锌及锌合金电镀综述要点

1、锌及锌合金电镀综述(江苏理工学院 12110101 )摘要： 本文综述了锌及锌合金电镀的国内外研究现状。 首先介绍了锌电镀的应用 及其工艺影响因素； 再对几种常用的锌合金电镀作了简要介绍， 其中重点介绍了 应用最广泛的 Zn-Al 合金， Zn-Ni 合金的国内外现状及电镀原理； 最后对锌及锌合 金电镀的应用提出了展望。关键词： 锌电镀；锌合金；工艺影响因素；国内外现状Zinc and Zinc alloy plating reviewDing Lihong(Jiangsu Institute of Technology 12110101)Abstract: This paper reviews the research status of zinc and zinc alloy electroplating at home and abroad. First introduces the influence factors and application technology of zinc plating of zinc alloy plating; several are bri

2、efly introduced in this paper, which focuses on the Zn-Al alloy widely used at home and abroad, the status and principles of electroplating Zn-Ni alloy; finally on zinc and zinc alloy plating should be looking for presents.Keywords: zinc plating; zinc alloy; effect factors; the status quo at home and abroad1 前言长期以来，锌及锌合金主要是用做防护性镀层，锌的矿物储量在全球居第三位，仅次于铝和铜。 2 金属锌防腐性能好，很大一部分用于金属防腐的喷镀、热浸镀和牺牲阳极上。锌合金熔点低，铸造、机械加工性能好，可用于各种机械制造。锌合金摩擦系数小，对油亲合好，机械性能优异，可作为耐磨材料（如轴瓦 ）和青铜替代材料。锌铝阻尼合金能降低工业噪音和减轻机械振动。锌合金还具有极好的超塑性和超高强度

3、。 因此， 镀锌工艺一直是国内外长期以来研究的热门课题。 与其他金属相比， 锌是相对便宜而又易镀覆的一种金属， 属低值防蚀电镀层，被广泛用于保护钢铁件，特别是防止大气腐蚀，并用于装饰1 。为进一步提高其耐蚀性，人们提出了在传统工艺的基础上改善镀层质量的新技术，如：镀锌、Zn-Al合金电镀、Zn-Ni合金电镀、Zn-Fe合金电镀、Zn-Co合金电镀、Zn-Mn合金电镀等。下面对锌及锌合金电镀的国内外研究现状进行综述。 32 锌电镀3 1 概念电镀锌也叫冷镀锌， 是利用电解设备将工件经过除油、 酸洗后放入成分为锌盐的溶液中， 并连接电解设备的负极； 在工件的对面放置锌板连接在电解设备的正极， 接通电源， 利用电流从正极向负极的定向移动， 就会在工件上沉积一层锌。利用的是电解， 在制件表面形成均匀、 致密、 结合良好的金属或合金沉积层的过程。4 2 应用罗耀宗比较了常见镀锌液的性能， 讨论了氰化镀锌、 碱性锌酸盐镀锌和氯化钾镀锌工艺的优缺点， 表述了其深镀能力、 分散能力及后处理效果， 同时概述了其对工艺设备及环保的要求，并建议在选择工艺时，应根据镀件材质、形状、镀层要求及工艺的性能特点等综

4、合因素来考虑。 4王朝铭 5 针对使用锌锭热溶浇注成的锌块阳极存在质量差、镀件上易附着锌粒子、锌板一次利用率低、损耗大、操作强度大等缺陷，提出采用把锌锭装入特制铁蓝中并吊挂于镀槽中作为阳极使用， 这样可增大阳极与阴极的面积比。 为 控制锌的溶解速度，往往还需要同时挂入石墨板。这样的锌阳极具有如下优点：锌的溶解特性好； 阳极成本较低； 锌锭的一次利用率高。 王朝铭等人后来还介绍了氯化钾镀锌工艺的应用情况， 采用自行研制的添加剂， 得到了分散能力及覆盖能力好、 电流密度及温度范围宽的氯化钾镀锌液， 且其镀层与基体结合良好， 电流效率高，尤其是镀层经除氢处理后基本不变色，零件不产生氢脆，因此，该工艺适应于弹性件、 高低碳钢件、 铸钢零件的电镀， 也适应于外形复杂的其它钢铁件。 6曹莹等人提出在硫酸盐电镀锌镀液中添加硫酸钴可使锌镀层的晶粒细化， 达到80 Bin左右，成为纳米晶镀层，该镀层的耐蚀性明显优于普通锌镀层。 72.3 电镀锌工艺影响因素2.3.1 电流密度对镀锌品质的影响电流密度对镀锌产品的外观和耐蚀都有重要的影响。范永哲8 等人通过塔菲尔曲线的测量，研究了高密度电流(300 A/d

5、m2) 下镀层的耐蚀性。结果表明：采用高电流密度进行电镀，其电镀层的腐蚀电位随电流密度的增大而提高 ( 最高可达 0.845 V) 腐蚀速率降低，耐蚀性增强。2.3.2 不同体系镀液对镀锌品质的影响除电流之外， 体系镀液是影响镀锌品质好坏的另外一个非常重要的因素。 不同的体系不但要考虑浓度的配比，还要考虑适量的温度， pH 值的大小等等。目前，国内按电镀溶液分类，可分为四大类9 ：氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、氯化物镀锌、硫酸盐镀锌。2.3.3 引入新材料对镀锌工艺的影响所谓新材料镀锌， 就是指伴随材料发的展出现的一些新材料的镀锌方法。 比如各种合金、纳米结构的锌。曹莹等人10-11 提出在硫酸盐电镀锌镀液中添加硫酸钻可使锌镀层的晶粒细化，达到80 nm左右，成为纳米晶镀层,该镀层的耐蚀 性明显优于普通锌镀层。Kh.Sabei 等人研究了在含有聚丙烯酞胺和硫脉添加剂的镀锌液中 , 脉冲峰值电流 ( Jp) 对锌沉积层晶粒尺寸、表面与剂面形貌、显微硬度及锌的择优取向的影响。如图 2 所示。 12(u) Jpst 0x4 Mm (b) 0.8 .Vcnr(r) Jpa 1.2 Vt-iti1 (

6、d) Jp- L6 .Vcnr图2脉冲峰值电流对锌沉积层晶粒尺寸及表面形貌的影响合金方面的研究也是层出不穷，起关键作用的就是配置钝化液。蒋彤雅等13 采用了新的钝化液配方及相应的工艺对锌-锲合金进行钝化处理。得到了锌-锲合 金镀液的维护方法，性能测试显示产品具有镀层结晶细致、均匀，耐蚀能力明显得 到了提高。张蕾等对数铁硼磁材因其特殊的疏松和多孔结构，导致抗蚀性能差， 表面镀覆又会引起磁性能降低。为提高其耐蚀性，降低磁损失，采用新型工艺进行 表面处理，包括前处理工艺、电镀 Zn- Ni合金和后处理工艺。性能测试表明：该 工艺极大地提高了被铁硼表面处理后的耐蚀能力，同时又降低了磁损失。3锌合金电镀3.1 Zn-Al合金电镀3.1.1 国外研究现状锌铝合金镀层材料的研究始于上世纪60年代，美国的伯利恒钢铁公司对 1%80%各种锌铝合金层进行大气暴露试验，研究结果表明14, 15 , Al含 量在4%10%时，镀层具有较高的耐蚀性；Al含量在15%25%时耐蚀性下 降；以后随Al含量增加，耐蚀性逐渐增大，并且 Al含量为55%寸，锌铝合金层 具有很好的电化学保护作用。将55%Al 43 . 4

7、%Zn 1 . 6% Si的合金镀层材料命名为 Galvalume 。此后，国际铅锌协会组织( ILZRO) 在此基础上进行研制开发，并于 1985 年开发出一种新产品，组成为 5%Al Zn ，并含有0 1%的铈、锢混合稀土元素，命名为Gal fan 16。2000年，NKK和NKK钢板&带钢公司联手开发出高耐蚀性 “ SuperGenius ” ( 超特质 ) 的 Galvalume( 55%Al Zn) 第 一代彩涂钢板， 其耐蚀性是其它钢板的两倍， 尤其是对有弯曲和成型加工要求的钢板，其优势更为突出。加拿大的 Comico 公司开发出 Zn 23% Al 0.3%Si 镀层材料，非常适合于螺栓紧固件等的热浸镀17。上世纪90 年代，日本的新日铁公司在以前研究的基础上， 通过调整Al 含量，添加 Mg， 研究开发出耐腐蚀性能更强的镀层合金材料ZAM成分为Zn 6Al3Mg的合金18;在Zn0.2A1 成分体系中添加0.5Mg成功开发出DAMAZINC勺镀层产品19 ; ftGal fan的基 础上添加Mg获得Zn5%Al Mg产品，并命名为Super-Zine; 20 世纪初，新

8、 日铁公司再往镀层中添加Mg、 Si ，成功开发出 SuperDyma 镀层产品，其成分为Zn 11% Al 3% Mg 0.3Si 20。3.1.2 国内研究现状目前， 国内的锌铝镀层产品以热镀锌Zn 0.2Al 为主， 通过添加少量的 Al 抑制Znf Fe的反应。杜鹏翔、李华飞等21研究了稀土元素对Zn-55%Al镀层 的耐腐蚀性能及高温性能的影响， 认为适量的添加稀土可改善镀层结构与耐腐蚀性能。 株洲冶炼集团于 1976 年开发出 Zn Al Pb 三元合金， 满足了武钢热镀锌的需要，2003年研发成功的铝锌硅热镀合金RA填补了国内空白，在国内首次大规模生产并成功应用在国内第一家铝锌硅热镀合金带钢热镀生产线上， 并且研发出Galfan合金用于钢丝纯的生产。宝钢冷轧3#热镀锌生产线具备20万t/a55%高铝锌合金镀层钢板的生产能力， 一半产品为裸板， 一半产品供冷轧2#彩涂机组作为彩涂原板22。国内能生产55%铝锌合金镀层材料的还有唐钢、鞍钢、武钢、马钢、首钢、攀钢等; 国内的 Gal fan 产品主要以热浸镀钢丝为主，部分生产厂通过购买专利技术许可证的方式进行生产，其它生产厂自

9、主成功研发 Gal fan 产品，但产品销路受到限制。钢铁研究总院、宝钢、鞍钢等研究机构正在对Zn Al Mg 镀层材料的工艺技术、镀层防腐机理等进行研究，并取得了很大进展。3.1.3 锌铝合金性能Al 元素在热镀锌中起着关键的作用 , 当锌浴中含铝为 0.005% 0.020% 时,可显著提高镀层光亮性, 减少锌浴表面氧化 , 当锌浴中铝含量 0.15%时, 在铁基上形成一层连续的Fe2A15相层，抑制Fe-Zn合金相层的反应及生长,使镀层减薄且粘附性良好。目前发展比较成熟的 Zn- Al 合金镀层主要有三类, 它们是美国伯利恒钢铁公司开发的 Ga1va1ume( 55% Al -43.4% Zn - 1.6% Si)、国际铅锌组织 (ILZRO) 开发的 Ga1 fan( Zn-5%A1-0.1%RE) 和日本新日铁开发的SuperDyma其中以高铝的Galvalume合金镀层最为重要。Galvalume 合金的组成为 55%Al 、 43.4% Zn、 1.6%Si ，熔点 580 。合金热浸镀层的组织为两层结构，外层为 Al Zn 合金层，化学成分大致与镀液相同，其组织由二相组成，其一为树枝状的富 Al 固溶体，形成微细的网络，另一相为分布其网络组织中的枝晶间富Zn伪共晶体。镀层的内层则为Al-Zn- Fe金属问化合物， 镀层中加入少量的 Si 目的在于适当限制这一脆性层的生长。 Galvalume合金镀层具有良好的抗腐蚀性， 在大气腐蚀环境中， 耐蚀性比同厚度的镀锌板高26倍，与镀铝层相当，有良好的耐切口腐蚀性能，并具备阴极保

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