随阴极电流密度的增加镀层中镍含量急剧降低, 此 时电流密度较低, 反应速度较小, 阴极表面附近 pH 值 的 上 升 不 明 显, 在 阴 极 表 面 不能 形 成 完 整 的 Zn( OH) 2膜, 所以镍的沉积 未受到阻滞, 镍优先沉 积, 随阴极电流密度的增大, 逐渐形成 Zn( O H ) 2 膜, N i2+ 穿过 Zn( O H) 2 膜的阻力逐渐增大, 使得镀层镍 含量下降。
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第一汽车集团公司大众公司参照德国大众公司 的技术标准, 对轿车部分耐蚀零件提出了电镀锌-镍 合金的要求, 同时按照德国及大众公司的技术标准, 对锌-镍合金电镀液提出了应为弱酸性溶液及锌-镍 合金镀层含镍量在 10% ～15% 等系列技术要求。但 国内目前无符合其技术标准要求的成熟工艺, 因此 我们对锌-镍合金工艺又进行了选择和研究。
电镀锌-镍合金溶液的 pH 值控制比镀镍液更 为重要。硼酸作为缓冲剂, 主要在阴极表面附近起缓 冲作用, 保证合金镀层的成分均匀和稳定。 2. 2. 4 络合剂
络合剂与锌离子或镍离子形成络离子, 提高阴 极极化, 使镀层结晶细致、平整光滑。 2. 2. 5 添加剂
起光亮作用, 并能提高镀液的分散能力, 同时使 电流密度对镀层镍含量的影响变小。 2. 2. 6 十二烷基硫酸钠
J K = 3 A / dm2; pH= 4. 8; = 34℃ 图 1 ( cZn2+ / cNi2+ ) 对镀层中镍含量 的影响
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3. 2 阴极电流密度对镀层中镍含量的影响 试验结果见图 2。 从图 2 可见, 电流密度在 0～15 A / dm 2 范围内
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· 14 · M ay 2000 Plat ing and Finishing V ol. 22 N o . 3 文章编号: 1001-3849( 2000) 03-0014-04
电镀锌-镍合金工艺司 热处理厂, 吉林 长春 130011) 摘要: 为实现轿车国产化, 对轿车部分耐蚀零件提出了电镀锌-镍合金的要求。使用弱酸性锌-镍合 金镀液后, 能获得外观光亮、结合力良好、耐蚀性高的含镍量在 13% 左右的锌-镍合金镀层, 并对锌镍合金镀液性能和镀层性能进行了测试, 满足了第一汽车集团公司-大众公司锌-镍合金技术标准 的要求。 关 键 词: 电镀; 锌-镍合金; 工艺 中图分类号: T Q153. 2 文献标识码: A
( cZn2+ / cNi2+ ) = 1. 6; J K= 3 A / dm2 ; = 33℃ 图 3 电镀液 pH 对镀层中镍含量的影响
( cZn2+ / cNi2+ ) = 1. 55; J K= 3 A / dm2 ; pH= 4. 8 图 4 电解液温度对镀层中镍含量的影响
can be obt ained. T he propert y of the solut ion and qualit y of t he alloy coating are t es ted. T he res ult s
show that they can meet t he z inc-nickel alloy t echnology st andard of t he FA W Inc.
表面的性能也提出了越来越高的要求, 表面处理技 工艺才进行了广泛的研究, 虽然获得了实际应用, 但
术随之有了迅猛的发展。根据锌-镍合金本身的性能 总的应用规模还很小, 且锌-镍合金工艺镀层的镍含
和国外的应用发展, 可以肯定, 锌-镍合金电镀是具 量一般都控制在 6% ～10% 左右。
收稿日期: 1999-10-18 作者简介: 关兵( 1967-) , 男 , 吉林省吉林市人, 第一汽车集团热处理厂工程师, 学士 .
主要是起润湿剂的作用, 可降低界面张力, 减少 气体在阴极表面上滞留, 显著降低镀层的麻点和针 孔, 使镀层结晶细致光滑。
3 影响镀层中镍含量的因素
3. 1 电镀液 CZn2+ / CN i2+ 浓度比对镀层镍含量的影 响
试验结果见图 1。 由图 1 可以看出, 随着( cZn2+ / cN i2+ ) 浓度比的上 升, 镀层中的 镍含量下降, 其浓度 比保持在 1. 2～ 1. 7 之间时镀层的镍含量为 10% ～15% 。 虽然锌的标准电极电位比镍的标准电极电位负 很多, 但在锌-镍合金镀层中锌的百分含量却大于它 在电解液中的百分含量, 即锌比镍优先沉积, 所以锌 -镍合金的共沉积是属于典型的异常共沉积。对此异 常共沉积的机理有几种学说, 较有说服力的是, 由于 阴极表面氢气的析出使阴极表面附近的 H + 浓度降 低, pH 值升高, 导致 Zn( OH ) 2 膜优先生成并吸附在 阴极 表面上。合金 组分 中的锌 由 Zn ( OH ) 2 膜 中 Z n2+ 还原析 出, 而合 金组 分中的 镍则是 溶液中 的 N i2+ 穿过 Zn( O H) 2 膜, 而膜的阻力很大, 阻化作用 是导致锌-镍合金异常共沉积的原因。由图 1 也可以 看出, 由于阴极表面存在着 Zn( O H) 2 膜, N i2+ 的还 原 控制步骤 则是 N i2+ 在 Zn( OH ) 2 膜中 的扩散 步 骤, 而此时 N i2+ 的扩散系数很小, 在这种情况下即 使增加镀液中 N i2+ 浓度, 对 N i2+ 在 Zn( OH ) 2 膜中 的扩散速度影响也不大, 只是由于浓度梯度增大才 稍微增大了扩散速度, 而产生了( cZn2+ / cNi2+ ) 浓度比 虽然大幅度减小, 但镀层中镍含量的变化不随之成 正比变化, 只稍微增加, 但为了得到一定组分的锌镍合金还需严格控制锌离子与镍离子的浓度比。
Abstract: In order t o r ealiz e car manuf act uring relying on domest ic product s, t he need o f
elect roplat ing of zinc-nickel on certain corr osion res ist ant part s is propos ed. T hrough t he use o f
Keywords: elect ro plat ing ; zinc-nickel al loy; t echnol ogy
1 前 言
有广泛发展前景的金属覆层工艺, 在日本、美国、欧 洲已得到了广泛的应用。但在国内其发展是极为缓
随着现代工业和科学技术的迅速发展, 对材料 慢的, 直到 20 世纪 90 年代, 国内对锌-镍合金电镀
Electroplating Zin-Nickel All oy Technology
GU A N Bing
( Heat T reat ment F act ory , T he First Car M anufact ury Grop Co . , Chang chun 130011, China)
4 电解液性能测试
4. 1 阴极电流效率的测试 测量条 件: ( cZn 2+ / cN i2+ ) = 1. 58、pH = 4. 9、 =
34℃、J K = 3 A / dm2 , 此 时阴 极 电 流 效 率 为 K = 93. 8% 。 4. 2 分散能力的测试
利用哈林槽测定法测试 测试条 件: ( cZn 2+ / cN i2+ ) = 1. 61、pH = 5. 0、 = 34℃、J K = 3 A / dm2, K = 5。在无络合剂和添加剂的 情况下, 分散能力为 34. 6% ; 在有络合剂和添加剂
weak acid elect roplat ing bat h of zinc-nickel alloy t echnology, a zinc-nickel alloy coating layer
containing about 13 wt % nickel w ith bright appearance, sound bonding and high corrosion resist ance
氯化锌和氯化镍向电解液中提供锌离子和镍离 子, 通过改变电解液中锌镍离子浓度比( cZn2+ / cN i2+ ) , 可以控制镀层中锌和镍的含量比, 对镀层的外观、结 晶及成分影响很大。 2. 2. 2 导电盐
氯化钾和氯化铵做为导电盐提高了溶液的电导 率及降低了槽电压。另外, 氯化铵还起到了络合剂的 作用, 能与 N i2+ 及 Zn2+ 形成络离子, 使生成氢氧化 锌沉淀的临界 pH 值由原来的 4. 7 上升到 7 左右, 使电解液变得更加稳定。 2. 2. 3 缓冲剂
值时, 容易形成氢氧化物沉淀, 导致镀液不稳定。因 此, 在整 个电镀过 程中, 必须严 格控 制镀液 的 pH 值。 3. 4 镀液温度对镀层中镍含量的影响
试验结果见图 4。 在锌-镍合金的电沉积中, 镍的沉积速度相对于 锌的沉积速度要慢, 但随着温度的升高, 反应速度加 剧, N i2+ 在 Zn( O H) 2 膜中的扩散速度也加快, 使得 镀层中的镍含量随温度升高而增加。
( cZn2+ / cNi2+ ) = 1. 63; pH= 5. 1; = 34℃
图 2 电流密度对镀层中镍含量的影响
当阴极电流密度大于 10 A / dm2, 随电流密度增 加, 反 应 速 度 加 快, Zn2+ 大 量 还 原 析 出, 使 得 Zn( O H) 2 膜在阴极表面不能形成, 电极过程受扩散 步骤控制, 导致镀层中镍含量迅速增加, 所得到的镀 层疏松、不致密。 3. 3 镀液 pH 值对镀层中镍含量的影响