一個重要的鍍種而開發(fā)的，由于電流效率高、沉積速度快、鍍層結(jié)晶較細、滲氫較少等優(yōu)點而受到歡迎。所用的光亮劑主要是聚乙二醇和硫脲等有機物，也有用到六亞甲基四胺和苯亞甲基丙酮的。但因?qū)﹄婂冊O(shè)備腐蝕嚴重，且鍍后的鈍化性能也不好，因而逐步被無銨氯化鉀鍍鋅所取代。也有使用鈉鹽的工藝，但效果不如鉀鹽好，因此現(xiàn)在普遍使用的是鉀鹽工藝。

       氯化鉀鍍鋅典型工藝

       弱酸性氯化鉀光亮鍍鋅由于能夠獲得全光亮的鍍鋅層，成為日用五金電鍍中常用的鍍種之一。其典型工藝如下：

       氯化鋅                     60~70g/L       pH 值                4.5~6.5

       氯化鉀                 180~220g/L       溫度                  10 ~55℃

       硼酸                         25~35g/L       電流密度          1~4A/dm2

       商業(yè)光亮劑           10~20ml/L

       氯化物光亮鍍鋅由于使用了較大量的有機光電添加劑，在鍍層中有一定量夾雜，表面也黏附有不連續(xù)的有機單分子膜，對鈍化處理有不利影響，使鈍化膜層不牢和色澤不好。通常在2%的碳酸鈉溶液中浸漬處理后再在1%的硝酸中出光再鈍化。就可以避免出現(xiàn)這類問題。

       氯化物鍍鋅特別適合于滾鍍鋅加工。現(xiàn)在緊固件和小五金類鍍鋅制品，基本上都采用了滾鍍氯化鉀鍍鋅工藝，鍍層光亮均勻，晶鈍化或著色后，既有防護作用，又有裝飾效果，在不少制品鍍鋅加工中，代替了堿性鍍鋅工藝。

       但是氯化鉀滾鍍鋅存在鍍液濁點問題，在選用光亮劑和鍍液管理兩個方面都要加以注意。

        鍍鋅的鈍化和后處理工藝

      金屬鋅的標準電極電位較負，因此在腐蝕性環(huán)境中很容易氧化而生成白色氧化鋅，通常稱白銹。為了阻止或廷緩鍍鋅層在離蝕介質(zhì)中的氧化，通常都要對鋅層進行鈍化處理，人為地在鋅層表面生成一層處于鈍態(tài)的氧化膜，使鈍化后鍍層的表面電位成為正電位。這樣就可以大大提高鍍鋅層的抗腐蝕性能。

       鉻酸鹽鈍化

       鉻酸鹽鈍化是鍍鋅飩化工藝中使用多年的性能最好的飩化工藝，特別是彩色飩化，因為使鍍鋅抗蝕性能有明顯提高，一直是鋅鈍化的主流工藝。但是因為鉻酸鹽污染問題的嚴重性，限制和禁止使用鉻酸鹽的法令法規(guī)已經(jīng)公布并開始實施?，F(xiàn)在已經(jīng)普通使用低鉻或無鉻鈍化工藝。

       (1)低鉻鈍化

       ①彩色鏡化    

       鉻酸                                5g/L          pH值                       1.2-1.6

       硫酸                     0.1-0.5ml/L           溫度                          室溫    

       硝酸                              3m/L           時間           8~12s

       氯化鈉                     2~-3g/L

       ②藍白色化酸

       鉻酸                           3-5g/L          濃硫酸           10~15ml/L

       氯化鉻                       1-2g/L           溫度              室溫

       氯化鈉                     2～4g/L        時間 溶液中    30-50ml/L

       濃硝酸               30～50ml/L         空氣        5-10s

        ⑵.黑色鈍化   在有些產(chǎn)品中，出于產(chǎn)品性能或色彩配套的需要，有時要用到黑色鈍化，其工藝配方如下

       鉻酸                          15～30g/L                           溫度                               室溫

      硫酸銅                       30~50g/L                           鈍化時間                          2~3s

      甲酸鈉                       20~30g/L                           空氣中停留                      15s

      冰醋酸                    70~120ml/L                        水洗時間                          10~20s

      ph值                                   2~3

      （3)軍綠色鈍化 有些產(chǎn)品特別是軍工產(chǎn)品，需要軍綠色鈍化，這種鈍化膜有良好的抗蝕性能，且具有與軍工產(chǎn)品匹配的軍綠色

       鉻酸                         30~35g/L        硫酸         5~8ml/L 

       磷酸                       10~15ml/L       溫度         20~35℃  

       硝酸                          5~8ml/L          時間          45~90s

       鹽酸                           5~8ml/L

        三價鉻和無鉻鈍化

        三價鉻因為其毒性比六價鉻低得多而成為無鉻電鍍中的重要過渡性工藝，已經(jīng)有較為成熟的鈍化工藝，而無鉻鈍化則是環(huán)保型電鍍的目標工藝。這些工藝目前都已經(jīng)在生產(chǎn)中采用，并有各種商品可供選用。以下是這類鈍化工藝的示例。

       ①三價鉻鈍化

       三價鉻鹽      20g/L                        表面活性劑     0.2ml/L

       硫酸鋁          30g/L                               溫度        室溫

       鎢酸鹽          3g/L                                 時間        40s

       無機酸          8g/L

      ②無鉻鈍化工藝  已經(jīng)有應(yīng)用或研究中的無鉻鈍化工藝有非鉻鹽鈍化，包括鈦鹽、釩鹽、錳鹽、鎢鹽、鉬鹽、鍺鹽、鋯鹽等。

      a.鉬鹽鈍化

      鉬酸鈉                  30g/L                  溫度   55℃  

       乙醇胺                  5g/L                    時間   40s

      pH值         3（磷酸調(diào)整）

      b. 鈦鹽鈍化 

     硫酸氧鈦                 3g/L                    羥基喹啉        0.5g/L

     雙氧水                      60g/L                        pH值                1.5

      硝酸                     5ml/L                      溫度               室溫

      磷酸                   15ml/L                      時間10-20s

     丹寧酸                   3g/L