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彭氏化学之塑胶电镀

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氰化镀锌  

2006-12-31 18:49:24|  分类: 电镀 |  标签: |举报 |字号 订阅

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氰化镀锌
    高浓度氰化镀锌在过去半个世纪中一直被广泛使用。氰化镀液具有分散能力和深镀能力好、结晶细密、与基体结合力好、耐蚀性能好、工艺范围宽、镀液稳定易操作,对杂质不太敏感等优点。但是剧毒,严重污染环境。现在大部分应用无氰镀锌,高氰已较少使用。低氰镀锌具有高氰镀锌的所有优点,而且电流效率提高约5%,维护费用降低24%左右,废水处理费用减少1/4~1/2。近年来国内开发了多种氰化镀锌通用光亮剂,可获得高光亮的镀层,从而可实现超低铬钝化,在此情况下,我国沿海省份低氰、中氰镀锌呈现上升趋势。
    (一)氰化光亮镀锌工艺规范(见表2-3-3)
表2-3-3 氰化光亮镀锌工艺规范
微氰镀锌 低氰镀锌 中氰镀锌 高氰镀锌
氧化锌(ZnO) 14 14~16 18~22 44
氢氧化钠(NaOH) 110 95~105 85~95 85
氰化钠(NaCN) 5 15~26 35~40 100
硫化钠(Na2S)   0.1~0.3 0.1~0.3  
光亮氰锌-92/mL·L-1   6~8 5~7  
CKZ-840/ mL·L-1 5~6     2
温度/℃ 15~45 常温 常温 15~45
电流密度/A·dm-2 2~6 2~4滚镀电流4~8A/kg 2~6滚镀电流5~10A/kg 2~6
注:光亮氰锌-92武汉风帆电镀技术公司、CKZ-840河南开封电镀化工厂。
    (二)镀液的配制方法
    配制氰化物镀液一定要遵守使用毒物安全操作规程,带好防护用品以防中毒。
    1.将计算量的氢氧化钠和氰化钠倒入槽中,加总体1/4的水,充分搅拌溶解;
    2.将计算量的氧化锌调成糊状,在不断搅拌下慢慢加入热槽液中,搅至完全溶解。
    3.稀至总体积,加入硫化钠,搅拌10min让其充分反应,除去重金属杂质;
    4.按使用说明书要求加入某种光亮剂,充分搅匀,用0.5~1A/dm2的低电流密度电解处理3~4h,试镀合格后即可投产。
    (三)镀液组成和工艺规范的影响
    1.氧化锌提供被沉积的金属离子,浓度高则电流效率高,而阴极极化降低,分散能力下降,凸出部位易烧焦,允许电流密度的上限值反而降低。锌含量与氰化物浓度有关,微氰镀液锌控制在7.5~9g/L;低氰镀液锌为10~12g/L;中氰镀液锌14~18g/L,高氰镀液锌30~35g/L。锌含量偏低,分散能力好,但电流效率下降。
    2.氰化钠高、中氰镀液中氰化钠是络合剂,在镀液锌以Zn(CN)42-形式存在。而低氰镀液主络合剂是氢氧化钠,锌以Zn(OH)42-形式存在。在低氰镀液中氰化钠的存在对改善镀液和镀层性能起着重要作用。因为氰化钠有表面活性作用,容易吸附在阴极/镀液界面上,故电极表面上氰根的浓度远大于溶液本体的浓度,导致阴极化增大,结晶细密,厚度均匀,还能增强结合力,所以少量氰化钠可作为改善镀层质量的介质。少量氰化钠的存在络合了重金属杂质,防止其干扰,镀层纯度高、耐蚀性强。氰化物与锌要保持一定比值M=,高氰M=2.5~3、中氰M=1.7~2.5、微、低氰M=1~2。
    中、低氰镀液氰化钠较稳定,分解少,如通电500A/h·L后氰化钠由30g/L降至25g/L,仅消耗5g/L;相反高氰镀液氰化钠易分解,通入同样电量,氰化钠消耗40g/L。所以无论从技术或经济出发都应避免用高氰镀液。
    3.氢氧化钠能提高电导和电流效率,中高氰镀液中如不加70 g/L以上的氢氧化钠,电流效率则小于30%,镀层乌暗发灰,这是因为Zn(CN)42-放电所需活化能很高,故电流效率低。加入80 g/L以上的氢氧化钠,电流效率则大于80%,镀层细密有光泽,因为在阴极电析前要通过前置转化,由Zn(CN)42-转化为Zn(OH)42-,在电极上再经配位数降低转化为Zn(OH)2表面络合物放电。在低氰镀液中氢氧化钠是主络合剂,其含量与锌酸盐镀锌相当,NaOH/Zn=8~10为宜。在低氰镀液中含量太高则电流效率下降,甚至其成海绵状镀层。阳极溶解快,锌浓度升高,造成生产故障。
    4.氰化镀锌光亮剂现在有些小五金以镀锌作防护—装饰层,要求镀层光亮平滑,另外为保护环境,普遍应用低铬或超低铬钝化且要求镀层光亮,所以开发了一批氰化镀锌通用光亮剂,如氰锌-92、CKZ-840、WD-90、890、碱锌-10、HT氰化镀锌光亮剂等。这类光亮剂大都是由脂肪族胺类的聚环氧化合物,并含有含氮杂环及表面活性剂,具有提高极化、细化结晶、整平和光亮作用。控制适当可获全光亮低脆性的镀层,光亮剂的维护管仍应遵循少加必要时勤加的原则。
    5.电流密度低氰镀液电流密度范围比中、高氰化液要窄一些,生产中选用1~3。电流密度低,沉积速度慢,容易出现阴阳面,光泽欠佳;电流密度过高,凸部易烧焦。
    6.温度低于10℃,镀液电导降低,允许电流密度亦降低,沉积速度慢;高于40℃,氰化钠易分解,阴极极化降低,结晶粗糙。依液体温度选择电流密度,冬季用下限,夏季用上限。
    7.阳极选择优质锌阳极是减少镀液故障的关键,因为随氰化钠的降低,镀液对杂质的敏感性增加,所以要用纯度为99.98%以上的精锌作阳极。压延锌比铸造锌阳极的杂质少,而且溶解性能好。阳极电流密度以1~2A/dm2为宜,高于2 A/dm2阳极易钝化,为增大阳极面积可采用铁板作辅助阳极,不能用不锈钢板。停镀时间长时,辅助阳极要提出,因为挂在同一极杆上的锌和铁产生原电池腐蚀,锌溶解加快,导致锌浓度升高。
    (四)常见故障和纠正方法
    常见故障、产生原因及纠正方法见表2-3-4。
表2-3-4 氰化光亮镀锌故障及纠正方法
故障现象 产生原因 纠正方法
镀层起泡 (1)锌高,氰化钠和苛性钠少;
(2)光亮剂过量;
(3)前处理不良
(1)分析调整;
(2)用活性碳处理;
(3)检查前处理并改善
分散能力差光亮度下降 (1)锌高,氰化钠和苛性钠少;
(2)多聚型表面活性剂不足;
(3)含有氧化性杂质;
(4)光亮剂不足
(1)分析调整;
(2)酌情补充;
(3)CrO42-用保险粉还原沉淀,NO3-电解处理;
(4)补充光亮剂
沉积速度慢 (1)锌低氰化钠高或碱低;
(2)镀液温度低;
(3)电流密度低;
(4)多聚型表面活性剂过量
(1)增加锌阳极,化验调整;
(2)提高镀液温度;
(3)提高电流密度;
(4)适当提高锌浓度
烧焦 (1)锌高,氰化钠,苛性钠少;
(2)多聚型表面活性剂不足
(1)分析调整;
(2)酌情补充
阳极钝化 (1)阳极电流密度高;
(2)苛性钠少
(1)降低电流密度
(2)按分析补充
    (五)由高氰镀液向低氰镀液转化
    由高浓度转化为低浓度,镀液和镀层的基本性能无明显变化,转化也很顺利,一般可分两个阶段进行。
    1.第一阶段(由高浓度氰化钠降至40g/L左右)首先取出全部锌阳极用铁板代之,一来降低锌浓度,二则氰化钠在生产中消耗和在不溶性阳极上的分解,使氰化钠迅速降低。锌和氰化物同时下降变成中氰镀液。无需补充另外的材料,镀液和镀层性能无明显变化。欲镀取光亮镀层则加前述氰化镀锌光亮剂。一般经20~30天生产后锌降至15~17g/L,氰化钠降至40g/L左右。此阶段要经常分析锌、碱和氰化钠浓度。
    2.第二阶段(氰化钠由40g/L降到10g/L左右)随氰化钠降低,分散能力和深镀能力也逐渐下降,这时需提高氢氧化钠到85~95g/L,加入氰化锌光亮剂。必须注意,如果不提高苛性钠含量而加光亮剂,将明显地降低电流效率。转化过程中除随氰化钠降低逐渐提高烧碱和光亮剂含量外,氰化槽的金属杂质和碳酸盐的有害影响也逐渐显露,当氰化钠还含有15g/L以上时,可经常用0.2~0.3g/L硫化钠除杂质。氰化钠继续降低,可用锌粉或CK-778除杂质。这个阶段需3~4个月,其中要加减锌阳极调整锌含量。
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