分享：汽车零件锌镍合金电镀工艺实践

近年来,锌镍合金镀层作为一种新型高耐蚀性合金镀层得到越来越广泛的应用。含镍量为13%左右的Zn2Ni合金镀层的耐蚀性是纯锌镀层的5～8倍。锌镍合金电镀产品比传统的纯镀锌产品有更高的经济利润,所以国内很多电镀企业争上锌镍合金电镀项目,但是目前困绕电镀企业的几个问题是锌镍合金电镀体系没有镀锌体系稳定,溶液中锌离子和镍离子不易准确地分析和控制,得到的镀层镍含量达不到标准,一系列的现场故障不易解决。本文就安特公司的碱性锌镍合金电镀工艺的维护管理、故障排除及新型的镀液无氰分析方法作全面的介绍。

安特公司现使用的碱性锌镍合金电镀液PERFORMA285,与传统工艺相比,镀液络合物种类少,得到的镀层光亮、延展性好、镍含量稳定在12%～15%、耐蚀性好。汽车零件镀层厚度10～15μm,镍含量在12%～15%,经三价铬钝化液处理并封闭烘干后,中性盐雾试验可达1000h不出现红锈。经半年多的生产实践考验,24h连续生产,证明该工艺稳定可靠,维护简单,操作容易,可用于汽车零件电镀,完全可满足国内外环保型电镀产品的要求。

1工艺流程

上挂→高温除油→热水洗→超声波除油→逆流漂洗→阴极除油→逆流漂洗→酸洗→逆流漂洗→阳极除油→逆流漂洗→硫酸活化→纯水洗→超声波水洗→锌镍合金电镀→回收→逆流漂洗→超声波纯水洗→三价铬钝化→逆流漂洗→纯水洗→封闭→烘干→下挂→检验。

2碱性锌镍合金电镀工艺

碱性锌镍合金电镀工艺及条件如下:

Zn2+                        7～10g/L

NaOH                   120～135g/L

Ni2+                      1.0～1.8g/L

络合剂285BASE       90～110g/L

光亮剂285BRI            2～5mL/L

辅助络合剂285ADD 0.5～1.0mL/L

温度                          21～25℃

阴极电流密度            1.0～3.0A/dm2

阳极纯镍板空气搅拌、循环过滤

①氢氧化钠

氢氧化钠主要起络合作用,过量的氢氧化钠是稳定电镀液的必要条件。氢氧化钠为强电解质,有利于降低镀液内阻,减少电能的消耗和防止镀液温升过快,同时有利于阳极溶解。若氢氧化钠含量过高,则会引起阳极溶解过快,使镀液中锌含量自然升高,溶液比例失调,电镀锌镍合金造成故障。

②络合剂

众所周知,镍离子在一般的碱性溶液中形成氢氧化镍沉淀,无法参与电镀反应,络合剂的加入使溶液稳定。络合剂BASE是多元胺化合物,也是环氧氯丙烷系列的多聚型表面活性物。其分子中含有—OH、—N、—CH等多个极性基团,致使能定向地在阴极表面上产生特殊的吸附。它又是一种季胺盐,带正电荷,使吸附变得容易进行,络合剂BASE不仅可以使两种金属的电极电位接近,而且还可以使电流密度范围加宽,对杂质敏感性降低,镀层塑性增加、镀层结晶细致,分散能力和深镀能力提高。

添加剂过量,将会造成镀层脆性增大;添加剂含量过低,则会降低镀液的电流效率。

③光亮剂

光亮剂BRI主要起光亮作用,光亮剂是一种含甲氧基和羟基的有机化合物。如不加光亮剂,则镀层光泽欠佳,此光亮剂的光亮作用并不是它在阴极吸附的结果,而是其阴极还原的中间产物起了增光作用。光亮剂用量不能太大,否则镀层脆性变大,其与EDTA混合使用可以延长使用寿命,并且可以减少其使用量。

④辅助络合剂

辅助络合剂ADD是一种含氮有机化合物,含有配位能力很强的氨氮和羧氧两种配位原子,辅助络合剂ADD本身无增光作用,它主要是络合微量的金属杂质,防止杂质对电沉积的干扰,影响镀层质量,另一个作用就是它与光亮剂配合使用,可以减少光亮剂的用量,延长其使用寿命。

3锌镍合金镀液配制和补加

1)锌镍合金镀液的配制

在溶锌槽(见图1)中配制高浓度的NaOH溶液(115～200g/L),槽中的锌锭由于与铁(铁篮)接触,发生原电池反应,锌阳极溶解,转变为锌离子。再将这较高浓度的Zn2+和NaOH溶液排到回收槽中,静化处理,未溶物质可从其底部漏去。往回收槽中加1～2g/L的锌粉,搅拌30min,再加1～2g/L的活性炭粉,搅拌2h以上,电镀锌镍合金静置4～8h,过滤3～4次,再经过滤泵抽回合金镀槽中,加纯水至体积的3/4。

镍盐不能直接加入镀槽中,否则会产生Ni(OH)2沉淀,本工艺采用超邦公司提供的285锌镍开缸剂(即镍水)与285BASE按1:1比例混匀相互络合后加入锌镍合金槽中,充分搅拌混匀,再加入余下的计算量的285BASE及285BRI锌镍光亮剂,285ADD锌镍辅助络合剂,加水到规定体积搅拌均匀后小电流处理6～12h,分析调整浓度后可进行锌镍合金试镀。

2)锌离子、镍离子的补加生产时,镀液中锌不断地被消耗,经分析计算后,可通过镀液循环系统补充。

合金镀液经过锌镍合金镀槽的溢流口流到溶锌槽中,溶锌槽中的锌不断地溶解,使合金镀液的锌含量提高。溶锌槽中的镀液排到回收槽中,回收槽底层的淤泥杂质通过排放口排出,上层较清的溶液用过滤泵回抽到合金镀槽中。通过这样的循环,完成对合金镀液中锌的补充。而镀液中镍的补充,就用镍水和285BASE水络合混合后直接按消耗量加到合金镀液中。

3)添加剂的补加添加剂285BASE的消耗量为2～5L/(kA·h),光亮剂285BRI的消耗量为30～60mL/(kA·h),其补加以少加勤加为原则,并定期作赫尔槽试验,以调整补充。另外,添加剂会自动分解,如果停产1周以上,在重新生产时要按配制时需要的285BRI和285ADD的量添加。

4)除去镀液杂质金属杂质的去除,采用0.2～0.3A/dm2小电流密度处理8h以上,阴极采用大面积瓦楞板状铁板。镀液中的Na2CO3浓度随生产过程中的CO2气体溶入和有机添加剂的分解而不断增加,一般≤60g/L,否则会使镀液性能变坏,应经常测试并在冬季冷冻结晶或通过氢氧化钡溶入热水中再加入镀液中以去除Na2CO3。

本工艺采用镍板作不溶性阳极,避免了传统用锌板和氧化锌来补充锌含量时,产生大量的锌杂质。

锌镍合金对镀液在生产中必须配备过滤泵,在电镀生产时必须进行循环过滤,过滤使用的孔径一般为10μm的滤芯,孔径过大,会使过滤没效果;孔径过小,镀液经过溶锌槽补充锌离子后,溶液黏度大,容易堵塞。

4三价铬钝化工艺

钝化后能使镀层的耐蚀性能大大提升,其钝化工艺条件为:

FINIDIP128        120～160mL/L

pH                       1.8～2.6

温度                      45～50℃

时间                        8～10s

钝化液pH值可用稀HCl或Na2CO3溶液调整,不能用HNO3调整,否则工件会发黑。刚配完的镀液及镀液含镍量较高时,则工件镀层的镍含量较高,此时钝化温度可提高5℃左右,钝化时间可稍微延长。钝化过程中防止工件掉槽,以免钝化液中的锌离子、铁离子含量增高,影响钝化效果。

5封闭处理

使钝化层表面产生1层惰性保护层,其工艺条件为:

FINIGARD460     300～500mL/L

温度                       35～45℃

pH                        8.5～9.5

时间                       30～60s

密度                   1.019～1.027g/cm3

不用时在封闭槽上加盖,以防灰尘杂质掉入。生产时,用80～150μm的滤芯循环过滤。封闭后不用水洗,立刻吹干。

6常见故障及排除方法

锌镍合金电镀常见故障及排除方法见表1

锌镍合金镀层是一种新型的高效合金镀层,含镍13%左右的锌镍合金镀层经钝化封闭处理后中性盐雾试验不出现红锈的时间能符合客户要求,完全适合汽车零件表面处理的要求。碱性锌镍合金电镀工艺成分稳定,镀液性能好,操作管理容易,电镀锌镍合金采用三价铬钝化,其产品符合欧盟RoHS指令规定的要求,是汽车零件的理想表面处理手段,完全可以推荐使用。