硫酸盐锌铁合金电镀应用实例

    硫酸盐锌铁合金电镀的应用，仍摆脱不了传统的硫酸盐镀锌应用的束缚。传统的配方由于受时代认知的局限，配方组成的溶液性能较差，比如分散能力与深镀能力不能满足不同几何形状镀件的需求，只能镀些几何形状简单的工件，如管材、线材和带材等。

    究其原因，硫酸盐镀锌与氰化物锌酸盐镀锌一样，历史较为久远，在那个时代的添加剂不是化学合成，而是自然物质。硫酸盐镀锌的传统配方无添加剂，只是将作为添加剂的桃胶、明胶等作为配方成分倒入，这些物质未作深加工，依靠自然生长，所以难以满足电镀要求。每一种这些物质的加入，虽然对细化镀层晶粒有效果，但镀层易发黄，加之货源不足，后来这些成分在配方中消失，因此应用上受到局限，只能适应简易工件。

    随着时代发展，技术进步，到20世纪80年代以后硫酸盐镀锌才开始引入有机光亮添加剂，从而在根本上改善了镀液的性能。配方也大变革，除保留主盐硫酸锌外，其余全改变。 比如以硼酸作缓冲剂取代传统配方中以硫酸铝和明矾作缓冲剂，以少量氯化钾取代硫酸钠作辅助导电盐，其余则是光亮剂了。配方成分比原来简单，镀液性能显著提高，镀层质量不次于后起的氯化钾镀锌，对电镀工件也无几何形状的选择。然而在人们脑海里对硫酸盐镀锌的束缚依然故我，尚无多大改变，这就在一定程度上限制了硫酸盐镀锌的发展。

    管材、线材、带材镀锌原来是硫酸盐镀锌独占鳌头，如今氯化钾镀锌对这些简易件的电镀量远远大于硫酸盐镀锌，这是受传统认知束缚的结果，笔者的钾盐与硫酸盐锌铁合金两工艺的应用，以氯化物型锌铁合金工艺较为普遍，15年来，只有两个几何形状的材质选用了硫酸盐锌铁合金，一是镀线材，二是镀电冰箱冷凝管，前者线材镀锌，不同于一般挂镀与滚镀，是电镀的又一种形式，工艺由放线、电镀和收线三部分组成。生产线长约50m，而宽度仅3m左右，电流大，一般都在20～30A／d㎡，线速快，30～50m／min，时间短，约45s完成电镀全过程。虽然镀出的线材光亮悦目，但要在45s内完全形成光亮镀层，光亮剂用量需大于普通钾盐镀锌。这带来的问题是，镀层薄，添加剂产物夹杂多，镀层脆性增大，局部脱落露出基体，且易变色发黄，严重时呈黑色。四川某线材厂1996年将钾盐镀锌改为硫酸盐锌铁合金后，上述现象消除。其原因是镀层中含有0.2％～0.8％的铁，使合金镀层在腐蚀介质下，较纯锌层有更大的极化电阻，因而腐蚀电流较纯锌层优异，防止了镀层变色。由此显示锌铁合金在线材电镀中的发展前景。

    另一例是硫酸盐锌铁合金在电冰箱冷凝管中的应用，深受用户青睐，讲述如下。
（1）电冰箱冷凝管电镀的特殊性

    电冰箱制冷管道系统，由铜管和精细钢管组成。电冰箱是陈列在人居室内的家电设备，其防护性能特别是精细管的要求很高，使用时间的长短，取决于制冷系统的冷凝管质量。作为冷凝精细管的表面保护，需一层防护性能优异的电镀保护层。传统是单金属镀层（镀锌层）。本文通过应用实例，介绍提高冷凝管的防护性能所采用的工艺改革措施。

    精细钢管的电镀同线材电镀一样，都属于连续电镀，但施镀方法不同，这是各自所镀材质形状决定的。

    铁丝以其细长的条形特色而设计镀槽的，槽体长而宽却较浅。一般为4000mmx1200mmx300mm，电镀时铁丝从孔眼穿出，呈一字形在液面展开，相互保持一定的间距，槽两端300mm处各有一个压轮将铁丝压入溶液电镀。在压轮作用下。出入起伏自如，一端接触阴极，槽底所铺锌锭阳极，直通铜汇流排导体，铁丝虽是动态性施镀，但溶液在槽内是静置的。

    精细钢管施镀不同于铁丝，独特之处是槽设备较复杂。槽体由上下两部分组成，上部为镀槽，下部为溶液循环储存槽。形成一个上窄下宽状似梯形的槽体。镀槽一分为三，两端250mm处焊有隔板，为空槽，槽底有10mm的两个孔，槽两端距槽面100mm处有两纵行各2～4个5.8mm的圆孔，与隔板圆孔相通，作为精细管电镀运行的通道，镀液从圆孔流出，经槽底圆孔进入溶液储存槽，又通过液下泵注入镀槽形成循环复用系统，镀液始终高于第一孔眼100mm左右，确保电镀正常运行，两隔板内小空槽的奥妙在于，流进的镀液立即流入储存槽，不蓄积，没有溢流出空槽孔眼的后顾之忧。镀液没有从细管带出，始终在系统内循环复用。槽的上部，一般为5000mm＞

×600mm×800mm，下部为5000mm×1000mm×500mm。上下槽形成一个梯形槽体。细管同铁丝一样，都是动态性的施镀。与铁丝电镀的不同之处是，镀液也是动态性的，一直循环流动，始终不外流，并能确保电镀的正常进行，这就是精细钢管电镀的特殊性。

（2）ZnSO₄～Fe合金电镀工艺
    ①工艺流程

    放线管→电化学除油→热水洗→冷水洗→酸浸蚀→水洗→电镀→水洗→出光→清洗→钝化→热水洗→封闭→烘干→收线管。

    ②配方组成
    硫酸锌(ZnSO₄ · H₂O)                300~400g/L                ZF光亮剂                6~12mL/L
    氯化钾(KCI)                                   40~60g/L              ZF-B调整剂               5~10mL/L
    硼酸(H₃B₃O₃)                               20~30g/L                      pH                         4~5
硫酸亚铁(FeSO₄ · 7H₂O,试剂)             5~12g/L                      D_{k                       10~40A/dm}²

                                                                                             T/℃                       0~60℃
抗坏血酸(C₆H₈O₆,试剂)                   0.5~1.2g/L                 运行速度                8~12m/min
ZF-A开缸剂                                     15~20mL/L              镀层铁含量                2%~0.8%
（3）溶液配制

    ①将计量硼酸用热水溶解后倒入槽内，加水至1／2总体积。
    ②计量氯化钾与硫酸锌，边加入槽内溶解，直至完全溶解。
    ③加入锌粉与活性炭各1g／L处理过滤入槽。

    ④计量抗坏血酸用水溶解，倒入以10倍水溶解的硫酸亚铁溶液容器内，此时溶液显混带色，轻微搅拌均匀，待清澈透明无色时加入槽内。

    ⑤用0.5～5.0的精密试纸测试溶液的pH值，高于5.0用试剂稀硫酸调至4.0；低于4.0用试剂氢氧化钠稀溶液调至4.0。

    ⑥计量ZF-A开缸剂、ZF光亮剂和ZF-B调整剂分别用1～2倍水（夏秋用冷水，冬春用热水）稀释加入，搅拌均匀。

    ⑦将水补至所需体积，溶液搅拌均匀，电解4h便可试镀生产。
（4）生产掌握要点

    ①溶液配制的关键是FeSO₄与C₆H₈O₆混合液 二者虽是试剂，但配槽前也应先做试验，照前述方法配制。各以1L溶液含量来测试。混合后立即显混带色，待到清澈透明无色为合格。虽清澈透明，如呈淡棕黄色则不合格，表明二者之一有质量问题，此时需再各购一瓶做交叉试验，直至清澈透明为止。切记刚配好的混合液发浑时不能加入，清澈透明带色不能加入，否则因此出现镀层质量故障而影响生产。笔者曾经多次排除此故障。

    ②阳极 本工艺除管件内壁需电镀的可挂条形铁的辅助阳极外，其余均不挂纯铁阳极。铁盐以试剂硫酸亚铁补加，以此保持铁盐有效含量，这能防止非纯铁阳极引出的杂质带入溶液。分析铁盐含量低于5g／L时适量补加。停镀取出阳极，生产时再挂入，是稳定镀液与pH值的关键。

    ③pH值每班用0.5～5.0的精密试纸测试溶液的pH值，高于5.0，用试剂稀硫酸调至4.0；低于4.0用试剂氢氧化钠稀溶液调至4.0。

    ④ Fe²⁺含量控制 镀液为清澈透明的铁青色属正常，要是镀液显浑，色泽显棕黄色甚至砖红色，表明溶液中Fe²⁺被氧化成Fe³⁺，而且含量急剧上升。出现棕黄色，镀层略显粗糙，而且手摸就能感觉出来，此时可将抗坏血酸0.1～0.2g／L用水溶解加入溶液，轻微搅拌均匀，便可将Fe³⁺ 还原为 Fe²⁺，溶液也就恢复清澈。出现砖红色，表明溶液中Fe^3＋含量严重增加，此时抗坏血酸加入量可增至0.5/L左右，溶液恢复正常。
    ⑤添加剂添加剂配槽按上限加入，日常生产勤加少加，也可按kA·h消耗量补加： ZF-A 30~60mL;ZF 60~120 mL;ZF-B 60~80mL。

    ⑥处理周期 本工艺维护简便，处理周期长，一般一年用锌粉与粉状活性炭处理一次，日常不处理，只是当溶液中阳极泥渣等固体微粒较多，镀层有粗糙手感时，不加任何处理药剂，用过滤机除去这些固体颗粒，使溶液净化洁净，确保电镀质量。需用药剂处理时，严禁用双氧水或高锰酸钾，否则将导致不良后果。

    ⑦其它 精细钢管直径、运行速度、被镀根数、电流强度是相互因果关系，应根据实际生产状况取最佳值。

    精细钢管电镀相关电流的开启至关重要。电镀时先开放线电源，待细管进人运行时才开整流器电源；停镀时先关整流器电源再关放线电源。

（5）工艺特点

    ①对硫酸盐镀锌优缺点的取舍 硫酸盐镀锌最大优点是电流效率高达100％，沉积速度快，这是其它镀锌工艺无可比拟的。由于镀层结晶不够细致，分散能力和深镀能力较差，因而只适合于管材与线材等几何形状简易的电镀。硫酸盐锌铁合金工艺对传统的硫酸盐镀锌工艺进行了大变革，本着取优舍劣，只保留主盐硫酸锌其余组分均舍弃，在组成新工艺配方中又加入适量铁盐，使原来的单金属镀层形成锌铁合金镀层。工艺的重新组合，不仅发扬了原工艺电流效率高、沉积速度快的优点，还使分散与深镀能力得到很大改善。过去简单工件能镀复杂工件不能镀，现在几何形状简单与复杂都能镀，而且防护性能比单金属提高3～5倍。试验与生产证明，用于线材、管材的连续电镀如虎添翼，比过去镀层的晶粒更细化更光亮，沉积速度快，2～3min，镀层厚度就满足连续电镀的工艺要求。

    ②硫酸盐镀锌可转化为硫酸盐锌铁合金 硫酸盐锌铁合金只保留硫酸盐镀锌的主盐硫酸锌，其余组分如硫酸铝、明矾（硫酸铝钾）等，在镀液处理时，加入氢氧化钠使生成的不溶性氢氧化物沉淀除去，对有机添加剂则加入粉状活性炭吸附除去。试验表明，硫酸铝与硫酸铝钾一次性难以彻底除去，对镀层光亮度有影响，并不严重，随工件带出消耗完后，镀层光亮度便可恢复。硫酸盐镀锌转化锌铁合金，溶液通过处理，按新工艺所需成分含量补加即完成转化。

    ③沉积速度快、防护性能优异 硫酸盐锌铁合金电镀工艺，电流效率高达100％，沉积速度快是任何镀锌工艺无可比拟的，精细管的运行速度8～12m／min，沉积速度2μm／min，这是连续镀锌难以达到的。镀层光亮细腻悦目，也优于锌镀层。防护性能前文已述。

    ④独特的环保型工艺 精细钢管采用硫酸盐锌铁合金工艺连续电镀，之所以是独特的环保型工艺，就在于生产线槽与槽间均穿孔直通而溶液无任何带出或溢流。生产过程中各工序由循环系统组成，各槽溶液虽有污染环境的酸碱液、镀液、出光与钝化液等，

    但只循环复 用不向系统外渗漏或排放，生产线只设5个清洗槽，采用循环复用定期排放，特别是钝化，采用只钝化不清洗的无废水产生的清洁生产方法。一般生产线不易做到。

    综上所述，用于连续电镀的材质为线材、薄带材、细管材等，大多采用防护镀层，目前只有镀锌与锌铁合金两种工艺，前者是单金属电镀，后者是合金电镀，合金镀层防护性能优于单金属镀层。

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