无氰碱性锌酸盐镀锌层起泡原因分析及解决措施

张小勇

（河南北方星光机电有限责任公司，河南 邓州 474150）

无氰碱性锌酸盐镀锌层起泡原因分析及解决措施

张小勇

（河南北方星光机电有限责任公司，河南 邓州 474150）

分析了镀前处理、镀液成分、杂质和操作条件对锌酸盐镀锌层结合力的影响，指出锌层结合力不良是镀层起泡的原因，并提出了相应的解决措施。

锌酸盐镀锌；起泡；内应力；结合力

Author’s address:Henan Beifang Xingguang Electromechanical Co., Ltd., Dengzhou 474150, China

无论是氰化物镀锌、氯化钾镀锌还是碱性锌酸盐镀锌，在生产过程中都会出现镀锌层起泡的质量问题。镀层起泡是局部锌层丧失附着力而脱离基体表面并呈圆柱状凸起的现象(如图 1所示)。如果发现下线的工件镀锌层出现起泡故障，通过查找原因，采取必要的措施或退镀后就能解决；但如果下线后的工件不起泡，放置数日或数周后甚至零部件装配成型后镀层才起泡，将给使用者造成较大的经济损失。因此，笔者根据长期的工艺实践，分析了碱性无氰锌酸盐镀锌层起泡的原因，并给出了相应的解决措施。

图1 镀锌层钝化后起泡现象Figure 1 Blistering phenomenon of zinc coating after passivation

1 镀前工件的表面状况

零件在机械加工过程中，其表面缺陷处易渗入油污。尽管镀前经过 2次严格的阳极电化学除油，但仍可能有少量油污残留，并且在电镀过程中易渗入酸、碱、盐和有机物，这些油污和有机杂质夹杂在镀层中易引起镀层起泡。因此为确保镀后质量，应选用表面状态适宜的原材料，不宜选用表面有微孔、凹坑或被腐蚀的材料[1]。

2 镀前处理对镀锌层结合力的影响

工件表面存在的油污、铁锈等会直接阻碍镀层金属与基体金属之间的接触，因此镀前应将工件表面的油污、氧化皮和残渣处理干净，以保证电镀后镀层的结合力和完整性。

2. 1 电化学除油的影响

即使是碱性镀锌，为了提高镀锌层的结合力，也应当使工件除油彻底。判断零部件除油是否彻底的方法是：将工件除油、活化、水洗后，观察工件表面的水膜，若水膜不断裂，则表明除油彻底；若工件表面的水膜有撕裂现象，则除油不彻底。一般采用阳极电化学除油，工艺条件为：电流密度1 ～ 3 A/dm2，温度40 ～ 70 °C，时间8 ～ 15 min。为了提高除油效果，工件在入电镀槽前应至少经过2次电化学除油。对于表面油污较大的工件，建议先进行超声波清洗，再进行电化学除油。此外，应定期清理除油槽阴极板上沉积的重金属杂质和污泥。

2. 2 除油后清洗的影响

工件除油后应先用热水洗(温度40 ～ 70 °C，时间3 ～ 5 s)，再用冷水洗(常温，3 ～ 5 s)，确保工件除油后清洗彻底。若冷水洗工位液面有大量油污漂浮，使该工件清洗得不彻底，必将污染后道工序(如酸洗、水洗、活化、镀锌)，最终导致镀锌层结合不牢，甚至起泡。为了防止此现象的发生，应根据生产线节拍，控制好生产线热水洗和冷水洗的水流量，确保镀件在该工位清洗彻底，并定期清理前处理各槽液面的油污。在滚镀或筐镀手动线上生产时，滚筒或筐子的一次装载量不能过大，否则可能导致除油和清洗不彻底，最终引起镀锌层起泡。

2. 3 酸洗(包括强酸洗和活化)的影响

2. 3. 1 酸洗的影响

工件除油后必须进行酸洗[强酸洗除锈，弱酸洗(活化)除氧化膜]，以除去工件表面的氧化皮，露出基体金属组织，提高镀锌层结合力。酸洗不彻底同样会导致锌层起泡。酸洗液浓度过高，易腐蚀工件；酸洗液浓度过低，氧化皮(膜)未能彻底去除，镀锌后锌层沉积在氧化皮(膜)上，导致镀锌层结合力不牢。因此，应根据基体材质选用不同浓度、不同配方的酸洗液，定期分析酸洗液，当分析值低于工艺规定时，应补加酸洗液。

2. 3. 2 酸洗液中铜、铅杂质的影响

碱性镀锌对金属铜、铅杂质比较敏感，应避免镀锌用导电棒及导电铜钩没入各工序溶液中。如果操作不当，将少量的金属铜、铅等重金属带入酸洗槽，将导致镀锌层结合力不牢，引起锌层镀后起泡或放置数日或数周后起泡。一旦酸洗液中带入了金属铜，只能更换新的酸洗液，并且在配制新酸洗液前一定要将槽体清洗干净，避免槽体上的铜离子污染新槽液。

3 镀液各组分对锌层结合力的影响与控制

3. 1 镀液主成分控制

对于碱性锌酸盐镀锌而言，提高主盐ZnO的浓度可以提高沉积速率，从而提高电镀效率。但ZnO不能高于14 g/L，否则会加大镀层起泡风险。为得到结合力良好的镀层，镀锌液的主成分应控制如下：ZnO 11 ～ 13 g/L，NaOH 110 ～ 130 g/L，NaOH与ZnO的质量比为10 ～ 12(挂镀)或11 ～ 14(滚镀)。

3. 2 镀液温度控制

镀锌液的温度应控制在15 ～ 30 °C。镀液温度低于15 °C时，锌层内应力较大，容易起泡；高于30 °C时，镀锌层结晶粗糙，光亮度较差。

3. 3 镀液金属杂质和有机杂质的控制

镀液被有机杂质和金属铜、铅、铁等杂质污染时，锌层内应力增大，与基体结合不牢。应选用高纯度的化工原料(如纯度为99.99%的0#锌锭、分析纯NaOH、优质添加剂)，减少杂质的带入和积累。在日常调整中，每加入1 kg NaOH需补加80 mL净化添加剂；三班制连续生产时，每半月补加1 mL/L除杂添加剂；每月采用1 g/L的活性炭连续循环处理2次；每月用0.2 A/dm2的小电流处理镀液2次，每次不少于8 h。通过以上措施，可将镀液的重金属杂质控制在工艺范围(三价铁离子≤10 mg/L，铅离子≤2 mg/L，铜离子≤2 mg/L)内，保证镀锌层质量。有条件的话，可边生产边在中央调控槽中进行小电流电解处理。为了确保镀锌层质量稳定，并将有机杂质和金属杂质控制在一定范围内，建议每年2次用1 g/L碱性镀锌综合净化剂AD-CK778对镀液进行大处理。

3. 4 添加剂的选用和控制

碱性锌酸盐镀锌添加剂的种类繁多，应选用优质添加剂。质量差的光亮剂在合成时反应不完全，在长期存放期间或使用过程中会出现继续反应聚合的情况，这样的添加剂容易使晶格畸变而产生应力[2]，并且会在镀液中分解生成较多的黑色油污状产物，需要定期打捞。光亮剂过多时，在镀层中的夹杂也较多，阻碍了晶格的正常排列，引起晶格畸变，内应力增大；另外，光亮剂过多易使镀层光亮度过高。实践证明，在生产线上配备按千安·时控制的添加剂自动添加系统可以减少人工补加添加剂过量而导致镀层内应力增大的故障。

3. 5 镀液被油污污染

若镀前处理液(如除油液、酸洗液、活化液)或水洗槽被油污污染，必将导致镀锌槽污染。如果镀锌槽液面上有明显的油状漂浮物，工件入槽时油污便会附在工件表面，从而影响镀层结合力。对于镀液液面的明显油状黑色漂浮物，可用细纱布做成网状勺子进行打捞；对于不明显的油污，应不间断地用循环过滤机对镀液进行全过滤，直到将液面的油污过滤干净为止。

4 工件渗氢(氢脆)

在酸洗、阴极电解除油及电镀锌过程中，基体金属溶解或电沉积的副反应都会析氢。析出的氢原子穿越金属晶界向晶格内部扩散，停留在金属晶格的原子空位和晶格错位，就是常说的“渗氢”[3]。

初期的原子态氢会在晶界面慢慢形成分子态氢，由于应力作用，氢会在金相组织内部不均匀移动而产生氢脆。如向外移动时遇到镀锌层的阻碍，就会产生鼓泡[3]。

针对氢脆现象，应对镀后的工件进行除氢处理。将镀后工件放入烘箱内加热至200 ～ 210 °C，保温至少4 h。此时氢气受热膨胀自然会逸出。值得注意的是，除氢应在钝化前进行。

5 结语

由于结合力不良而导致镀层起泡的原因有很多，实际生产中往往是多个诱因同时存在，起泡的确切原因不明显，具有很强的随机性，确定故障原因的难度较大[3]。另外，很多情况下起泡故障都是延迟发生，因果关系已经模糊，使镀层起泡的原因往往具有很强的隐蔽性，确定故障原因的难度加大。

本文介绍的碱性无氰锌酸盐镀锌层起泡原因分析及措施有助于控制镀锌层起泡现象的产生，可供电镀现场操作人员参考。

[1] 杨南胜. 碱性锌酸盐镀锌层起泡故障浅析[J]. 电镀与涂饰, 2005, 24 (2)： 46-47.

[2] 谢无极. 电镀故障精解[M]. 2版. 北京： 化学工业出版社, 2012： 252.

[3] 路显明, 唐斌, 马冲. 锌酸盐镀锌镀层起泡的原因综述[J]. 电镀与涂饰, 2013, 32 (4)： 14-16.

[ 编辑：周新莉 ]

Reason analysis on blistering in zinc coating prepared from cyanide-free alkaline zincate bath and corresponding solutions

ZHANG Xiao-yong

s:The influences of pretreatment, electrolyte composition, impurities, and process conditions of zincate zinc plating on the adhesion of zinc coating prepared therefrom were analyzed. It is pointed out that the blistering problem of zinc coating is caused by poor adhesion. Some countermeasures were suggested.

zincate zinc plating; blistering; inner stress; adhesion

TQ153.15

A

1004 - 227X (2015) 16 - 0928 - 03

2015-04-15

2015-05-06

张小勇（1982-），男，河南南阳人，专科，工程师，长期从事碱性无氰锌酸盐镀锌及其后处理方面的工作，积累了丰富的生产实践经验。

作者联系方式：(E-mail) 79618194@qq.com。