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 review
Ding 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 briefly 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 abroad
1 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。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。[3]
2 锌电镀
2．1 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。
2．2 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。[7]
2.3 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/dm2)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(J p) 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]
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-镍合金进行钝化处理。得到了锌-镍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【14】对钕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钕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%时，锌铝合金层具有很好的电化学保护作用。将55%Al － 43． 4%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
