锌合金镀层的特性和后处理

    在表面工程电镀领域，从单金属电镀到合金电镀已有100多年的历史，合金电镀最早作为装饰性的黄铜，是铜锌合金，发展到今天，在各种材料表面，无论在装饰和防护，在功能方面，都显示出合金镀层的优异性能，共约有230多种合金镀层问世。

    由于合金电沉积的研究与应用比单金属沉积困难得多，因而在开始相当长的时间内，发展比较缓慢。随着科学技术和工业不断发展，人们对金属表面性能提出种种新需求，显然仅有10余种单金属镀层已无法满足需要，只能通过电镀合金的方法来改变镀层性能，顺应时代发展的要求。合金镀层已从二元合金、三元合金进展到合金组合镀层的开发应用新阶段。

    近几年来，以锌为基体的三元合金，如锌钴镍、锌钻铬和锌钴铁合金等也在生产上得到应用。锌合金对钢铁基体来说，属于阳极性镀层，对钢铁具有电化学保护作用。锌合金镀层与锌镀层相比，具有更高的耐蚀性，并有良好的防护性和价格比值。

    （1）锌合金电镀液

    从保护环境出发，现已不使用氰化物电镀液。目前使用的电镀液主要有酸、碱两种类型：酸性体系以氯化物和硫酸盐为主的电镀液，该体系的电镀液电流效率高、镀速快、氢脆性小，适用于高强钢、钢铁铸件、冲压制件、热处理件以及板材、线材和带材上电镀。碱性体系是锌酸盐电镀液，该镀液体系分散能力与深镀能力好，对电镀设备腐蚀性小，但电流效率低，适合镀较复杂的零部件。

    锌合金电镀液中，主要含有主盐、导电盐、络合剂、缓冲剂和添加剂如光亮剂和柔软剂（即走位剂）等。通常在选定的镀液中加入适宜的络合剂和添加剂是非常重要的，也需要选择适宜的工艺条件，如工作温度、pH值、电流密度等，才能得到光亮、平整、细致的优良镀层。这两类镀液，都可以进行挂镀和滚镀。

    （2）锌合金镀层的主要特性

    电沉积锌合金具有许多优良的特性，如优异的耐蚀性、热稳定性和低氢脆性等。锌合金

    通常需要钝化处理，能大大提高耐蚀性，如锌与铁族金属形成的合金和锌镀层相比，可提高耐蚀性3倍以上，而其氢脆性又可大大降低。其中锌镍合金和锡锌合金是很好的代镉镀层，锌铁合金是很好的代锌镀层。锌合金和锌镀层比，不仅耐蚀性明显提高，其热稳定性、硬度和耐磨性也有所提高，但韧性往往有所下降。

    （3）电镀锌合金阳极

    电镀阳极主要作用是导电、补充金属离子的消耗，保持阴极电力线均匀分布等。

    锌合金的阳极有合金阳极和非合金阳极两种。前者要求两种金属合成的合金阳极，它能等量和等比的补充溶液中金属离子的消耗，由此要求阳极成分和镀层成分必须相同，并能均匀连续地溶解，使镀液中金属离子的浓度比，不至于波动太大。

    由于二元合金中两种金属在镀层中含量悬殊太大，按其比例制作合成阳极，难于达到要求。以锌与铁族金属形成的合金工艺为例，如Zn-Ni Zn-Co、 Zn-Fe合金中的Ni含量7％～13％，Co含量0.66%~0.9% 6，Fe含量 0.2%~0.8％。以Zn Ni合金中的Ni含量高，在实际生产中，都没有合成的Zn-Ni合金阳极，都是锌与镍阳极按比例分别挂入。Zn-Co和Zn-Fe中的Co和Fe含量均在1％以下，都不挂这些阳极，只挂锌阳极，Co和Fe根据含量分析，以其化合物补入镀液，保持其与锌的正常比值。因此锌与铁族金属形成的合金电镀液，联系工艺实际，一般不制作合成阳极，两种金属按镀层含量比值，分别挂入两种金属阳极，含量低于1％的，只挂锌阳极，另一金属按工艺含量分析以其化合物加入镀液，调整至工艺范围。

（4）锌合金镀层的后处理

    为进一步提高合金镀层耐蚀性、耐磨性和装饰性等，往往对合金镀层表面进行后处理。最常用的是铬酸盐钝化处理，由于铬盐膜的优异特性和叠加效应，效果非常明显。

    经过铬酸盐钝化的合金镀层，可大大提高其耐蚀性和装饰性。目前一般多采用低浓度和超低浓度CrO30.5～10g／L，并加入适量的无机酸和卤化物等，就可得到不同色泽的钝化膜，如彩虹色、军绿色、黑色、黄色、蓝白色和银白色等。

    由于六价铬的毒性大，为减少环境污染和人体的危害，研究和优选了其它代用化合物的钝化工艺，如无铬钝化的钛盐和钼酸盐钝化和三价铬钝化，都取得较好效果，由于无铬钝化有待完善，仍处在研究试验过程中，三价铬钝化目前已得到广泛应用，此外还有下述后处理方式。

    ①稀土化合物钝化 近几年来，对代替六价铬钝化的钝化液中，加入稀土化合物，如加入铈、钕、镧和镨等各种稀土化合物或混合物研究试验，也取得较大进展。

    ②浸或刷涂无机或有机膜层 采用这种方法，能大幅度提高、改善膜层的耐蚀性、润滑性、扭矩和应力特性，以及防紫外线特性等。已经使用的主要类型有：浸或喷涂石蜡和有机塑性材料，如苯乙烯和丁二烯的共聚物、聚酯、环氧树脂、酚醛树脂和有机硅烷等；喷涂硅酸盐系列材料，如水玻璃等，主要防紫外线破坏，喷涂涂料，可提高防腐、耐磨、装饰等性能。

（5）锌与铁族金属形成的防护镀层

    随着一般产品的防护性能要求越来越高，锌铁合金以它比普通镀锌的防护性能提高3～5倍，而且生产成本如以综合成本计还低于普通镀锌，因此在取代普通镀锌和热浸镀锌中特别受到青睐而得到更加广泛地应用。

    电镀锌铁合金镀层，是很好的防护镀层。根据使用合金镀层的铁含量，可分为高铁合金镀层，含铁量在7％～25％（或更高）的镀层，耐蚀性很好；低铁含量合金镀层，含铁量在1％以下，一般为0.2％～0.8％，最佳值为0.4％。

    镀层的耐蚀性与含铁量的关系，见图1-3所示。
    

    从图1-3可以看出，镀层中含铁量在15％左右的耐蚀性最好。

    高铁含量的合金镀层，主要用于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。据资料介绍，我国高铁含量的锌铁合金镀层经抛光后镀铬，或闪镀铜后镀铬，可用为日用五金制品的防护—装饰性镀层，还可作为装饰性镀黄铜的底层，以提高其耐蚀性。成都市高新电镀环保工程研究所开发的锌铁合金，高铁含量工艺为全光亮镀层，试验表明，可以直接套铬，资料介绍高铁含量宜于线材、带材等连续电镀，该所低铁含量（0.3％～0.6％）工艺的应用实践表明，低铁电镀后直接磷化已用于军品生产，并用于电冰箱冷凝管的连续电镀以及用于线材的连续电镀，均有应用实例，均达到用户对盐雾试验的要求。这表明低铁含量也能达到高铁含量某些产品的质量要求。
    锌基合金中运用较为广泛的是锌铁、锌镍、锌钴合金，特别是锌铁合金成本最低，镀液容易维护，使用方便，可挂镀也可滚镀，还可连续镀，所以在生产上，正逐渐得到大量应用。

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