浅谈氯化钾镀锌
1 前言
氯化钾镀锌是目前最主要的镀锌工艺之一, 镀锌层的整平性和光泽性较好, 电流效率较高, 废水处理简单, 特别是能在锌铁件、洋火件等表面处理难度较大的基材上镀覆。
因此, 氯化钾镀锌工艺得到广泛应用。
2 氯化钾镀锌工艺参数的影晌及控制
2.1 镀液主要成分作用与控制
(1) 氯化锌
氯化锌是钾盐镀锌的主盐。
氯化钾浓度高, 允许电流密度范围大, 沉积速率快, 但镀液分散能力和深镀能力降低; 氯化锌浓度低, 浓差极化较大, 分散能力和深镀能力有所改善, 但允许电流密度范围变小, 沉积速率减小, 且高电流密度区容易烧焦等。
因此, 适宜的氯化锌浓度为40～70 g/L。
更为关键的是, 严格控制氯化锌/氯化钾在1:(3～5)为宜。
(2) 氯化钾
氯化钾在钾盐镀锌液中既是配位剂又是导电盐,适当提高其含量可提高镀液的导电能力和分散能力。
但其含量高时,会使高电流密度区易出现烧焦,尤其是由于盐析作用使添加剂中载体光亮剂溶解度降低而析出,恶化镀层质量,且降低添加剂产生的光亮作用。
若氯化钾含量太低,会使镀液导电性和分散能力降低。
因此,一般钾盐镀锌工艺配方中氯化钾200～250g/L,最重要的是控制氯化锌/氯化钾的比值在较佳的工艺范围内。
(3) 硼酸
硼酸在钾盐镀锌液中是缓冲剂,稳定镀液的pH值, 且在阴极膜中还能起弱配位作用, 对镀层沉积有催化作用。
其含量允许范围较大, 为25～40g/L。
但含量高时, 在温度偏低时容易结晶析出。
2.2 添加剂的影晌和控制
市售钾盐镀锌添加剂种类繁多, 但其作用机理和组成基本相同, 都是由主光亮剂、载体光亮剂、辅助光亮剂、应力消除剂等有机物按一定比例复配而成的。
(1) 主光亮剂
主光亮剂属于芳香酮类化合物, 能吸附于阴极表面, 增大阴极极化, 使锌镀层结晶细致。
使用比较多的, 如苄叉丙酮、邻氯苯甲醛、对氯苄叉丙酮等。
主光亮剂不溶于水, 要通过载体助溶、增溶、扩散到镀液中发挥其作用。
载体则大多为非离子型或阴离子型表面活性剂, 要求具有高的浊点, 有助于提高镀液的操作温度。
常用的载体有烷基醇聚氧乙烯醚、烷基
醇聚氧乙烯、聚氧丙烯醚、烷基(或芳基)聚氧乙烯醚等。
载体不仅对主光亮剂助溶、增溶, 扩大允许电流密度范围, 并吸附于阴极表面, 提高润湿性, 减少针孔。
(2) 辅助光亮剂
辅助光亮剂种类比较多,大多是有机酸、有机酸盐及某些杂环化合物, 如苯甲酸钠、二苯胺磺酸钠、水杨酸钠、烟酸、苯骈三氮唑、巯基苯骈咪唑、甘氨酸等, 它们可以扩大光亮电流密度范围,提高分散能力和深镀能力及极化度, 提高锌镀层质量, 并有助于降低主光亮剂的消耗。
但它们在镀液中的溶解度受pH值的影响较大,pH值低, 其溶解度降低并析出, 将对镀液产生不良影响。
(3) 注意事项
①钾盐镀锌添加剂需经复配才能发挥良好的协同作用。
添加剂各组分必须在镀液中充分溶解,并有良好的分散度。
要注意预防和避免由于镀液温度升高使载体光亮剂溶解度降低而析出, 引起镀液浑浊。
选用高浊点的载体, 提高镀液稳定性。
辅助光亮剂也因pH 值下降而析出,使镀液浑浊影响镀层质量。
②在补充添加剂时须用温水稀释2～3 倍, 边加边搅拌, 确保完全溶解。
添加剂补充遵循少加、勤加的原则,在达到一定光亮度的前提下, 添加剂尽可能以少加为宜,切忌片面追求光亮度而盲目地多加。
③在调整镀液pH 值时, 也需对酸碱溶液充分稀释, 边加边搅拌, 避免局部区域pH 值变化而影响添加剂的溶解。
④在处理钾盐镀锌液中杂质时,如Fe2+等, 常加入氧化剂H202等, 在氧化除杂的同时也会氧化添加剂中某些组分, 使其比例失调, 降低锌镀层质量。
这时应通过霍尔槽试验进行调整。
2.3 工艺参数的影晌和控制
(1) 温度
钾盐镀锌有较宽的工作温度范围,一般在10-50℃。
温度高, 允许电流密度高, 沉积速率快, 但镀液分散能力和深镀能力会降低; 而温度低, 分散能力和深镀能力较好, 但允许电流密度范围减小, 沉积速率减慢。
另外, 温度偏高时, 添加剂中载体非离子型表面活性剂在镀液中的溶解度将随温度升高而降低, 甚至在一定程度上在镀液中析出引起镀液浑浊,出现油
状物漂浮于镀液表面而严重影响镀层均匀、光亮, 使镀层钝化困难, 还会增加添加剂非正常消耗。
因此, 温度最好控制在20～35℃。
(2)pH 值
镀液pH值偏低, 镀层光亮度较好, 但辅助光亮剂溶解度较低而析出, 使镀液浑浊;pH 值偏高, 有助于提高镀液浊点, 但光亮区范围减小, 阳极易钝化, 甚至会生成Zn(OH)2沉淀使镀液变浑。
综合考虑, pH值应控制在4.5～5.5。
调整镀液pH 值时, 应采用稀释的HCl或KOH
溶液, 在充分搅拌下缓缓添加, 以避免添加剂非正常损耗而影响镀层的光亮度。
另外, 镀液中维持足够的H3B03含量, 有利于pH值的稳定。
(3) 电流密度
一般而言, 电流密度大, 沉积速率快, 镀层光亮度好, 但锌镀层中有机夹杂物增多, 易变色, 钝化后易退色、脱膜等; 电流密度偏小, 沉积速率慢, 镀层光泽性较差。
应根据各工艺参数相互影响, 从实际出发选择最佳的电流密度。
3 镀液的维护与管理
(1) 定期化验镀液, 使其各成份含量保持在较佳范围。
一般情况下氯化锌无需补充, 可以通过调节阳极面积大小控制锌离子含量。
锌阳极在镀液中会化学溶解, 锌产时应取出阳极, 防止锌离子含量较快增加。
注意氯化钾含量过高会使镀液浊点下降,载体光亮剂溶解度下降而析出,使镀液浑浊, 影响镀层的质量。
(2) 钾盐镀锌添加剂应根据生产量掌握消耗规律,以每千安小时添加补充, 要遵循少加、勤加原则,必要时进行霍尔槽试验以确定添加量,效果会更好。
(3) 在正常生产情况下,pH值呈逐渐上升,宜用5% 盐酸边搅拌慢慢添加,pH 值控制在
(5±0.2)更为适宜。
4 电镀故障处理
4.1 镀液浑浊
(1) 浑浊原因
①镀件前处理不良。
镀件表面油污锈迹带入镀液, 且累积增多。
②异金属杂质, 如Fe2+等在镀液中积累超出允许范围。
③镀液浊点下降, 使载体光亮剂溶解度降低并析出, 以油状物漂浮于镀液表面。
④pH 值偏高形成Zn(OH)2胶状沉淀物;pH值太低, 使辅助光亮剂溶解度降低并析出。
⑤镀液中添加剂分解物增多并累积, 使有机杂质含量超过允许范围等。
(2) 措施
镀液浑浊, 锌镀层易变色, 不易钝化、脱膜, 脆性大, 抗蚀防护性能降低等。
应及时对钾盐镀锌溶液进行大处理, 以净化镀液。
先按1～2mL/L计量的H2O2, 稀释加入镀液中。
将镀液pH 值调至4.0～4.2, 充分搅
拌,30min 后适当加热, 并保温120 min, 以除去多余的H202再按1～3 g/L计量活性炭加入, 充分搅拌30-60min; 按1～2 g/L 计量锌粉加入, 搅拌30min, 静置120 min后, 进行
过滤。
然后进行化验分析, 根据分析结果补充各成分, 调整pH值在工艺范围内, 补充添加剂, 试镀后即可进行电镀。
4.2 钝化膜变色
(1) 锌镀层表面常有一层有机薄膜, 影响钝化效果, 也容易造成钝化膜变色。
因此, 钝化前在热除油液中浸渍数秒后去膜, 再进行活化、出光、钝化, 有一定的效果。
(2) 也可在下列溶液中浸渍去膜:
KMn04 0.5-1.0 g/L, H2S04 3-5 mL/L, 室温,5-10S。
也能够有效消除锌镀层表面有机薄膜的影响, 明显地提高锌镀层的钝化质量, 提高抗蚀防护性能。