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【摘 要】由于鋅鎳合金鍍層耐蝕性和耐磨性優(yōu)于純鋅鍍層，國內(nèi)外紛紛開展了鋅鎳合金電鍍工藝的研究。本文介紹了電鍍鋅鎳合金鍍液的類型和各自的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了堿性鋅鎳合金中各組分的作用以及工藝參數(shù)對(duì)鍍層的影響。

【關(guān)鍵詞】電鍍 鋅鎳合金 絡(luò)合劑 共沉積

1   前言

     鋅鎳合金一般是指以鋅為基含有少量鎳（20％以下）的合金，具有優(yōu)異的耐蝕性，尤其是在惡劣的工業(yè)大氣以及嚴(yán)酷的海洋環(huán)境中。鋅鎳合金鍍層是近10多年興 起的一種優(yōu)良的新型防護(hù)性鍍層，國外已得到廣泛應(yīng)用，國內(nèi)這方面的研究近幾年發(fā)展很快，但實(shí)際應(yīng)用還很少。鋅鎳合金鍍層在保護(hù)鋼鐵件方面優(yōu)點(diǎn)突出，耐蝕性 比鋅鍍層高7～10倍，且氫脆敏感性很小，彩鈍后的鋅鎳合金外觀可保持10年。鋅鎳合金電鍍最先在日本和德國獲得成功，并在汽車工業(yè)上獲得廣泛應(yīng)用，同時(shí) 也應(yīng)用在航空、航天、輕工、家電等領(lǐng)域。近年來，國內(nèi)已將電鍍鋅鎳合金應(yīng)用于電纜橋架、煤礦井下液壓支柱、汽車鋼板、五金工具及軍工產(chǎn)品等，大大提高了產(chǎn) 品的耐蝕性能，并節(jié)省了原材料。到20世紀(jì)90年代，鋅鎳合金電鍍?cè)诜雷o(hù)性電鍍中的應(yīng)用所占比例逐年提高，在歐洲已達(dá)36％（1996年）。隨著人們對(duì)鋅 鎳合金電鍍工藝認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步完善，鋅鎳合金鍍層作為一種具有高耐蝕性、低氫脆性、可焊性和機(jī)械加工性等優(yōu)良特性的防護(hù)性鍍層將有更廣泛的應(yīng)用。

2  鋅鎳合金電鍍液類型及特點(diǎn)

     目前，常用的鋅鎳合金鍍液主要有兩種類型。一種是弱酸性氯化物鍍液，采用鎳鹽和鋅鹽作為主鹽，氯化物作為導(dǎo)電鹽，硼酸作為緩沖劑。這種鍍液的特點(diǎn)是陰極電 流效率高（95％以上），沉積速度快，鍍層脆性低，污水處理比較容易，鍍層含鎳量多在11％～15％范圍內(nèi)，但鍍液的分散能力和覆蓋能力較差。另一種是堿 性鋅酸鹽鍍液，主鹽一般采用鋅酸鹽和鎳鹽，特點(diǎn)是鍍液的分散能力和覆蓋能力較高，鍍層均勻、光亮，電流密度范圍寬，適合于復(fù)雜零件的電鍍，掛鍍和滾鍍均 可，鍍液對(duì)設(shè)備腐蝕性小，尤其是對(duì)管狀鍍件的內(nèi)表面沒有腐蝕性，鍍液不含劇毒物，易于管理，廢水處理簡單，但陰極電流效率較低（50％～80％）。堿性體 系電鍍鋅鎳合金鍍液由于具有以上特點(diǎn)，所以已被人們廣泛接受，并廣泛應(yīng)用于汽車、五金、機(jī)械等領(lǐng)域。

3  堿性鍍液各成份的作用及工藝條件的影響

     堿性溶液電鍍鋅鎳合金，是在強(qiáng)堿性溶液電鍍鋅基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。因?yàn)殄円褐墟囯x子可以改善鍍層的成份、組成及性能，所以堿性鋅鎳合金工藝逐步發(fā)展起來。在 強(qiáng)堿性鋅鎳合金電鍍液中，Zn/ZnO、NaOH、鎳離子基本不變，而差異在于絡(luò)合劑和添加劑不同。絡(luò)合劑和添加劑影響鍍液和鍍層性能的好壞，為此，下面 概括介紹了配方成份和工藝條件在電鍍過程中的作用和影響。

3.1 鋅或氧化鋅

     氧化鋅主要是在溶液中提供鋅離子。鍍液中Zn²⁺/Ni²⁺對(duì)鍍層的外觀影響不大，對(duì)鍍層的鎳含量影響很大，應(yīng)控制在2.5～3的范圍最佳。氧化鋅含量在6～12g/L時(shí)，鋅鎳合金鍍層的鎳含量在規(guī)定的范圍內(nèi)，耐蝕性最佳。過高過低都影響鍍層的合金成份及耐腐蝕性等質(zhì)量。電流效率隨鍍液中鋅含量的增加和陰極電流密度減小而提高。

3.2 氫氧化鈉

     氫氧化鈉的含量在100～140g/L時(shí)，鋅鎳合金鍍層的鎳含量在規(guī)定的范圍內(nèi)，鍍層的耐蝕性最佳。過高過低都影響溶液的導(dǎo)電性和鍍層的質(zhì)量。一方面它是 鋅離子的絡(luò)合劑，一方面又是溶液的導(dǎo)電鹽，起到降低溶液電阻，提高鍍液分散能力的作用。氫氧化鈉影響鍍液的電流效率和穩(wěn)定性。

3.3 鎳離子含量

     鍍層中的鎳含量隨鍍液中Ni²⁺/（Zn²⁺+Ni²⁺）比值的增大而提高，且鍍層中鎳含量遠(yuǎn)小于鍍液中Ni²⁺的百分含量，表現(xiàn)為異常共沉積的性質(zhì)，這樣獲得的合金為混合相。一般認(rèn)為鍍液中的Ni²⁺/（Zn²⁺+Ni²⁺）濃度比對(duì)鍍層中的鎳含量、鍍層的外觀有較大的影響，且比值達(dá)到0.16后，鍍層中的鎳含量達(dá)到最佳耐蝕性的范圍。鍍液中鎳離子含量增加，合金鍍層中的鎳含量增加。并且隨著溶液中鎳離子含量提高，合金鍍層中鎳含量高，鍍件的成本提高，鍍件不易鈍化。

3.4絡(luò)合劑

     絡(luò)合劑主要作用是絡(luò)合溶液中的鋅、鎳離子，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，使鋅、鎳離子配合物的沉積電位相近，發(fā)生共沉積，并抑制鎳的化學(xué)沉淀。因?yàn)殇\、鎳離子在強(qiáng)堿 性溶液中容易形成沉淀，而絡(luò)合劑的加入使得鋅鎳離子形成絡(luò)合物，降低了其在溶液中的單獨(dú)存在。選用氨水作為絡(luò)合劑，沉積電流密度超過轉(zhuǎn)化電流密度時(shí)，正常 共沉積變?yōu)楫惓９渤练e，單Zn和單Ni的開路電位十分接近，相差小于0.1V，這有利于共沉積。加入有機(jī)溶劑如脂肪族胺、脂肪醇胺、羥基羧酸鹽等能對(duì)Ni 離子配合，使Zn²⁺、Ni²⁺在Y有機(jī)溶劑的沉積電位比水溶液中更接近，更容易沉積。茴香醛與配合物有機(jī) 胺反應(yīng)，生成西夫堿，使鍍液的吸附性增強(qiáng)，而且鎳的配合物也促進(jìn)了鋅的沉積。酒石酸鹽、檸檬酸鹽及其二者雙絡(luò)合體系在抑制鎳化學(xué)沉積，使鋅、鎳離子的沉積 電位相近，發(fā)生共沉積方面，其效果均不太理想，從而選取穩(wěn)定常數(shù)較大的鎳絡(luò)合劑。絡(luò)合劑關(guān)系到鎳的沉積過程，影響鍍層中鎳的含量，而且胺類化合物是此類絡(luò) 合劑的首選。

3.5  添加劑

     三乙醇胺既是絡(luò)合劑又是添加劑。作為添加劑，其主要作用是改善鍍層外觀。三乙醇胺能使鍍層結(jié)晶細(xì)致，增加鍍層表面的平整性，光亮度。但含量高時(shí)導(dǎo)致陰極電 流效率的下降。而三乙醇胺含量的增加，使得合金鍍層中的鎳含量也相應(yīng)增加。添加劑改善了鍍層外觀，加大了電流密度使用范圍，并且提高了鍍液的分散能力和覆 蓋能力。二甲胺、乙二胺等添加劑的加入也有利于提高鍍液的分散能力和獲得光亮細(xì)致的鍍層。鋅、鎳離子的放電過程中添加劑有阻化作用，其中鎳大于鋅，因而降 低了在鍍層中鎳的含量。

3.6 光亮劑

    堿性鋅鎳合金鍍液中所用的光亮劑大體上可分為有機(jī)化合物和無機(jī)化合物。有機(jī)化合物包括:1) 胺類與環(huán)氧類化合物的縮合物, 如乙二胺或其甲基取代衍生物, 丙二胺或其甲基取代衍生物, 二乙烯三胺或其甲基取代衍生物等與環(huán)氧氯丙烷的反應(yīng)產(chǎn)物, 用量0.1～0.3g/l。2) 芳香醛類: 茴香醛、香草醛、胡椒醛等, 其質(zhì)量濃度0.01～0.2g/l。無機(jī)光亮劑: 如氧化碲、亞碲酸及其鹽、碲酸及其鹽。其質(zhì)量濃度為0.1～5g/l。無機(jī)光亮劑的作用是使鋅鎳合金的比例得到保證, 即使在低電流密度區(qū)內(nèi)也可獲得均勻的合金成分比, 使鍍層具有優(yōu)良的光亮性。

3.7 陰極電流密度

    隨著陰極電流密度的增加，鋅鎳合金鍍層中鎳含量的變化很小，這是堿性鋅鎳合金電鍍體系的最大優(yōu)點(diǎn)。即電流密度的變化對(duì)鍍層合金成份影響不大。

3.8 溫度

     隨著鍍液溫度的增加，鍍層中的鎳含量先升后降。鍍液溫度在15～35℃都可得到良好的鍍層外觀，溫度高于40℃時(shí)，鍍層變得灰暗。溫度過高時(shí)，有機(jī)添加劑容易發(fā)生分解，影響絡(luò)合劑光亮劑等的使用效果，進(jìn)而影響鍍層的氫脆性能和外觀質(zhì)量。

4  小結(jié)

    強(qiáng)堿性溶液電鍍鋅鎳合金對(duì)絡(luò)合劑和添加劑要求較高,既要鋅、鎳離子在強(qiáng)堿性溶液中不產(chǎn)生沉淀,又要鋅、鎳離子絡(luò)合后沉積電位相近,并要在沉積時(shí)能夠保證鍍 層中鎳含量在耐蝕性最佳的比例范圍內(nèi)。所以國內(nèi)外主要對(duì)絡(luò)合劑和添加劑展開了廣泛的研究。但堿性溶液電鍍鋅鎳合金存在鍍液補(bǔ)充和廢液處理問題,這需要從絡(luò) 合劑和添加劑方面展開深入的研究,以根本解決這一問題。