碱性锌酸盐锌铁合金电镀工艺

（1）概述

    在酸碱两类体系的锌铁合金电镀工艺中，国内应用始于20世纪90年代初，从10余年的应用情况看，主要是酸性体系的氯化物型与硫酸盐两工艺较多，前者又比后者应用广泛，涉及防护性锌镀层的方方面面，而且还作为装饰电镀的节镍镀层，后者由于受传统硫酸盐镀锌认知的局限，仍停留在传统的管材、线材和带材几何形状简单的工件领域，因而应用范围较狭窄。碱性体系的锌铁合金主要是锌酸盐型与焦磷酸盐型两类工艺，应用情况同酸性体系一样，也是前者多于后者。

    碱性锌酸盐锌铁合金电镀溶液中，尽管工艺配方不少，但都是大同小异，基本相同，施镀方法却有简繁之别。简是指操作简易的常规方法，如同锌酸盐镀锌那样方便易行；繁是指特殊较复杂的非常规方法。即将镀槽一分为二，即主槽与辅助槽。主槽两边的阳极棒不挂锌阳极，只挂能导电不溶解的不溶性钢板阳极。溶液中的锌离子与铁离子全靠辅助槽补充，其任务是将锌与铁离子调节好的镀液，通过过滤泵打入镀槽，镀槽中过多的镀液再溢流回辅助槽中去，如此循环往复，周而复始地保持电镀的正常运行，比起简易的常规操作，自然是要繁杂些。两者施镀方法，后者虽繁杂一些，但能使镀液的性能和镀层质量能始终控制在最佳的范围内。我们对这两种方法，分别以常规和非常规锌酸盐锌铁合金的冠名称之。

    在碱性锌铁合金工艺中，还有焦磷酸盐锌铁合金，一般都是高铁含量的合金镀层，含铁量多在7％以上。主要作为日用五金制品的防护装饰镀层，可替代氰化镀锌铜合金，以减轻环境污染。该合金镀层有光亮和不光亮两种，前者需闪镀铜后镀铬，后者需经抛光后镀铬。光亮与不光亮镀层需要的添加剂都是洋茉莉醛，而且都需按各自的配伍进行配制。由于应用范围较窄，加之配制光亮剂也较繁琐，因而没有锌酸盐锌铁合金应用广泛。

    碱性锌铁合金在国外应用较为广泛，国内应用虽已十余年，遗憾的是至今尚未见有应用实例报道，因此只能作一般介绍供作选用的参考。

（2）配方组成及工艺条件

    锌酸盐锌铁合金电镀的研究配方较多，以李峰等人提出的工艺较为实际，也易于掌握应用，现作如下介绍。

氧化锌                    7~13g/L                    香草醛                0.03~0.05g/L
氢氧化钠             130~170g/L                   EDTA                   0.5~1.0g/L
酒石酸钾钠            50~70g/L               阴极电流密度          0.8~2.0A/dm²
Fe²⁺                            0.5~7g/L                 工作温度                  10~28℃
DE添加剂                 4~6mL/L                阴极面积：        阳极面积=1:(1~2)
DE-81添加剂            4~6mL/L              镀层铁含量：            0.3%~0.8%

    工艺主要优点，采用了碱性镀锌的添加剂，且容易从碱性镀锌液转化为锌铁合金镀液。
（3）镀液配制

    首先在镀槽内加入总体积1／3的水，将计量的氢氧化钠倒入槽内，搅拌溶解后，再将计量氧化锌调成糊状；在搅拌下逐渐加入到热碱溶液中。待完全溶解后，加水至2／3体积，待冷却到30℃以下，用金属锌粉1~2g/L撒入槽中，并不断搅拌30min，再澄清过滤。在另一容器中用温水将计量酒石酸钾钠溶解后，再将亚铁盐（试剂）在搅拌下加入，待完全溶解后加入镀槽，然后将计量DE、DE-81、香草醛、EDTA依次加入，小电流处理后，分析调整，即可投入生产。

（4）碱性锌酸盐镀锌溶液的转化

    碱性锌酸盐镀锌溶液可直接转化为锌铁合金溶液，方法简单，且易于操作。转化时只需将计量试剂亚铁盐（硫酸亚铁或氯化亚铁均可）溶于计量的酒石酸钾钠溶液中，充分搅拌，使之络合后即加入镀槽，搅拌均匀，则成为锌酸盐锌铁溶液，即可进行生产。

（5）镀层铁含量的控制

    电沉积锌铁合金镀层的防护性能远远超过单金属锌镀层，早已形成共识。从查阅文献所知，锌铁合金电镀工艺，按镀层铁含量分：铁含量3％～50％为高铁工艺，铁含量在1％以下为低铁工艺。

    高铁含量的合金镀层，主要用作汽车钢板的电泳涂漆底层，为了提高与油漆的结合力，常需要进行磷化处理。在国内无光的高铁含量镀层，经抛光后套铬，或闪镀铜后镀铬，可作为装饰性黄铜底层，以提高其耐蚀性。现在高铁工艺已进人光亮镀层时代，无需抛光处理，只需闪镀碱铜或中性镍便可镀铬，也就是成为装饰铬的节镍镀层。

    低铁含量的合金镀层，比高铁合金镀层应用广泛，除汽车工业、家电工业、建筑工业的五金件外，已涉及镀锌件的方方面面，不仅是取代防护镀层的主要工艺，而且进入装饰铬领域，成为节镍的主要镀层。这是由于锌铁合金镀层不仅防护性能优异，而且生产成本在锌系合金电镀中成本最低，镀液容易维护，使用方便，除挂镀、滚镀外，还可用于连续电镀，如线材、细管材和带材等，因而在生产上得到大量应用。

    锌铁合金镀液中的铁盐浓度，决定着镀层铁含量，镀层铁含量既决定镀层防护性能，又决定着镀后处理的钝化能否正常运行。正因为有影响，在所查文献中提出：高铁含量工艺需闪镀一层光亮锌，才能常规钝化，低铁工艺能常规钝化。

    关于锌铁合金镀层铁含量的最佳值，高铁工艺是15％，低铁工艺是0.4％的防护性能最优异，这已形成共识，至于锌铁合金能常规钝化，文献所指是镀锌钝化。其实镀锌与镀锌铁合金是不同的工艺，工艺不同，钝化也应有所区别，不能等同对待，应该有适合于锌铁合金工艺自身特点的钝化工艺，我们是这样认识，也是这样做的并取得了成功。

    多年的生产实践表明，锌铁合金镀液性能稳定的关键在于镀层铁盐含量控制，笔者在《电镀与环保》2001年第6期发表题为《影响氯化物电镀锌铁合金工艺稳定因素》的文章作过论述，这里就不再重复了。李峰等人提出的碱性电镀锌铁合金工艺，在其镀液中各成分的作用及工艺条件的影响中，谈到多种因素对镀层铁含量的影响时指出：只有各成分含量与工艺条件处于最佳值，镀层铁含量也就在最佳值：在成分含量上：主盐氧化锌含量在工艺中上限(10~13gL）；镀液中铁离子含量在工艺中限即3～4g／L；氢氧化钠含量在下中限（13～15g／~13g/L）；酒石酸钾钠含量在中限（60g/L）镀层铁含量就在0.4％。在工艺条件上，温度处于中限（20～25℃）；阴极电流度在上限（2A／d㎡），镀层铁都在0.4％最佳值。酸性氯化物型与硫酸盐型同碱性锌酸盐型工艺的配方成分与工件条件不同，对镀层铁含量影响参数也就不相同了。

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