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        硫酸鹽鍍鋅光亮劑的研究

        2021-01-26 05:33:54魏亞平呂成斌于喜彬齊鳳垣
        電鍍與精飾 2021年2期

        魏亞平,呂 鵬,呂成斌,于喜彬,蔣 杰,齊鳳垣

        (1?天津市飛鴿集團聯(lián)合化工廠,天津300163;2?天津華源線材制品有限公司,天津301606;3?天津市杰出金屬制品有限公司,天津301900)

        硫酸鹽鍍鋅溶液具有低毒環(huán)保,沉積速度快,電流效率高且組分簡單、易于維護等優(yōu)點,被廣泛應用于線材、帶材和板材鍍鋅。

        為了在較大的工藝范圍內獲得光亮鍍層,研究者在硫酸鹽鍍鋅溶液中添加天然高分子材料(如:阿拉伯樹膠、明膠、桃膠和糊精等)、芳香族化合物和硫脲及其衍生物等[1]。雖然改善了鍍層質量,但由于這些添加劑夾雜在鍍層中,導致鍍層暗淡發(fā)灰,顏色偏黃且不均勻,脆性較大,延展性較差,電鍍電流密度范圍增加有限,添加劑耐鹽性、耐溫性較差易被析出,且耗量大,不能滿足產品質量要求。近年來,開發(fā)了多種添加劑,由芳香醛、芳香酮、聚醚化合物、含苯的脂肪酸、含氮雜環(huán)化合物組成的電鍍添加劑[1‐4],但質量水平良莠不齊。筆者研究開發(fā)了ZL‐94 型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑,并選擇市場上某種品牌光亮劑與其進行比較。結果表明:ZL‐94 型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑具有耐鹽性、耐溫性較好,光亮劑不易被析出,光亮劑消耗量低,鍍層光亮且均勻等優(yōu)點,能滿足產品質量要求。

        1 鍍液組成和工藝條件

        ZL‐94型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑鍍液組成和工藝條件見表1所示。

        表1 鍍液組成和工藝條件Tab.1 Bath composition and process conditions

        1.1 鍍液組成對鍍層質量的影響

        硫酸鋅質量濃度可在較大范圍內變化,一般滾鍍采用較低濃度,線材、帶材電鍍采用中高質量濃度。硫酸鋅質量濃度較低時,鍍層結晶細致、緊密,陰極電流密度范圍小,沉積速度慢,陰極電流密度較高時鍍層易燒焦。但當硫酸鋅質量濃度過高時,鍍層粗糙,光亮劑易被析出。

        硼酸質量濃度過高,鍍層起毛刺,陽極易鈍化。硼酸質量濃度過低,緩沖能力下降,pH 不穩(wěn)定,鍍層粗糙,鍍層易燒焦。

        1.2 工藝條件對鍍層質量的影響

        pH 一般控制在4?5~5?5 范圍內,pH 過低,能改善鍍層的光亮性,但光亮劑易被析出且鍍層發(fā)黃,電流效率低,覆蓋能力較差。pH 過高,鍍層粗糙有夾雜且發(fā)暗。

        一般線材、帶材采用較高電流密度,滾鍍和掛鍍采用較低電流密度。通常,只要鍍層不燒焦,盡可能采用較高電流密度。

        1.3 光亮劑的選擇

        光亮劑的選擇,應從電鍍電流密度、鍍層光亮度、結合力、鍍層脆性、延展性等多方面考慮。光亮劑的選擇應使電鍍電流密度范圍寬,鍍層光亮且均勻,結合力好,鍍層脆性小,鍍層延展性好等。

        2 ZL-94型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑性能

        通過霍爾槽試驗、光亮劑耐鹽性、耐溫性、消耗量等幾個方面,對ZL‐94 型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑與某種品牌光亮劑進行了比較。

        2.1 霍爾槽實驗

        霍爾槽實驗鍍液組成和工藝條件,見表2所示。

        表2 鍍液組成和工藝條件Tab.2 Bath composition and process conditions

        圖1為采用ZL‐94型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑進行霍爾槽實驗的鍍鋅層外觀。圖2 為采用某種品牌光亮劑進行霍爾槽實驗的鍍鋅層外觀。圖中“橫線”表示半光亮鍍層,空白區(qū)域表示全光亮鍍層,“網(wǎng)線”表示燒焦區(qū)域。

        從圖1 可以看出,ZL‐94 型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑霍爾槽實驗試片,低電流密度區(qū)(小于0?2 A/dm2)為半光亮鍍層,高電流密度區(qū)為全光亮鍍層。從圖2 可以看出,某種品牌光亮劑霍爾槽實驗試片,低電流密度區(qū)(小于0?4 A/dm2)為半光亮鍍層,較高電流密度區(qū)為全光亮鍍層,而高電流密度區(qū)鍍層有燒焦現(xiàn)象。

        圖1 ZL-94型光亮劑霍爾槽試片外觀Fig.1 Appearance of Hall cell test piece for ZL-94 brightener

        圖2 某種品牌光亮劑霍爾槽試片外觀Fig.2 Appearance of Hall cell test piece for some brand brightener

        2.2 光亮劑耐鹽性

        高電流密度能提高生產效率,高質量濃度硫酸鋅有利于提高電流密度。ZL‐94型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑耐鹽性好,硫酸鋅質量濃度為450 g/L 時,可以正常生產。而某種品牌光亮劑耐鹽性欠佳,只能在硫酸鋅質量濃度為400 g/L 以下時,才可以正常生產。

        2.3 光亮劑耐溫性

        光亮劑由完全溶解轉變?yōu)椴糠秩芙猓滢D變時的溫度即為濁點溫度。濁點溫度高,耐溫性好。

        分別取500 mL溶液(光亮劑分別為ZL‐94型鍍鋅光亮劑和某種品牌光亮劑),溶液組成如下表3所示。

        表3 鍍液組成Tab.3 Bath composition

        將溶液放置電爐上加熱,觀察鍍液顏色變化。ZL‐94型鍍鋅光亮劑濁點溫度為95 ℃,而某種品牌光亮劑濁點溫度為78 ℃,表明ZL‐94型鍍鋅光亮劑具有更好的耐溫性。

        2.4 光亮劑消耗量

        ZL‐94 型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑,經工廠生產實踐,其消耗量為150~300 mL?kA‐1?h‐1,而某種品牌光亮劑其消耗量為200~350 mL?kA‐1?h‐1。

        2.5 鍍層結合力、脆性和延展性

        鍍層結合力按SJ1282-1977 中繞線法,將金屬絲按次序排列密繞軸桿上10~15 圈,軸桿的直徑等于或接近于試樣的直徑,用肉眼或4~5 倍放大鏡觀察鍍層是否起皮脫落。從鍍層是否有裂紋或裂紋狀態(tài)也可說明脆性和延展性情況。

        ZL‐94型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑鍍層結合力,如圖3 所示。某種品牌光亮劑鍍層結合力,如圖4 所示。可以看出,兩種鍍層結合力都合格,鍍層無裂紋且脆性和延展性較好。

        3 結論

        ZL‐94 型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑耐鹽性、耐溫性較好,光亮劑不易被析出,光亮劑消耗量低,電鍍電流密度范圍寬,鍍層光亮且均勻,結晶細致,脆性和延展性好,能滿足產品質量要求。

        圖3 ZL-94型光亮劑鍍層結合力Fig.3 Coating adhesion for ZL-94 brightener

        圖4 某種品牌光亮劑鍍層結合力Fig.4 Coating adhesion for some brand brightener

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