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1 前 言
為了引進KUNZGMBH(德)公司的鋅-鐵合金電鍍工藝,我們曾對其加以論證與驗收。從中發(fā)現(xiàn),他們提供的鍍液性能良好,對日常的鍍液維護和常見的故障排除都有相應的措施;他們對輔助槽功能的發(fā)揮特別重視,從而使鍍液的性能和鍍層的品質能始終控制在最佳的范圍內。
2 特 點
1)鋅鐵490型工藝是無毒的鍍液,有利于廢水處理。
2)對鍍液成分的濃度適當調整,既可用于掛鍍,也適用于滾鍍。
3)在指定的配方范圍和操作規(guī)范之內,能夠鍍出光亮的合金鍍層,與此同時,鍍層內鐵的質量分數(shù)能控制在0.3%～0.7%范圍內。
4)鍍液有著極佳的深鍍能力及分散能力。
5)鍍層很容易進行彩色鈍化和黑色鈍化,從而提高了耐蝕性。
6)鍍層十分柔軟,特別適用于鍍后需彎曲、成型和焊接的工件。
3 鍍液的配方及其操作條件鍍液配方及其操作條件見表1
4 鍍液配制
1)先將計量的NaOH和ZnO放入槽中,進行干態(tài)拌勻。
2)邊加水,邊攪拌,至水加到應配體積的1/5,繼續(xù)攪拌,使NaOH和ZnO溶解。
3)再加入Na2CO3(按15g/L計),攪拌,使其溶解。
4)冷卻至室溫后,注水至規(guī)定體積的90%。
5)加鋅粉1～2g/L處理,攪拌,過濾。
6)再加入需要量的491含鐵液、492輔助光亮劑和493光亮劑,并注水至規(guī)定體積,攪勻。
7)在正常的電流密度下,電解幾小時即可試鍍。
5 陽極
KUNZGMBH(德國)公司推薦的陽極全用鋼板。這種鋼板陽極模式,陽極形狀始終不變,因而陰陽極之間最佳電流密度分布就不會隨時間而變化。這樣,陰陽極間的電流分布調好最佳條件后,就會始終保持如一。鐵離子和鋅離子全靠輔助槽(詳見圖1)補充。調節(jié)好的輔助槽鍍液通過過濾泵再打入鍍槽。鍍槽中過多的鍍液再溢流到輔助槽中去。在電鍍過程中一直處于連續(xù)循環(huán)之中,其循環(huán)量是鍍槽體積的2～3倍。這樣,每一個工件不論它們處于槽液的上、中、下不同部位,而它們接觸鍍液時,其鍍液成分是較均勻的。因此,每一個工件鍍層的含鐵量也基本相同,鈍化色澤也較一致。
6 輔助槽與鍍槽的組合結構
輔助槽與鍍槽的結構見圖1。
1)輔助槽是控制鋅-鐵合金鍍液各項成分在最佳范圍內的關鍵設施。
2)輔助槽的體積,一般為鍍槽體積的1/10～1.5/10。
3)在連續(xù)電鍍生產過程中,491含鐵液、492輔助光亮劑和493光亮劑都要按霍爾槽試驗而補加到輔助槽中去。補加時要勤加少加(最好連續(xù)補加)。
4)如果需要補加NaOH時,也應在輔助槽中溶解,隨后以小電流電解處理去除雜質。這樣,其處理量只有主槽鍍液的1/10～1.5/10。補加NaOH,宜在停止生產后進行。
5)在輔助槽中,放一些鐵筐,再把鋅條放入鐵筐中,通過鋅鐵之間的電位差(鋅的穩(wěn)定電位為-1.01V,低碳鋼的穩(wěn)定電位為-0.55V)使鋅溶解。溶解后的鋅離子,通過過濾泵把它添加到主槽中去。在電鍍過程中,可以通過鐵筐數(shù)和鋅條的面積來控制鋅離子濃度。以此方式,達到動態(tài)平衡,使鋅離子濃度始終如一。
6)當較長期不生產時,應把輔助槽中的溶液放入底槽,使鋅條不再溶解,以此來控制輔助槽中的Zn2+濃度,使Zn2+與Fe2+濃度比嚴格控制在最佳范圍內。當又進行電鍍時,底槽溶液又通過泵打入輔助槽中去。7)鍍液溫度也可以通過輔助槽的冷卻或加熱而加以控制。在輔助槽中的溶液再打入鍍槽中去后,鍍液的溫度就會更加均勻,從而排除了因溶液溫差產生的鍍層中含鐵量的差異。
8)溶液由鍍槽底的布液管進入(布液管的設計要使溶液均勻地進入鍍槽),由下向上均勻上升,并向槽四周均勻地外溢而進入溢流邊槽,最后進入輔助槽。這樣,也可以排除鍍層中的含鐵量因濃度差不同而不同。
9)鍍液連續(xù)循環(huán),鍍槽中就不可能出現(xiàn)沉淀物與懸浮物存在而使鍍層粗糙。在鍍液循環(huán)時不應有漏氣,以免亞鐵離子氧化而使Zn2+與Fe2+比例失調。綜上所述,由于采用了不溶性陽極,又采用了輔助槽結構,所有工件就會一直處在最佳的鍍液和操作條件下,因此鍍層中鐵的質量分數(shù)控制在0.4%附近略加波動(即在0.3%～0.7%之間波動)。從而,能夠獲得最佳的鍍層質量。
7 鍍液的維護
1)如果鍍層的光亮度迅速下降,應該首先對鍍液的成分(ZnO、NaOH、Fe2+和Na2CO3)進行化學分析。
2)以1kAh計,下列三種添加劑的消耗量: 掛鍍滾鍍491含鐵液(mL)100200492輔助光亮劑(mL)100250493光亮劑(mL)50100
3)為了避免Zn(OH)2在鍍液中析出而引起鍍層粗糙,務必使ZnO與NaOH的比例控制在1∶12之間。
4)鍍液中的Fe2+,是靠491含鐵液添加而加以調整的。在沉積層中鐵的質量分數(shù)為0.3%～0.7%,也就是說,1kg鋅沉積應有3～7g金屬鐵沉積。這樣的含鐵量,就需要耗去491含鐵液150～350mL。每補加1mL491含鐵液,相當于補加20mgFe2+到鍍液中去,在任何時候,都要以鍍層中鐵的質量分數(shù)0.4%為基準,并以此來調整鍍液中Fe2+含量。在鍍液中或在電沉積層中,要用原子吸收光譜儀或光度儀來測量鐵的質量分數(shù),并以此調整鋅離子與鐵離子濃度的比例,從而達到控制鍍層中的鐵的質量分數(shù),這是非常重要的措施
5)在沉積層中,鐵的質量分數(shù)控制在0.3%～0.7%之間。這樣,就能獲得良好的鉻酸鹽轉化膜(鈍化膜)和抗蝕性能。
6)影響沉積層中鐵的質量分數(shù)的幾個因素如下:a)在鍍液中,Zn2+∶Fe2+的比例控制在100∶1。這樣,才能保證鋅-鐵合金鍍層中的鐵在最佳范圍內。生產廠應通過生產實際,對上述的比例加以驗證并加以適當調整。總之,要使鍍層中Zn2+∶Fe2+比例與合金鍍層中相應的比例能相互協(xié)調,能在動態(tài)平衡之中尋找最佳的結合點。b)鍍液中Fe2+濃度較高時,在鍍層中鐵的質量分數(shù)就會相應地增加。c)鍍液中Zn2+濃度較高時,在鍍層中鐵的質量分數(shù)就會相應地減少。d)以下6個參數(shù)都能降低陰極電流效率,從而會增加沉積層中的鐵含量:較低的Zn2+濃度;較高的NaOH濃度;鍍液溫度太高;較低的電流密度;491含鐵液添加過量;弱的攪拌。
7)鍍液成分靠分析,492輔助光亮劑和493光亮劑靠霍爾槽試驗而加以調整。
8)霍爾槽試驗的操作要求:a)要有磁力攪拌和空氣攪拌;b)對掛鍍,取電流1.5A;對滾鍍,取電流1A;c)做光亮度試驗,鍍10min;做結合力試驗,鍍20min。
9)滾鍍件的質量依賴于滾桶的轉速;工件盛放量的多少;鍍液進出滾桶的交換量大小和電流分布狀況等。
10)一個鍍槽,決不能既用于掛鍍又用于滾鍍。
8 鋅-鐵合金工藝故障及排除方法表2給出了鋅-鐵合金工藝常出現(xiàn)的故障及排除方法。
