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新型堿性無氰鍍鋅工藝
理化部：湯新生
一、 前言
長期以來由于氰化鍍鋅工藝范圍寬、雜質(zhì)容忍度高等優(yōu)點在電鍍中沿用至今，隨著國家對環(huán)保的日益關(guān)注，促進(jìn)電鍍行業(yè)發(fā)展無氰鍍鋅。
我國在20世紀(jì)70年代大力開展無氰鍍鋅工藝的推廣，對電鍍工藝及添加劑的應(yīng)用研究取得一定發(fā)展，近30年來人們普遍用脂肪胺與環(huán)氧氯丙烷的縮聚反應(yīng)物和芳香醛組合作為無氰鍍鋅體系的添加劑。其主要缺點是電鍍前處理要求非常嚴(yán)格、操作條件較窄，而且覆蓋能力和均勻能力差、鍍層脆性大，無法鍍的較厚的鍍層，而且分解產(chǎn)物多�；谝陨显�，無氰堿性鍍鋅不能完全取代堿性氰化鍍鋅。
近幾年，電鍍界的研究和研發(fā)新型無氰鍍鋅工藝，使用某些含氮雜環(huán)化合物的合成物作為中間體組成的添加劑，也有用某些特殊結(jié)構(gòu)的季胺聚合物作為載體光亮劑，主光劑則通過改性或者使用新的物質(zhì)如具有內(nèi)鹽結(jié)構(gòu)的物質(zhì)取代醛等。
新型無氰堿鋅光亮劑成功的解決了上述缺點，使堿性無氰鍍鋅在鍍層光亮度、鍍液深鍍能力和均鍍能力（高低區(qū)厚度比為2:1左右）以及電流效率等方面都有了提高。江蘇夢得電鍍化學(xué)品有限公司專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊通過近3年的研究開發(fā)了高質(zhì)量的無氰堿鋅添加劑，型號為MDZ-1301高性能鋅酸鹽無氰鍍鋅工藝。下面詳細(xì)說明MDZ-1301高性能鋅酸鹽無氰鍍鋅工藝的優(yōu)點。
二、 MDZ-1301堿性無氰鍍鋅的特點
1. 特別良好的深鍍能力和均鍍能力
當(dāng)電流密度在高電流區(qū)與低電流區(qū)相差20倍時（赫爾槽試片高區(qū)據(jù)邊緣1.5cm及低區(qū)據(jù)邊緣1.5cm，電流密度分別為8.6A/dm2及0.43A/dm2，2A30分鐘試片）鍍層厚度比為2倍，而氰化鍍鋅厚度比為4倍，酸性鍍鋅層厚度為8倍。使用本公司MDZ-1301系列光劑電鍍工件，高區(qū)厚度測定值以及電鍍廠用氰化鍍鋅電鍍工件高低區(qū)厚度測定值。使用本公司無氰鍍鋅添加劑電鍍工件低電流區(qū)厚度超過氰化鍍鋅，其均鍍能力更加突出。不管工件各個部位的電流密度有多大，赫爾槽試片陰極電流密度上能達(dá)5-6A/dm2。MDZ-1301堿性無氰鍍鋅系列添加劑均能得到一個較為固定的電鍍速率，這就是說即使工件在尖銳的邊角都不會沉積過多的鋅，這是因為MDZ-1301B劑能使得這些部位的電流效率降低，同時也能防止這些部位鍍層燒焦。
因此，MDZ-1301高性能堿性無氰鍍鋅工藝特別適用于外形復(fù)雜或大平面零件的鍍鋅，由于其良好的均鍍性能可以提高鍍件質(zhì)量，同時降低原料成本，縮短電鍍加工周期。
2. 優(yōu)異的柔軟性和低脆性
初期開發(fā)的堿性無氰鍍鋅添加劑主要缺點是：用量范圍不寬，鍍層脆性大，無法鍍超過15um的厚度鋅層，也無法承受200℃左右數(shù)小時的除氫處理（容易起泡脫皮）。MDZ-1301添加劑鍍厚鋅只需合理添加MDZ-1301 A劑和MDZ-1301 B劑即可實現(xiàn)鍍層中壓應(yīng)力和張應(yīng)力平衡，達(dá)到無脆性鍍層，可進(jìn)行鍍層變形加工。
3. 工藝范圍寬，管理簡單
早期應(yīng)用的鋅酸鹽鍍鋅工藝，鋅含量不能太高，鋅和氫氧化鈉的比要嚴(yán)格控制，而對于MDZ-1301工藝，鋅含量在6-18g/L都可以鍍得光亮平整、光亮區(qū)寬的鋅鍍層，溫度從18-50℃均可適用，電流密度達(dá)10A/dm2也不會燒焦。在MDZ-1301技術(shù)文件中建議的****工藝范圍內(nèi)，光亮劑的優(yōu)勢則可得到充分發(fā)揮。
開缸量：MDZ-1301 A劑：6-12ml/L，MDZ-1301 B劑：6-12ml/L
MDZ-1301 B劑/MDZ-1301 A劑添加比例為1/2~2/3
其中1/2光亮度更佳，2/3鍍層柔軟性更高。
⑴在金屬雜質(zhì)污染時，可加入除雜劑MDZ-1301 C劑 2-4ml/L。
⑵水質(zhì)硬度過高造成中區(qū)有霧時可加入水質(zhì)凈化劑MDZ-1301 D劑0.5-1ml/L。
⑶要求鍍鋅層厚度超過15um時，可適當(dāng)提高MDZ-1301 B劑的添加比例，提高鍍層的延展性。
⑷堿霧重，要改善工作環(huán)境時，可加入抑霧劑。
一般情況下，只需按規(guī)定補(bǔ)加A、B劑即可正常電鍍，如考慮到水質(zhì)問題和金屬雜質(zhì)，可每周定期加入少量的凈化劑和除雜劑來穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。
4. 優(yōu)良的抗腐蝕性
鍍鋅層抗腐蝕性能目前主要通過中性鹽霧試驗來評定與氰化鍍鋅相同，MDZ-1301添加劑抗腐蝕性良好，中性鹽霧試驗藍(lán)白鈍能達(dá)96小時以上，彩鈍能達(dá)120小時以上，具有良好的抗蝕性。
5. 鍍層光亮度
新開缸的鍍液要經(jīng)一段時間電解后才能表現(xiàn)出良好穩(wěn)定的光亮度，如特別強(qiáng)調(diào)光亮度時可適當(dāng)提高MDZ-1301 A的用量，但是從鍍鋅的主要功能出發(fā)，防護(hù)性還是第一位的，過高的光亮度會使鍍層內(nèi)應(yīng)力上升，脆性升高，結(jié)合力降低。
6. 電流效率
MDZ-1301工藝應(yīng)用得當(dāng)可以獲得75%-80%電流效率（氰化鍍鋅為65%-75%），眾所周知，與鍍鋅電流密度效率相關(guān)的因素是溫度、鋅濃度、陰極電流密度及光亮劑。
⑴溫度升高（35℃→45℃）電流效率可提高10%。
⑵主光劑不足或過多，電流效率有較大改變。
⑶電流密度的影響，電流密度越大、電流效率越低。
三、 MDZ-1301高性能鋅酸鹽無氰堿鋅工藝維護(hù)
為使用MDZ-1301高性能鋅酸鹽無氰鍍鋅液穩(wěn)定可靠的工作，鍍液中金屬鋅.添加劑的平衡，以及雜質(zhì)的控制都十分重要。
1. 鋅含量的控制
設(shè)置一個體積為渡槽10%-20%的溶鋅槽，使用鐵籃子與鋅板組成原電池原理進(jìn)行不斷溶鋅，補(bǔ)加鋅含量并控制鐵藍(lán)中鋅塊的重量和溶鋅時間來控制鍍液中鋅濃度，來維持電鍍過程中鋅濃度在工藝范圍內(nèi)。
2. 無氰鍍鋅溶液中添加劑的控制
⑴赫爾槽評估方法
建議每日采用赫爾槽以無攪拌試鍍3A3min與1A5min試片效果，并按《故障排除指南》以解決電鍍時所發(fā)生的問題。
⑵借助鍍層分布試驗以確定光亮劑的含量
① 在無攪拌下以2A30min電鍍試片，可用鐵陽極，鍍液條件盡可能接近工作槽液條件。
② 鍍后水洗，不浸入硝酸出光液或鈍化液。
③ 利用赫氏尺，在電流密度0.43A/dm2與8.64A/dm2處測其厚度。
④ 計算高電流密度區(qū)與低電流密度區(qū)厚度比值，高/低在1.5-2.25之間為佳，高于2.25表示光亮劑含量低，低于1.5則表示光亮劑含量高。
3. 無氰堿鋅鍍液中雜質(zhì)的控制
⑴原材料的質(zhì)量要求
氫氧化鈉使用精致級白色片狀氫氧化鈉，含量達(dá)98%以上，鋅板使用高純度99.99%以上鋅，低純度鋅含雜質(zhì)多，容易使電鍍發(fā)生故障。
⑵平時生產(chǎn)根據(jù)鍍液性能適當(dāng)使用除雜劑和水質(zhì)凈化劑，提高鍍液凈化程度。
4. MDZ-1301高性能鋅酸鹽無氰鍍鋅工藝配方及工藝條件參照江蘇夢得電鍍化學(xué)品有限公司的MDZ-1301高性能鋅酸鹽無氰堿鋅工藝。
5. 結(jié)束語
MDZ-1301高性能鋅酸鹽無氰鍍鋅工藝無論鍍液和鍍層性能都已達(dá)到或超過氰化鍍鋅，而且堿性無氰鍍鋅符合清潔環(huán)保生產(chǎn)要求，同時從2013年2月投入市場后，眾多電鍍廠實踐證明，采用MDZ-1301高性能鋅酸鹽無氰鍍鋅工藝配槽費(fèi)用至少降低10%，在添加劑消耗補(bǔ)加費(fèi)用上雖略有增加，但是由于生產(chǎn)效率提高30%，因而節(jié)省金屬鋅等原材料、電能、產(chǎn)品成本結(jié)構(gòu)的變化，整體成本是下降的，增加經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，目前仍有相當(dāng)數(shù)量的電鍍廠使用氰化鍍鋅，廣大電鍍工作者要大力推廣宣傳普及無氰鍍鋅工藝，改進(jìn)工藝、嚴(yán)格管理，努力實現(xiàn)清潔文明生產(chǎn)，實現(xiàn)電鍍行業(yè)可持續(xù)性發(fā)展。