浅析电镀锌及其添加剂
转自：技术论坛时间：2004年8月31日21:43
浙大专家楼·美伦得电镀技术中央研究室（310028）丰志文博士
一、前言
锌镀层一直是众多行业钢铁制件防护的主要防护层，它具有优良的防蚀性能，良好的涂装性和焊接加工性能，且成本较低。同时，电镀锌技术经过上百年的改进完善，目前已有多种成熟的工艺技术，笔者通过对各类工艺的对比试验，现在系统地作一分析，供广大电镀界同仁参考。
二、电镀锌溶液概述
通常，我们按酸度将镀液分为碱性和酸性两大类，具体见表一：
综观各类型镀液，氰化物镀锌工艺成熟，镀层结晶细致，镀液分散能力好，但因其毒性较大，含氰废水的处理也较困难。国内所占比例正在逐渐缩小，取而代之的是无氰工艺，碱性锌酸盐镀锌体系是从70年代初迅速发展起来的，其成份简单，易于维护，镀液对设备无腐蚀，镀层结晶与氰化物型相似，需选用良好的添加剂，如果没有良好的添加剂，只有得到海绵状镀层，并且其镀层脆性也不及氰化镀锌层。酸性类型镀液又以氯化钾/氯化钠型为主流，这种工艺基本上克服了铵盐镀锌和碱性锌酸盐镀锌的工艺缺点，具有深镀能力强，分散能力好，镀层质量相当于氰化物镀锌工艺，并且对环境污染程度小，电镀废水易处理。下面将重点介绍。而硫酸盐型镀锌液因成本低，镀液稳定，电流效率高，沉积速度快，在线材及带材镀锌方面仍为主要应用工艺。
三、国内无氰工艺的研究
无氰工艺现以碱性锌酸盐型和氯化物型两类为主。首先我们来讨论一下碱性锌酸盐镀锌的电镀作用机理：
镀锌液中锌离子与氢氧化钠生成络合物锌酸钠，其反应式为：
ZnO + 2Na OH + H2O→Na2〔Zn(OH)4〕
阴极反应过程：
Na2[Zn(OH)4] →2 Na＋ + [Zn(0H)4]2＋
[Zn(OH)4] 2- +2e → Zn + 4OH－碱同时也伴有氢析出
2H＋+ 2e → H 2 ↑
阳极反应过程：
Zn + 4OH－→ Zn(OH)4 2－ + 2e
4OH－－2e → O2 ↑+2 H2O
为使镀液能使结晶细致光亮，改善镀液分散能力和均镀能力，需添加光亮剂，现应用的添加剂大多是有机胺与环氧丙烷的合成产物，如：DE、DPE--Ⅰ、DPE--Ⅱ、DPE--Ⅲ、KR—7等，同时还需要添加适量有机与无机添加剂组合，使镀层平滑细致。表二中配方三采用改进型碱性无氰镀锌光亮剂，它的电流密度范围宽，可达0﹒5~6A / dm2，出光速度快，镀层外观光亮平整，装饰效果及防蚀效果比传统的DE型和DPE型优点更为突出，已被众多生产厂家所认可。碱性锌酸盐镀液的典型配方见表二：
镀液组成及工作条件, (g / l )
DE 型
D P
E 型
改进型
氧化锌，ZnO
10～15
8~13
氢氧化钠，NaOH
100～140
110~130
70～150
碱性（无氰）镀锌光亮剂
—
—
7～10毫升
香草醛 (ml / l )
0.05～0.15
—
—
茴香醛混合光亮剂 (ml / l ) 0.05～0.06
—
—
EDTA
0.5～1.5
—
香豆素
0.4～0.6
—
—
DE型光亮剂（ml / l ）4～6
—
—
DPE—Ⅰ光亮剂(ml / l ) —
4~8
—
DPE—Ⅲ光亮剂(ml / l ) —
4~8
—
三乙醇胺(ml / l)
—
10~20
阴极电流密度(A / dm2)
0.5～4
0.5~4
0.5～6
温度(℃)
15～40
10~40
20～40
弱酸性氯化物镀锌技术，目前在世界和国内镀锌界中可谓一枝独秀，其发展速度非常快，由于其众多的优点成为各厂家镀锌的首选工艺。首先讨论其电镀机理为：
（1）阴极反应过程，氯化锌在水溶液中离解
ZnCl 2 →Zn2＋＋ 2Cl－
电解时，锌离子在阴极上得到电子，沉积出锌：
Zn2＋+ 2e → Zn
2H＋+ 2e → H2 ↑
(2 ) 阳极反应过程，锌阳极在大量CL－存在时很容易溶解
Zn → Zn 2＋ + 2e
4OH－－4e → 2H2O + O2↑
该工艺又分为氯化钾型和氯化钠型，氯化钾型工艺配方及操作条件见表三：工艺组成及
操作条件
一（滚镀）
二（滚镀）
三（挂）
四（挂）
氯化锌，ZnCl
30～40
40～50
50～70
45～60
氯化钾，KCl
200～300
180～210
180～220
180～210
硼酸，H3BO3
25～30
25～30
25～35
25～30
CZ—87A剂(ml / l ) 15～20
－
－
－
光亮剂A(ml / l ) －
15～20
－
15～20
YDZ光亮剂(ml / l ) －
－
10～15
－
柠檬酸钾
－
－
40～70
－
PH值
5～5.6
4.5～
5.8
5
4.5～
5.8
电流密度（A/ dm2）
0.5～3
1～10
0.8～3
0.5～7
温度（℃）
10～60
5～80
5～40
5～80
氯化钠型工艺配方及操作条件见表四：
工艺组成及操作条件
一（滚镀）
二（滚镀）
三（挂）
四（挂）
氯化锌，g / l
30～40
40～50
60～70
45～60
氯化钠，g / l
200～230
160～180