镀锌

电镀锌因其能够保护钢材免受腐蚀而被广泛使用。保护和耐划痕的牺牲性使其性能优于单独的油漆。然而，很少用于钢或不锈钢以外的贱金属。镀锌可以制备成具有吸引人的外观，并且由于成本相对较低，因此它是一种非常受欢迎的涂层，既适用于螺栓、螺母、铆钉、垫圈、钉子、铰链和挂钩等小零件，也适用于汽车零件、内饰组件等。它还可以用作油漆的有效底漆。

典型的最小厚度范围指定为 5 至 25 μm 之间（8）。涂层的耐腐蚀性取决于涂层厚度和所采用的后处理。

镀锌采用三种主要工艺：氰化物、碱性非氰化物和弱酸性氯化物溶液。解决方案的选择取决于工厂的废水处理能力以及待电镀部件的类型和材料。

氰化物工艺具有良好的宏观均镀能力，因此无论部件的几何形状如何，它都能提供相当均匀的涂层厚度。该浴易于维护，并且可以承受相当大的浓度变化。由于镀液呈碱性，因此不会腐蚀钢件，并且还具有表面清洁性能，可容忍少量有机杂质。然而，由于氰化物含量，镀液具有剧毒，导致冲洗水和废物成本高昂。在高电流密度下，电流效率低，热处理和碳氮共渗零件氢脆的风险高。氰化物镀液的其他缺点是微深镀能力差以及铸铁电镀困难。这是由于铸铁表面有石墨，其在氰化物溶液中的氢过电压比锌低，会导致石墨点析氢而不是锌析出（9）。

锌以四氰基络合物 Zn(CN)42− 的形式存在于氰化物浴中，其解离速度与 Zn2 离子在阴极沉淀的速度相同（10）。与作为阴离子的氰化物络合物的结合引起大的浓差极化，增强了浴的宏观分散能力，但使电流效率低。氰化物浴的微分散能力（杠杆作用）很差。氰化物络合物使沉淀金属的晶体结构变得细小，这为光亮剂制备光亮涂层提供了良好的基础，尽管单独氰化物镀液的镀层亮度不如其他镀液类型的镀层亮度。在碱性氰化物浴中，锌离子也以 Zn(OH)42− 形式与羟基离子结合，并且氰化物和羟基络合物之间存在平衡，这取决于添加到浴中的氢氧化钠的量。

由于有毒氰化物的不利影响，其在镀液中的含量从高氰镀液到中低氰镀液都有所不同。高氰化物镀液的氰化钠总含量为 75–115 g l−1，中氰化物镀液为 35–55 g l−1，低氰化物镀液为 6–15 g l−1（10–12）。低氰镀液的带出和废物处理成本较低，但对预处理和操作参数变化的要求较高。氢氧化钠含量应足够高，80–100 g l−1，以具有良好的导电性和阳极溶解性并产生良好的亮度。

添加到氰化物浴中的光亮剂通常是有机的，因为金属光亮剂的浓度太关键。通常，存在初级光亮剂和次级光亮剂。最常见的初级光亮剂是聚乙烯醇（PVA），而典型的次级光亮剂是含有不饱和键和极性基团的较小分子，例如芳香醛和吡啶。

氰化物浴还含有碳酸钠，它是氰化物分子被空气中的氧气氧化时形成的。需要一些碳酸盐来形成致密的涂层，但过量的碳酸盐（超过 70–80 g l−1）必须通过将浴温降低到碳酸钠溶解度极限以下来从浴中去除。

重要的操作参数是 NaCN 和 Zn 浓度与阴极电流密度的关系。 Zn含量越高，NaCN/Zn因子越低，从而提高电流效率。但宏观投掷能力会较差，且操作性较差。 电镀工艺 要求更高。阴极电流密度的选择取决于浓度、使用的光亮剂、温度和搅拌。典型值为 2–5 Adm−2。较高的电流密度将降低阴极电流效率。氰化物浴在室温下操作。

的纯度 负极材料 对于氰化物浴很重要，因为它会影响涂层的亮度。通常，阳极材料的纯锌含量超过 99.99%，呈球状或棒状。当镀液不使用时，锌会溶解到镀液中；为了避免过量的锌堆积，应拆除阳极。

碱性无氰锌浴可以通过将氧化锌ZnO溶解到氢氧化钠中并添加光亮剂来制备。浴中将含有锌 8–10 g l−1 和 NaOH 90–120 g l−1，锌将以 Zn(OH)42−-离子形式存在于溶液中（11,12）。镀液的大部分特性由光亮剂系统决定，这些光亮剂系统通常已获得专利，可能包括 PVA 和亚胺等。该镀液的良好特性是金属含量低、废水处理通常便宜、亮度好、良好的宏观均镀能力和中等的微观均镀能力。与氰化物浴相比，高热处理钢的氢脆危险较低。该镀液比氰化物镀液需要更好的操作控制；特别是，在闲置期间必须控制金属含量，因为过高的金属浓度会降低亮度。然而，金属含量太低会降低电流效率。浴在室温下操作。

随着溶液性能的不断发展，弱酸性氯化物溶液获得了更多的市场份额。镀液中含有锌 15–30 g l−1 以及氯化铵或氯化钾，因此镀液中的氯化物含量为 110–150 g l−1 (10,11）。浴液中必须含有有机增白剂。最佳 pH 范围为 4.5–5.5。锌将以 Zn2-离子的形式溶解到溶液中。除非使用光亮剂，否则沉淀物将呈柱状且粗糙。使用光亮剂可以获得非常光亮的镀层，弱酸性溶液通常被认为是镀锌工艺中亮度最好的。同时电流效率非常高，在大电流密度区域约为95-98%，这有利于碳氮共渗钢和铸铁的电镀。微分散能力非常好，但由于电流效率高，宏观分散能力较差。这与镀液化学物质一起要求在电镀前仔细清洁零件，并且必须特别注意电镀夹具。酸性氯化物溶液的不利影响是基材材料的潜在腐蚀和涂层的染色，除非仔细冲洗掉。因此，点焊或其他具有层状结构的零件不适合该解决方案。尽管铵可能通过与重金属形成络合物而干扰污水处理厂的运行，但污水处理通常很容易。该浴在室温下运行，可以使用高达 6 Adm−2 的电流密度，而电流效率不会显着下降。