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1 概述
鋅鐵合金電鍍有酸堿兩類(lèi)溶液，鍍層的鐵含量從0.2% ～27.0% ，鐵含量為3% 一15%的為高鐵含量，低于1%為低鐵含量。鍍層鐵含量0.2% ～0.8%的防護(hù)性能最優(yōu)異，普遍認(rèn)為最佳含鐵量為0.4%。有文章指出：鋅鐵合金能提高漆膜的粘附力，具有良好的焊接加工性，抗蠕變性，易磷化以及優(yōu)良的抗蝕性能(其抗蝕性為純鋅層的3～5倍)l1 。
目前國(guó)外鋅鐵合金電鍍的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，主要用于汽車(chē)、機(jī)械、航空、航天和電子等方面。日本zn—Fe合金電鍍的應(yīng)用較早且比較廣泛。鍍液有弱酸性氯化物與硫酸鹽體系以及堿性鋅酸鹽體系。鍍層中含微量鐵(0.3% ～0.8%)的合金多用于汽車(chē)、機(jī)械、電子和電器各種部件;含鐵量在15% ～25% 的鋅鐵合金，主要用于鍍鋼板和鋼帶，一般不進(jìn)行鉻鹽鈍化處理 國(guó)內(nèi)Zn-Fe合金電鍍也開(kāi)始應(yīng)用于生產(chǎn)。哈爾濱汽車(chē)制造廠采用堿性鋅鐵合金黑鈍化，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益I2。本工藝應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐始于1992年，有人對(duì)其防護(hù)性能作過(guò)監(jiān)測(cè)：取代鍍鋅用于環(huán)境較好即腐蝕性輕微的工作環(huán)境，鍍厚10 fan，經(jīng)超鉻(CrO3 2 L)彩鈍干燥后，按GB/645886標(biāo)準(zhǔn)作鹽霧試驗(yàn)，7周期(168 h)后，此時(shí)工件鈍化膜既未變色，也無(wú)白銹，完好無(wú)損;取代熱鍍鋅，用于環(huán)境較差即腐蝕性比較嚴(yán)重的工作環(huán)境，鍍厚24『邶，按GB/T309—93標(biāo)準(zhǔn)，作硫酸銅浸漬試驗(yàn)，鋼管完全符合熱浸鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)I 3。這表明本工藝取代電鍍鋅與熱浸鍍鋅是可行的。
2 應(yīng)用情況自20世紀(jì)90年代初以來(lái)，本工藝應(yīng)用于掛鍍，除鋼鐵零部件外，則為鋼管、板材、輕鋼龍骨與瑪鋼管件等;用于滾鍍以標(biāo)準(zhǔn)件和小五金的數(shù)量較多，此外線材電鍍也在選用。在應(yīng)用中最受用戶青睞的是鋼管電鍍與滾鍍。因?yàn)閮烧咛幚龛F雜質(zhì)已成他們的一大難題，前者鋼管內(nèi)壁電鍍難(沒(méi)有理想的輔助陽(yáng)極)，本工藝不僅成功解決了鋼管內(nèi)壁電鍍，而且將鐵雜質(zhì)化害為利，消除了對(duì)鐵雜質(zhì)的處理，節(jié)約了處理費(fèi)用，相應(yīng)降低了生產(chǎn)成本。本工藝應(yīng)用10年來(lái)，用戶作了較為客觀的評(píng)述，正如哈爾濱儀表廠電鍍分廠在《材料保護(hù)>2oo1年第6期發(fā)表的《電鍍鋅鐵合金工藝的應(yīng)用》一文將應(yīng)用情況總結(jié)了3點(diǎn)：(1)鋅鐵合金鍍層硬度高，光亮度好。當(dāng)鍍層厚度達(dá)到10 Fm以上時(shí)機(jī)械拋光，其亮度可與鍍鉻層相媲美;(2)經(jīng)銀白色鈍化后，做中性鹽霧試驗(yàn)% h無(wú)白銹，彩色鈍化后，中性鹽霧試驗(yàn)165 h無(wú)白銹，且鈍化膜不變色;(3)鋅鐵合金電鍍工藝比鍍鋅工藝更穩(wěn)定，鍍液易維護(hù)，鍍層防護(hù)性能可提高3倍以上
3 應(yīng)用體會(huì)
3.1 嚴(yán)格控制基礎(chǔ)液的濃度
本工藝的基礎(chǔ)液由氯化鋅、氯化鉀或精制鹽與硫酸亞鐵組成。在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的鍍層質(zhì)量故障，多反映在低電流區(qū)，主要來(lái)自基礎(chǔ)液的比例失調(diào)生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)?shù)碗娏鲄^(qū)發(fā)灰、發(fā)霧或發(fā)黑時(shí)，則為鍍液的分散能力降低，此時(shí)可能是主鹽濃度高或是導(dǎo)電鹽濃度低 如果主鹽濃度高于上限，電流大，高區(qū)鍍層不燒焦，且沉積速度快，但低電流區(qū)出現(xiàn)上述故障;若是濃度低于下限，電流稍大高區(qū)燒焦，沉積速度慢，光亮度降低，出現(xiàn)上述故障。若是導(dǎo)電鹽濃度高于上限，鍍液易發(fā)渾，適量加水，溶液便恢復(fù)清澈;低于下限，與主鹽濃度低相似，不同的是槽電壓略升高，這是主鹽與導(dǎo)電鹽低的區(qū)別。將主鹽與導(dǎo)電鹽控制在工藝范圍內(nèi)，上述故障便可消除生產(chǎn)實(shí)踐還表明，鍍后在3 n L硝酸液中浸洗時(shí)，高電流區(qū)發(fā)黃或彩鈍后高區(qū)色澤出現(xiàn)深綠、墨綠甚至發(fā)黑而影響鈍化外觀質(zhì)量時(shí)，表明是高區(qū)鍍層鐵含量增高所致。要消除此故障，電鍍時(shí)要將陰極電流密度控制在工藝范圍內(nèi)。本工藝電流密度一般不采用上限，如果一直用上限，施鍍的最后1/3時(shí)間要降到中下限之間，這樣就不會(huì)影響鈍化膜色澤。本工藝鍍液中鐵鹽濃度為8、10、12 g/L，鍍層中含鐵量經(jīng)測(cè)量分別為0.34% 、0.44% 、0.61%，均在工藝要求的0.2% 0.8%范圍。為控制鐵鹽濃度應(yīng)：(1)嚴(yán)格控制鋅與鐵陽(yáng)極比在工藝范圍;(2)管狀件與滾鍍件不掛鐵陽(yáng)極，管件內(nèi)外鍍，管內(nèi)則掛鐵的輔助陽(yáng)極;(3)新配或轉(zhuǎn)(3)新配或轉(zhuǎn)化液，鐵鹽只一次性加入，日常生產(chǎn)不補(bǔ)加l4 J。
3.2穩(wěn)定pH值
本工藝屬弱酸性溶液，又由于鍍液中有鐵鹽存在，電鍍時(shí)pH值上升比一般弱酸性溶液要快。本工藝pH值在3.5～5.5，最佳值為4～5，此時(shí)溶液穩(wěn)定，鍍層鐵含量保持在0.2% ～0.8% 。pH值高于上限，由于析氫量加大，溶液趨向堿化，生成的氫氧化物吸附于電極表面形成薄膜，抑制鋅沉積，鐵沉積加快，鍍層鐵含量增加。由于pH值上升， 增多，生成Fe(OH) ，輕則鍍層粗糙或高電流區(qū)燒焦;重則溶液發(fā)渾，沉積速度慢，鍍層灰暗。pH值低于下限，溶液酸度增大，析氫增多且密集，易滯留鍍層表面，形成針孑L或氣泡，影響鍍層質(zhì)量。同時(shí)陽(yáng)極特別是鐵陽(yáng)極溶解加快，鍍層尤其是高區(qū)鍍層鐵含量增多，影響正常鈍化。試驗(yàn)表明，不同pH值的試片經(jīng)彩鈍后，pH值上限和下限的色澤接近，即高區(qū)棕綠色加深，彩虹色偏淡，形成鮮明反差。pH值在4～5時(shí)，彩虹色最佳l 。
影響pH值穩(wěn)定的因素除析氫外，還有陽(yáng)極的影響。這是由于本工藝含有Fe2 ，F(xiàn)e2 屬氧化劑。其氧化性能雖低于雙氧水與高錳酸鉀，但停鍍不取陽(yáng)極，則加快陽(yáng)極的氧化反應(yīng)，使溶液OH一增多，H 降低，pH值上升。某電鍍廠用本工藝鍍鋼管時(shí)，停鍍不取陽(yáng)極，發(fā)現(xiàn)pH值上升較快。為驗(yàn)證pH值是否與陽(yáng)極相關(guān)，作過(guò)6 d生產(chǎn)『生試驗(yàn)：3 d停鍍?nèi)〕鲫?yáng)極，pH值穩(wěn)定，基本無(wú)變化;3 d停鍍不取陽(yáng)極，pH值平均每天上升0.5。取出陽(yáng)極后調(diào)整pH值的周期，由原來(lái)2～3 d延長(zhǎng)到10 d以上。為確保pH值的相對(duì)穩(wěn)定，使電鍍質(zhì)量不受影響，采取的措施是：(1)每天用精密試紙測(cè)溶液pH值，高于5時(shí)用稀鹽酸調(diào)至4;(2)陰極電流密度多用0.8 1.5 A/dm2，少用1.6～2.5 A/dm2;(3)停鍍必須取出陽(yáng)極，生產(chǎn)時(shí)再掛人。
4 有望取代熱浸鍍鋅
熱浸鍍鋅層不完全是純鋅層，確切地說(shuō)也是鋅鐵合金層，因而具有優(yōu)異的防護(hù)性能。熱鍍鋅并未加入金屬鐵，鐵來(lái)自高溫(470～600℃)液態(tài)鋅對(duì)鐵制鋅鍋的熔解產(chǎn)生l6一。熱鍍鋅防護(hù)性能優(yōu)異，除鍍層中含有鐵外，還與鍍層厚度(一般為50～100 t,-m)有直接關(guān)系。由于鍍層厚而致密，孑L隙少，腐蝕介質(zhì)不易滲入基體_7一。鋅鐵合金鍍液中的鐵，以鐵鹽形式加入，呈離子態(tài)(Fe2 )，在電場(chǎng)作用下，主要按異常共沉積的形式形成zn—Fe合金鍍層。鍍層的晶粒較純鋅層更加細(xì)小而致密。在腐蝕介質(zhì)中，比純鋅層有更大的極化電阻和更正的穩(wěn)定電位，因而比純鋅層有更高的抗蝕性。鍍層加厚至24tun，其細(xì)小均勻的晶粒使鍍層致密得幾乎無(wú)孑L隙，抗蝕性能更加優(yōu)異。硫酸銅試驗(yàn)表明，其耐腐蝕性能完全符合熱浸鋅標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，鋅鐵合金鍍層不僅防護(hù)性能達(dá)到熱浸鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)，而且生產(chǎn)成本比熱浸鍍鋅低，且對(duì)環(huán)境的污染比熱浸鍍鋅小。因此取代鋼鐵結(jié)構(gòu)件如鐵塔與線桿的角鋼、扁鋼、緊固件，高速公路防護(hù)欄，管道中的鋼管、彎頭和三通管的熱鍍鋅是較為理想的工藝。
5 鍍后處理
有人認(rèn)為，鋅鐵合金鍍層鐵含量在3% 50%需閃鍍一層光亮鋅才能常規(guī)鈍化，含鐵量小于1%能常規(guī)鈍化[ 。前者已形成共識(shí)，后者并非如此。即使含鐵量低于1% ，電鍍時(shí)對(duì)工藝條件稍有忽視，也難獲得優(yōu)良的鈍化膜層。實(shí)踐表明，氯化物鋅鐵合金的鈍化不能用鍍鋅的常規(guī)鈍化，只能用適合于自身特點(diǎn)的鈍化工藝。實(shí)踐表明，HNO3出光液濃度為1～3 L，各色鈍化液除藍(lán)白與軍綠鈍化液中HNO3均為3 L外，其余色澤鈍化均無(wú)HNO3;除黑鈍化中含CrO 30 g/L外，其余鈍化c 含量均在0.5～5.0 g/L之間。
6 結(jié)語(yǔ)綜上所述，鋅鐵合金對(duì)提高鍍層質(zhì)量，減薄鍍層，節(jié)約金屬，減少污染與降低成本等方面是取代電鍍鋅與熱浸鍍鋅的理想工藝，是一個(gè)很有發(fā)展前景的防護(hù)電鍍工藝。
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氯化物光亮鋅鐵合金電鍍工藝的應(yīng)用.pdf
