潤錦科普：氯化鉀鍍鋅工藝簡析
新聞來源：本站發(fā)布日期：2015-10-17發(fā)布人：admin
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潤錦為您科普：光亮鍍鋅工藝
氯化鉀鍍鋅是上世紀80年代發(fā)展起來的一種光亮鍍鋅工藝。近年來,我國在電鍍添加劑研究開發(fā)上取得了顯著進展,使得氯化鉀鍍鋅工藝水準達到一個全新的高度,例如:LAN-930氯化鉀鍍鋅工藝較為成功地解決了傳統(tǒng)氯化鉀鍍鋅工藝的3大難題:
1.鍍層的耐鹽霧試驗性能比堿性鍍鋅差;
2.添加劑的分解產(chǎn)物多;
3.鐵雜質(zhì)易超標。新型氯化鉀鍍鋅添加劑的使用,降低了電鍍生產(chǎn)廠商的生產(chǎn)成本,促進了國內(nèi)電鍍鋅工藝朝更利于節(jié)約成本且環(huán)境友好的方向發(fā)展。
一、氯化鉀鍍鋅成分及工藝條件的控制
氯化鉀鍍鋅工藝的常用配方的工藝條件范圍是比較寬廣的,其主要成分及工藝條件為:氯化鋅30~80g/L,氯化鉀180~280g/L,硼酸20~30g/L,添加劑適量,pH值4.5~6.0,10~50℃。
氯化鉀鍍鋅液主要成分的控制
1.氯化鋅
氯化鋅系主鹽,溶于水中會大量放熱。當溶液的pH值≥6.2時,有沉淀產(chǎn)生。鋅離子的質(zhì)量濃度≥90g/L時,光亮電流密度范圍擴大,但鍍液的分散能力和深鍍能力會有所下降。鋅離子的質(zhì)量濃度較低時,光亮電流密度的上限下降,高電流密度區(qū)易燒焦,此時的深鍍能力較好,但鍍層沉積速率較慢。可增加陽極面積,同時保持鍍液較低的pH值,從而使鋅離子的質(zhì)量濃度逐漸上升。對掛鍍而言,當氯化鋅的質(zhì)量濃度為60~70g/L時,鍍液的分散能力最好。
氯化鉀鍍鋅液中無強配位劑,其分散能力和深鍍能力不如氰化物鍍鋅,更加不如無氰堿性鋅酸鹽鍍鋅。有人喜歡在氯化鉀鍍鋅液中加入少量氯化銨,但鍍液中加入氯化銨后其分散能力和深鍍能力均無改善;又會增加電鍍廢水的達標難度,所以當使用優(yōu)良氯化鉀鍍鋅光亮劑時,一般不建議加入氯化銨。
2.氯化鉀
氯化鉀是弱的配位劑和導電鹽,其質(zhì)量濃度應適當。當其質(zhì)量濃度恰當時,鍍液的導電性最好,過多或過少都會降低鍍液的電導率,從而影響鍍液的分散能力和深鍍能力。大量氯離子的存在能增加陰極極化,提高鍍液的分散能力和深鍍能力,促進陽極的正常溶解。氯離子的電子橋作用對提高鍍鋅層與基體的結(jié)合力有較大影響。當ρKCl∶ρZnCl2=(3.5~4.5)∶1時,鍍液的分散能力和深鍍能力較好。若氯化鉀的質(zhì)量濃度偏高或偏低,易使鍍層產(chǎn)生暗黑條紋或滾桶眼子;當氯化鉀的質(zhì)量濃度過高時,添加劑還可能因鹽析現(xiàn)象而呈油狀物析出。
應當注意有時按分析化驗結(jié)果調(diào)整鍍液后,鍍液的分散能力和深鍍能力還是不佳。其原因是化驗分析的是鍍液中的氯離子,然后換算成氯化鉀,而不是分析鉀離子。在實際生產(chǎn)過程中不論是調(diào)節(jié)pH值,還是前處理中的酸洗,都是使用鹽酸,這樣會造成氯化鉀的質(zhì)量濃度偏高的假象。
此時適當?shù)难a加氯化鉀即可解決問題。
使用工業(yè)級氯化鉀和氯化鋅時,必須要用1~2g/L的鋅粉處理后才可入槽;最好是經(jīng)鋅粉處理后,再加1~2mL/L的雙氧水,充分攪拌并靜置數(shù)小時后,再加入2~3g/L的活性炭進行凈化處理。
3.硼酸
硼酸在鍍液中不僅起pH值緩沖作用,而且能細化鍍層結(jié)晶,提高鍍層的光亮度和擴大光亮電流密度范圍。實際使用時其質(zhì)量濃度應保持在25~30g/L范圍內(nèi),夏天可保持在30~35g/L。其質(zhì)量濃度低時,光亮電流密度范圍窄,鍍層光澤度下降;同時陰極處的pH值易上升,使堿式鹽易夾雜進鍍層,鍍層易燒焦,并可能產(chǎn)生粗糙等缺陷。可以用簡單的方法判斷鍍層中硼酸大致的質(zhì)量濃度。取適量鍍液放在冰箱中,在10℃左右保持10min,若鍍液中硼酸的質(zhì)量濃度在正常范圍內(nèi)則應有較多的硼酸析出;若析出很少,則應補加硼酸10g/L左右,用沸水溶解好后加入,一般按ρ氯化鉀∶ρ硼酸=7∶1左右補加為好。補加硼酸的質(zhì)量也是很關鍵的,一定要選用大企業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)硼酸,劣質(zhì)硼酸含大量對鍍液有害的雜質(zhì),如磷酸根,硝酸根等。
4.添加劑
氯化鉀鍍鋅添加劑一般分為柔軟劑和光亮劑,其組成大體相同,主要由載體添加劑、主光亮劑和輔助光亮劑三大類組成。鍍液中添加劑的質(zhì)量濃度低時,鍍層的光亮度差;其質(zhì)量濃度過高時,燒焦區(qū)變寬,鍍層光亮度和耐蝕性變差,藍白鈍化易泛彩泛黃,低鉻彩鈍易脫膜或褪色。
目前氯化鉀鍍鋅載體添加劑主要有下列幾種:
(1)聚氯乙烯醚硫酸鈉鹽,由OP類、平平加和滲透劑等用濃硫酸硫酸化而成;
(2)聚氧乙烯醚磺酸鹽,由OP類、平平加和滲透劑等用氨基磺酸磺化而成;
(3)直接使用OP類、平平加或滲透劑;
(4)萘酚與環(huán)氧乙烷合成物[1]。把上述幾種物質(zhì)適當配合,可制造出性能優(yōu)良的氯化鉀鍍鋅載體添加劑。其特點是載體用量小、添加劑濁點高、泡沫少且有機分解產(chǎn)物少;鍍層的耐鹽霧性好、抗雜質(zhì)性好、不易夾雜于鍍層中,而且有更好的分散能力和深鍍能力。其構(gòu)成的載體本身就有一定的光亮作用,這樣就能使鍍層結(jié)晶更細致,對主光亮劑的依賴程度可減少,即:減少了鍍液主光亮劑的消耗量。這對提高氯化鉀鍍鋅層的整體質(zhì)量有重要的意義。
主光亮劑大都是使用鄰氯苯甲醛和芐叉丙酮。兩者各有優(yōu)缺點,優(yōu)質(zhì)光亮劑一般是將兩者進行配合,以取長補短,達到最優(yōu)效果。例如:采用鄰氯苯甲醛作主光亮劑時,出光速率快,用于藍白鋅時尚好,用于六價鉻彩鈍時,膜結(jié)合力比較差;主光亮劑采用芐叉丙酮時,對芐叉丙酮的質(zhì)量要求很高,必須用醫(yī)藥級的,否則鍍層白度不足,易產(chǎn)生霧狀鍍層等;兩者的合理搭配對高中低光亮電流密度范圍影響較大。
輔助光亮劑主要是起擴展高電流密度區(qū)和低電流密度區(qū)的光亮范圍,提高鍍液的分散能力和深鍍能力,減少載體添加劑和主光亮劑的用量,從而全面提高氯化鉀鍍鋅光亮劑的載體效果。例如:苯甲酸鈉和煙酸可提高陰極電流效率、細化結(jié)晶、改善鍍層白度和分散能力,但會降低鍍液濁點;擴散劑NNO能改善鍍液的分散能力和深鍍能力,特別是和其他一些輔助光亮劑配用時效果更加出色;不足的是高溫下鍍件出槽后,空停時間過長,會使鍍層輕微腐蝕。
這一點對南方地區(qū)大型滾鍍生產(chǎn)線很關鍵,這也是廣東地區(qū)更能接受淺色添加劑的原因之一。
氯化鉀鍍鋅添加劑優(yōu)劣的最簡單的判別方法為:按廠商提供的產(chǎn)品說明書上要求的柔軟劑和光亮劑的質(zhì)量濃度開缸,用赫爾槽在室溫下做2張試片:1A×5min和1A×10min;按光亮鍍鋅工藝,應該是1A×10min的試片的整體效果會全面優(yōu)于1A×5min的;若1A×10min的試片的整體效果還不及1A×5min的,則此光亮劑肯定很一般,不建議使用。
5.添加劑添加原則
總有人認為鍍層的光亮度不佳就是添加劑少,于是不斷補加柔軟劑和光亮劑。從現(xiàn)場技術服務來看,出現(xiàn)故障的鍍液十有八九是添加劑過量。因此建議處理鍍液故障的方法:調(diào)整工藝參數(shù)及鍍液成分,判斷故障原因,最后才是調(diào)整柔軟劑和光亮劑的質(zhì)量濃度。鍍液中各種添加劑的用量(包括載體添加劑、主光亮劑、輔助光亮劑等)都有一定的范圍,超過該范圍都是有害無益的。例如:很多的表面活性劑,只有當陰極界面吸附層厚度適當時,才具有較優(yōu)的陰極極化值,從而使晶核產(chǎn)生速率大于成長速率,鍍層結(jié)晶才會細致、均勻;若表面活性劑分子量太小,其質(zhì)量濃度又太低,則吸附層過薄,對鋅離子放電的阻化作用太小,陰極極化值過小,導致鍍鋅層結(jié)晶大而不細致;若表面活性劑分子量太大,其質(zhì)量濃度又過高,陰極極化值過大,不但使析氫等副反應加劇,鍍層易燒焦,而且表面活性劑脫附困難,會大量夾雜在鍍鋅層中,造成鍍層純度低、脆性大、耐鹽霧性能差等缺陷。因此,在實際生產(chǎn)中不但要選擇一種優(yōu)質(zhì)的氯化鉀鍍鋅添加劑,而且正確的使用方法也是至關重要的,務必堅持少加勤加的原則。
二、工藝條件的控制
1.溫度
氯化鉀鍍鋅工藝的溫度范圍很寬,一般在10~45℃之間。但實際生產(chǎn)中當溫度超過35℃時,其柔軟劑和光亮劑的用量明顯增加。不論使用何種添加劑,高溫下消耗量大是不爭的事實,而添加劑的消耗量的增加會大大加快有機雜質(zhì)的積累。因此當鍍液溫度≥35℃時,是很難獲得優(yōu)質(zhì)的鍍層和鈍化層的。目前南方地區(qū)的一些大型滾鍍鋅廠均有冷凍設備,這對保證鍍層質(zhì)量是至關重要的。
2.pH值
當氯化鉀鍍鋅液的pH值≥6.2時,會導致有Zn(OH)2沉淀產(chǎn)生,鍍層局部出現(xiàn)黑色條紋,光亮電流密度的上限下降。一般建議采用的pH值范圍為5.6~6.0時較好。特別是滾鍍時,當主鹽的質(zhì)量濃度低時,要維持鍍液中有足夠的硼酸是關鍵。當鍍液pH值低時,雖然鍍液的導電性略好一點,允許的電流密度上限有所提高,但會降低添加劑的吸附性能,陰極極化作用下降,添加劑的用量會增大,導致有機雜質(zhì)積累過快,鍍層的分散能力和深鍍能力下降。
3.陽極
鋅陽極一定要用0#鋅錠。若要求陽極比較長,可把鋅錠加熱到120~150℃,鍛打成塊狀(因為鋅在120~150℃時有比較好的延展性),鍛打成形的鋅板比鑄造成形的鋅板消耗小得多(因為落入槽底的鋅渣很少)。
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