提高小五金滚镀质量的措施[

ＶｏＩ．３０．Ｎｏ．５　·２２·　Ｏｃｔ．２００２　Ｈａｒｄｗａｒｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ａｎｄ　Ｔ　提高小五金滚镀质量的措施　６１０５００成都市新都高新电镀环保工程研究所　曾祥德。　【摘要】　电镀溶液的稳定是电镀质量的基础。本文总结的小五金滚镀溶液性能稳定的经验，就是提高滚镀质量的有效　措施。　【主题词】滚镀　稳定　滚桶　锌铁合金　【Ｓｕｍｍａｒｙ】ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｌａｎｔｉｎｇ　ｌｉｑｕｏｒ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｅ　ｏｆ　ｐｌａｔｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕＩｎｓ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｅｆｅｃｔｉｖｅ　ｎｌｅ，ａｓｕｒｅ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐｌａｔｉｎｇ　ｌｉｑｕｏｒ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｌｉｔｔｌｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｐｌａｔｉｎｇ　ｌｉｑｕｏｒ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】ｌｉｑｕｏｒ　ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｇｎ　ａｎｄ　ｇｎ　ａｌｌｏｙ　ｐｌａｔｉｎｇ　

１前言　电镀常用两种施镀方法是挂镀和滚镀，前者宜　于较大工件，后者则是小件。　在电镀领域，滚镀约占电镀的１／３。防护电镀中　的滚镀锌，以钾锌液较大，小五金件较多。在时代发　展的今天，防护电镀已由传统的单金属电镀进展到　合金电镀，有的还可取代单金属电镀。国内悄然兴　起的ｚｎ—Ｆｅ合金电镀，正取代镀锌，在１３本，镀锌已　完全为锌铁合金取代。　电镀溶液的稳定是电镀质量的基础，在小五金　滚镀生产中，总结出的滚镀溶液性能稳定的经验，就　是提高滚镀质量的有效措施，现整理成文，以供参　考。　２措施　２．１铁杂质的去除　镀锌的异金属杂质，主要是铁、铅、铜。除来自　阳极与化工原料不纯外，铜与铁还可从外界带入。　锌阳极的铜挂勾浸入镀液的溶解，铜极杠腐蚀产物　掉入镀液是铜杂质的带入。钢铁零件强腐蚀后清洗　不净带入镀液，零件掉入槽内未及时捞出而腐蚀产　生铁杂质，滚镀锌的铁杂质比挂镀锌蓄积速度快，频　繁处理铁杂质已成为滚镀锌的后顾之忧。　在三种异金属杂质中，铜铅杂质能控制，处理周　期长，铁杂质难于控制，特别是滚镀中的铁杂质，除　前述来源外，是零件镀前装滚桶所产生的浮锈。目　·男７１岁高级工程师　前滚镀大都是手动线，零件酸洗后在装滚桶过程中，　洁净基体上的水份与空气中的氧反应，生成一层极　薄的棕色膜（Ｆｅ２０　），滚桶越大，装载越多，基体暴露　越久，浮锈越多．随滚桶转动，立即被镀液洗涮成为　铁杂质游离于镀液中而影响滚镀质量。　由于铁杂质蓄积速度快，滚镀锌每月需处理铁　杂质，否则影响正常生产。一般以双氧水、锌粉与活　性炭联合处理。Ｈ２　ｏ２将　氧化　，生成Ｆｅ　（ＯＨ）　的同时，又将添加剂分解为有机杂质，锌粉　置换铜铅杂质，经活性炭过滤，镀液净化完成。每次　处理，溶液损耗约１０％，损失约７０％需重新补加，处　理还需耽误ｌ～２　１３生产，沉重的负担，加大了生产　成本。　ｚｎ—Ｆｅ合金滚镀的应用，受到滚镀的特别青　睐，不仅是因为将滚镀锌的铁杂质化害为利成主盐，　使铁与锌按异常共沉积的机理，形成锌铁合金镀层，　防护性能比纯锌镀层提高了３　５倍，而且由于铁不　再是杂质，只剩铜铅两种杂质，也不需经常处理，净　化周期延长，处理费用降低，这对滚镀锌要消除频繁　处理铁杂质的后顾之忧，莫过于将镀液直接转化为　锌铁液，也不增加经济负担，这是一举两得的最佳选　择。　２．２主盐含量的控制　氯化物镀锌与氯化物镀锌铁合金的主盐都是　ＺｎＣ１，。在滚镀中，主盐含量能稳定滚镀质量的共识　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３Ｏ卷第５期　五金科技　２００２年ｌＯ月　·２３·　下，含量数出现两种不同的理念。有主张含量高一　些的，也有主张低一些的能稳定溶镀质量，各有自己　的看法。　主张提高主盐含量可稳定溶镀质量的理由是：　滚桶是个无数孔眼组成网状的圆柱体，每个工件在　“网柱”内的位置与工件上的电流电位都在不断变　化。滚镀时，工件在“网柱”内外受镀，但在滚桶转动　时，“网柱”内部溶液并不是随之全部更换，仅有部份　新镀液进入“网柱”内，再移到工件四周。因此“网　柱”内待沉积的金属离子要比镀液中少得多，只有增　加镀液中金属离子的含量，才能使“网柱”内金属离　子得到有效补允，这是稳定滚镀质量的关键之所　在…。　主张降低主盐含量可稳定滚镀质量的理由是：　滚镀实际是处于不断搅拌状态，其搅拌强度比挂镀　时的阴极移动大，适当地降低主盐浓度，有利于加大　镀液浓差极化，从而提高镀液的分散能力与深镀能　力　］。这可消除低电流区发雾、发灰、发黑故障，使　镀层光亮色泽均匀一致，这是分散能力提高的体现。　两种主张，笔者赞同后者，从滚镀生产实践可　知，以补充主盐含量，加大滚桶（网柱）内金属离子的　含量来稳定滚镀质量，这里的问题不在桶内金属离　子太少需补加，而在滚桶开孔率低，镀液进入桶内较　少所致，这是滚镀设备问题，此处从略，后文专述。　笔者在生产中多次排除过主盐含量高的故障，主盐　含量高的优点，镀层沉积速度快，光亮度好，电流大　镀层也不易烧焦，缺点是分散能力降低，低电流区的　镀层轻者发雾发灰，重者发黑。四川某玛钢厂用锌　铁合金滚镀玛钢管件主盐高导致的故障是个典型实　例。他们在生产中发现弯头管件的拐弯处，即低区　发灰，认为是主盐低引起，补加未消除，继续补加至　从灰到黑无法生产时才请笔者去解决，工艺是主盐　５Ｏ～７Ｏ　Ｌ，当时是夏天在５Ｏ　Ｌ，分析含量，ＫＣ１在工　艺范围，ＺｎＣ１２高达１８２．７ｇ／Ｌ。笔者抽出大部分镀液　作今后消耗补充，余下稀释至５０ｇ／Ｌ，ＫＣＩ补至２１０ｇ／　Ｌ。试镀生产正常。表明主盐不宜高，只有低一些　才能稳定滚镀质量。　２．３阴极电流密度的控制　从阴极电流密度的计算到电流的控制，挂镀比　滚镀简单。挂镀工件通过挂具分开悬挂导电，工件　互不遮盖，工件表面积就是导电面积，电流密度易计　算与控制。滚镀则不然，工件小又形状各异，工件随　滚桶转动不断移动，位置也不断变化，使电流分布不　稳定也不好控制，工件有效面积难确定，电流密度难　计算。　传统的滚镀电流密度以Ａ／桶确定。沈亚光先　生１９８４年第二期《上海电镀》撰文指出：“由于电流　是在滚镀槽中经过电镀液和装载零件自阳极接点流　向阴极接点。大部分电流消耗在暴露于电镀的最外　表面积上。所以一般生产中常以筒计算。”虽然这种　计算电流的方法比较笼统，但从吴双成先生１９９９年　第三期《电镀与环保》的撰文将这种笼统计算具体化　了。滚镀时零件的总面积大于导电面积。因此导电　面积可根据滚桶形状和装载量计算，就是说滚镀时　电流密度等于电流与导电面积的比值。　关于滚镀阴极电流密度的计算，吴先生的方法　可供借鉴。由于滚桶形状各异，现以六角形滚桶为　例计算。当装载零件占桶体１／２时，零件堆成梯形　如图１所示。　

零件在滚桶内的滚动情况　

图１　梯柱形导电面积Ｓ＝梯形边长×滚桶长度Ｌ＝　５ＲＬ。１／２体积是如此计算，要是２／５，１／３又怎样计　算？表ｌ　所列滚镀件导电面积公式可供参考：　滚镀件导电面积计算公式　装载量　六角柱形滚桶　圆柱形滚桶　１／２　（２＋２．３５６Ｘ　１０一　．ｄ２）ＲＬ　（２＋２，４６７　Ｘ　１０一　．ｄ２）ＲＬ　２，５　（１．８４４＋２．１１　Ｘ　１０一　．ｄ２）ＲＬ　（１．９７＋２．２２×１０一　ｎｄ　）ＲＬ　１／３　（１．７３２＋１．９３５　Ｘ　１０一　．ｄ２）ＲＬ　（１．９２７＋２．０４Ｘ　１０一　．ｄ２）ＲＬ　

Ｒ为滚桶边长或半径，ｄｍ；Ｌ为滚桶长度，ｄｍ；ｎ为ｌｄｍ２壁板上的孔眼　数量，个；ｄ为孔眼直径。　表列所知，阴极电流密度计算是较为精确的，只　有这样才易于对电流的控制，确保溶镀质量的稳定。　但也有诸因素对此有影响，如滚桶内导线、滚桶孔眼　密度与孔径大小以及滚桶转速等都有影响，这又涉　

维普资讯 http://www.cqvip.com Ｈａｒｄｗａｒｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．３０，Ｎｏ．５　及到滚镀设备问题，此处从略，后文再叙。　２．４阳极电流密度的控制　阳极电流密度是根据阳极面积计算的，正如阴　极电流密度是根据阴极面积计算一样。二者比值是　正确应用与控制电流的重要工艺条件。因此各电镀　工艺都有各自的阴阳极面积比，也就是阴阳极电流　密度比。本工艺同氯化物镀锌一样，阴阳面积比相　同，即Ｄｋ：ＤＡ＝１：１～２。　阴阳极面积比，对滚镀尤为重要，关系到滚镀电　流分布与电压正常否。但在实际生产中，阳极的应　用尚未引起足够重视，普遍存在着阴极面积大于阳　极面积，这是导致滚镀电压升高与影响质量稳定的　基本原因。笔者在滚镀生产中看到阴阳极比例失　调，先以阴极面积（零件）即装载量为例，滚桶装载　Ｉ／２的并不多，普遍是４／５或３／５。阳极面积以挂锌板　为例，一少二补：滚桶两侧各挂两块锌板，少的一块　最多三块，锌板长度普遍与滚桶直径相等，最短的不　足３００ｍｍ。更有甚者，将锌锭打孔直接挂人。这种　阴阳极面积比严重失调的结果，槽电压升高，电流分　布不稳定也难控制，质量难保证。　最近笔者在京郊某滚镀厂看到，滚桶两侧各挂　两块锌锭，滚桶装载量约４／５，电流２００Ａ／桶，电压７　８Ｖ之间，每槽滚镀一般３ｈ，要求高的６ｈ，时间少　于此，亮度差，用户不要。所镀工件全是标准件，所　选工艺为钾盐滚镀锌，每月必须处理铁杂质，８０００　多升镀液处理费用每次近３０００元，主要是补加添加　剂费用，这已成为后顾之忧。老板为扭转此局面，要　选用ｚｎ—Ｆｅ合金新工艺，并请笔者帮助配一个槽　（１２００Ｌ）溶液，试镀效果。配好后按笔者意见办：滚　桶两侧各挂三块新锌锭，滚桶装载量将原来的４／５　减半，电流仍２００Ａ／桶，电压已降至５Ｖ，施镀４０ｍｉｎ　提出观察，镀层全光亮，超过３ｈ镀出的标准件。这　不仅使老板看到阴阳极面积比对保证滚镀质量的重　要性，通过钾锌与锌铁滚镀出的标准件对比，还看到　了ｚｎ—Ｆｅ合金的优越性，促进了全部钾锌液转为锌　铁液，从根本上消除了处理铁杂质与处理费用的后　顾之忧。　在滚镀中的阴阳面积比还体现在电流分布上，　反应出的边缘效应比挂镀复杂。边缘效应是指电力　线分布容易在零件尖端、边缘上集中。集中部位电　流强度大，称高电流区，挂镀此处易烧焦，分部在中　间部位或低凹处，电力线比较弱，电流强度小，挂镀　称此为低电流区，镀层易发雾、发灰、发黑。滚镀由　于滚桶的转动，零件随之移动与位置的变化不定，电　力线的分布较为复杂，仍以六角形滚桶内电流分布　为例。见图２。　

六角形滚桶内的电流分布　

Ａ　Ｃ　

图２　从上图可知，两侧线为阳极，中间为滚桶转动中　的直径。两侧阳极长度与滚桶直径相等，电流分布　极不均匀：Ｃ点离阳极最近，其次为Ａ点，电流密度　最大（高电流区），ＡＤ线的中间部位电流密度最小　（低电流区），而ＡＢ线上Ｂ点到Ａ点电流密度依次　增大。此时边缘效应集中在Ａ、Ｃ、Ｄ点上，这些部位　电流密度最大，最易出现滚桶眼子。因此加大阳极　面积并将阳极加长，这在理论与实践中，都验证了电　流分布的改善结果－４　Ｊ。也就是说，只要阳极面积大　于阴极面积并在滚镀中严格控制，使电力线的分布　得到改善，这样就能降低槽电压，防止阳极钝化，确　保滚镀质量的稳定。　２．５改进设备　滚桶是滚镀的关键设备，设计与制作的好坏，直　接影响到滚镀质量。从应用看，有以下问题，有待解　决。　２．５．１开孔率低　滚桶壁板是由较厚的硬质聚氯乙烯塑料制作　的。开孔有疏有密，孔眼有大有小，这对镀液的对流　和电力线的穿过能力均有影响，也是影响滚镀质量　稳定的原因之一。　从目前应用滚桶的开孔率看，人工钻孔较多，具　开孔率较低，孔眼约占１０％。由于开孔率低，壁板　阻挡镀液向滚桶内对流的面积增大，也就是说镀液　对流量小，加之壁厚孔深，电流通过能力减弱，滚桶　内的金属离子不能满足金属电沉积的需要，而又得