ชุบสังกะสี

การชุบด้วยไฟฟ้าสังกะสีถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากความสามารถในการปกป้องเหล็กจากการกัดกร่อน ลักษณะการเสียสละของการป้องกันและความทนทานต่อรอยขีดข่วนทำให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าสีเพียงอย่างเดียว อย่างไรก็ตาม การใช้กับโลหะฐานอื่นที่ไม่ใช่เหล็กหรือสแตนเลสนั้นพบได้ยาก การชุบสังกะสีสามารถเตรียมให้มีรูปลักษณ์ที่สวยงามได้ และเนื่องจากราคาค่อนข้างต่ำ จึงเป็นที่นิยมอย่างมากในการเคลือบผิวทั้งสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็ก เช่น โบลท์ น็อต หมุดย้ำ แหวนรอง ตะปู บานพับ ตะขอ และสำหรับชิ้นส่วนยานยนต์ ภายใน ส่วนประกอบต่างๆ เป็นต้น นอกจากนี้ยังใช้เป็นสีรองพื้นที่มีประสิทธิภาพสำหรับสีอีกด้วย

ช่วงความหนาขั้นต่ำโดยทั่วไปจะระบุไว้ระหว่าง 5 ถึง 25 μm (8- ความต้านทานการกัดกร่อนของสารเคลือบขึ้นอยู่กับความหนาของชั้นและการทาหลังการบำบัด

การชุบสังกะสีใช้กระบวนการหลักสามกระบวนการ ได้แก่ ไซยาไนด์ อัลคาไลน์นอนไซยาไนด์ และสารละลายคลอไรด์ที่มีความเป็นกรดอ่อน การเลือกสารละลายขึ้นอยู่กับความสามารถในการบำบัดน้ำเสียของพืช ตลอดจนประเภทและวัสดุของส่วนประกอบที่จะชุบ

กระบวนการไซยาไนด์มีพลังในการโยนขนาดมหึมาที่ดี และทำให้การเคลือบมีความหนาสม่ำเสมอโดยไม่คำนึงถึงรูปทรงทางเรขาคณิตของส่วนประกอบ อ่างนี้ดูแลรักษาง่ายและทนทานต่อความเข้มข้นที่แปรผันค่อนข้างมาก เนื่องจากอ่างมีความเป็นด่าง จึงไม่กัดกร่อนชิ้นส่วนเหล็ก และยังมีคุณสมบัติในการทำความสะอาดพื้นผิวเพื่อทนต่อสิ่งเจือปนอินทรีย์จำนวนเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปริมาณไซยาไนด์ การอาบน้ำจึงเป็นพิษอย่างยิ่ง ซึ่งทำให้น้ำชะล้างสูงและต้นทุนของเสียสูง ที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูง ประสิทธิภาพในปัจจุบันจะต่ำ และความเสี่ยงของการแตกตัวของไฮโดรเจนสำหรับชิ้นส่วนที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนและคาร์บอนไนไตรด์จะมีสูง ข้อเสียอื่นๆ ของอ่างไซยาไนด์คือพลังในการขว้างปาต่ำและความยากลำบากในการชุบเหล็กหล่อ นี่เป็นเพราะกราไฟต์บนพื้นผิวของเหล็กหล่อและแรงดันไฮโดรเจนเกินในสารละลายไซยาไนด์ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับสังกะสี ซึ่งจะนำไปสู่การวิวัฒนาการของไฮโดรเจนบนจุดกราไฟท์แทนการตกตะกอนของสังกะสี (9-

สังกะสีมีอยู่ในอ่างไซยาไนด์ในรูปของสารเชิงซ้อนเตตระไซยาโน Zn(CN)42− ซึ่งแยกตัวออกด้วยความเร็วเดียวกันกับที่ไอออน Zn2 ตกตะกอนที่แคโทด (10- การเชื่อมโยงกับสารเชิงซ้อนไซยาไนด์ ซึ่งเป็นไอออนประจุลบทำให้เกิดโพลาไรเซชันที่มีความเข้มข้นสูง ช่วยเพิ่มพลังการขว้างปาขนาดใหญ่ของอ่าง แต่ทำให้ประสิทธิภาพในปัจจุบันต่ำ พลังการขว้างปาระดับไมโคร (ระดับแรงงัด) ของอ่างไซยาไนด์นั้นไม่ดี ไซยาไนด์คอมเพล็กซ์ทำให้โครงสร้างผลึกของโลหะที่ตกตะกอนละเอียด ซึ่งเป็นพื้นฐานที่ดีสำหรับสารเพิ่มความสดใสในการเคลือบที่สว่าง แม้ว่าความสว่างที่สะสมจากอ่างไซยาไนด์เพียงอย่างเดียวจะไม่ดีเท่ากับความสว่างจากการอาบน้ำประเภทอื่นๆ ในอ่างอัลคาไลน์ไซยาไนด์ ไอออนของสังกะสียังสัมพันธ์กับไฮดรอกซิลไอออนในรูปของ Zn(OH)42− และมีความสมดุลระหว่างสารเชิงซ้อนของไซยาไนด์และไฮดรอกซิล ซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาณของโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่เติมลงในอ่าง

เนื่องจากผลข้างเคียงของไซยาไนด์ที่เป็นพิษ ปริมาณของไซยาไนด์ในอ่างจึงแตกต่างกันไปตั้งแต่อ่างที่มีไซยาไนด์สูงไปจนถึงไซยาไนด์ปานกลางและต่ำ ปริมาณโซเดียมไซยาไนด์ทั้งหมดของอ่างไซยาไนด์สูงคือ 75–115 กรัม l−1 ในขณะที่ในอ่างไซยาไนด์กลางจะอยู่ที่ 35–55 กรัม l−1 และในอ่างไซยาไนด์ต่ำ 6–15 กรัม l−1 (10-12- ค่าใช้จ่ายในการลากออกและการกำจัดของเสียจะลดลงในอ่างไซยาไนด์ต่ำ แต่ข้อกำหนดสำหรับการบำบัดล่วงหน้าและการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์การทำงานจะสูงกว่า ปริมาณโซเดียมไฮดรอกไซด์ควรสูงเพียงพอที่ 80–100 กรัม l−1 เพื่อให้มีค่าการนำไฟฟ้าและการละลายของขั้วบวกที่ดี และเพื่อให้เกิดความสว่างที่ดี

สารเพิ่มความสดใสที่เติมลงในอ่างไซยาไนด์มักจะเป็นสารอินทรีย์ เนื่องจากความเข้มข้นของสารเพิ่มความสดใสของโลหะมีความสำคัญเกินไป โดยปกติแล้ว สารเพิ่มความสดใสหลักและรองมีอยู่ สารเพิ่มความสดใสหลักที่พบมากที่สุดคือโพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA) ในขณะที่สารเพิ่มความสดใสรองทั่วไปคือโมเลกุลขนาดเล็กที่มีพันธะไม่อิ่มตัวและหมู่ขั้ว เช่น อะโรมาติกอัลดีไฮด์และไพริดีน

อ่างไซยาไนด์ยังมีโซเดียมคาร์บอเนต ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลไซยาไนด์ถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนในอากาศ จำเป็นต้องใช้คาร์บอเนตบางชนิดเพื่อสร้างชั้นเคลือบที่มีความหนาแน่น แต่จะต้องกำจัดปริมาณที่มากเกินไปซึ่งมากกว่า 70–80 กรัม l−1 ออกจากอ่างโดยการลดอุณหภูมิอ่างให้ต่ำกว่าขีดจำกัดความสามารถในการละลายของโซเดียมคาร์บอเนต

พารามิเตอร์การทำงานที่สำคัญคือความสัมพันธ์ของความเข้มข้นของ NaCN และ Zn และความหนาแน่นกระแสแคโทด ยิ่งปริมาณ Zn สูง ปัจจัย NaCN/Zn ก็จะยิ่งต่ำลง ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในปัจจุบัน อย่างไรก็ตามพลังการขว้างมาโครจะลดลงและการทำงานของ กระบวนการชุบ มีความต้องการมากขึ้น การเลือกความหนาแน่นกระแสแคโทดขึ้นอยู่กับความเข้มข้น สารเพิ่มความสดใสที่ใช้ อุณหภูมิ และการกวน ค่าทั่วไปคือ 2–5 Adm−2 ความหนาแน่นกระแสที่สูงขึ้นจะลดประสิทธิภาพของกระแสแคโทดลง อ่างไซยาไนด์ทำงานที่อุณหภูมิห้อง

ความบริสุทธิ์ของอัน วัสดุขั้วบวก เป็นสิ่งสำคัญสำหรับอ่างไซยาไนด์ เนื่องจากจะส่งผลต่อความสว่างของชั้นเคลือบ โดยปกติแล้ว วัสดุแอโนดจะเป็นสังกะสีบริสุทธิ์มากกว่า 99.99% ไม่ว่าจะอยู่ในรูปลูกบอลหรือแท่งก็ตาม เมื่อไม่ได้ใช้อ่าง สังกะสีจะละลายไปกับอ่าง เพื่อหลีกเลี่ยงการสะสมของสังกะสีมากเกินไป ควรถอดแอโนดออก

อาจเตรียมอ่างซิงค์อัลคาไลน์ที่ไม่ใช่ไซยาไนด์โดยการละลายซิงค์ออกไซด์ ZnO ให้เป็นโซเดียมไฮดรอกไซด์และเติมสารเพิ่มความสดใส อ่างจะประกอบด้วยสังกะสี 8–10 กรัม l−1 และ NaOH 90–120 กรัม l−1 และสังกะสีจะอยู่ในสารละลายเป็น Zn(OH)42−-ไอออน (11-12- คุณสมบัติส่วนใหญ่ของการอาบน้ำถูกกำหนดโดยระบบเพิ่มความสว่างซึ่งโดยปกติแล้วจะจดสิทธิบัตรและอาจรวมถึง PVA และ Imines เป็นต้น คุณสมบัติที่ดีของอ่างคือมีปริมาณโลหะต่ำและมักจะใช้การบำบัดน้ำทิ้งที่ไม่แพง มีความสว่างที่ดี มีพลังในการขว้างมาโครที่ดี และพลังในการขว้างปาในระดับปานกลาง อันตรายจากการเปราะของไฮโดรเจนสำหรับเหล็กที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนสูงนั้นต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับอ่างไซยาไนด์ การอาบน้ำต้องมีการควบคุมการทำงานที่ดีกว่าอ่างไซยาไนด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จะต้องควบคุมปริมาณโลหะในช่วงเวลาว่าง เนื่องจากความเข้มข้นของโลหะสูงเกินไปจะทำให้ความสว่างลดลง อย่างไรก็ตาม ปริมาณโลหะที่ต่ำเกินไปจะทำให้ประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้าลดลง ห้องอาบน้ำจะทำงานที่อุณหภูมิห้อง

สารละลายคลอไรด์ที่มีความเป็นกรดอ่อนได้รับส่วนแบ่งการตลาดมากขึ้น เนื่องจากมีการพัฒนาคุณสมบัติของสารละลายดังกล่าว อ่างอาบประกอบด้วยสังกะสี 15–30 กรัม l−1 และแอมโมเนียมหรือโพแทสเซียมคลอไรด์ ดังนั้นปริมาณคลอไรด์ในอ่างคือ 110–150 กรัม l−1 (10-11- จะต้องรวมสารเพิ่มความสดใสแบบออร์แกนิกไว้ในอ่างอาบน้ำ ช่วง pH ที่เหมาะสมคือ 4.5–5.5 สังกะสีจะละลายเป็นสารละลายเป็น Zn2-ไอออน การตกตะกอนจะเป็นแนวเสาและหยาบ เว้นแต่จะใช้สารเพิ่มความสดใส การสะสมตัวที่สว่างมากสามารถทำได้โดยการใช้สารเพิ่มความสดใส และโดยทั่วไปถือว่าสารละลายที่มีความเป็นกรดอ่อนจะให้ความสว่างที่ดีที่สุดในกระบวนการชุบสังกะสี ประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้าในขณะเดียวกันก็สูงมาก ประมาณ 95–98% ที่พื้นที่ความหนาแน่นกระแสขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการชุบเหล็กกล้าคาร์บอนไนไตรด์และเหล็กหล่อ พลังการขว้างแบบไมโครนั้นดีมาก แต่เนื่องจากประสิทธิภาพในปัจจุบันสูง พลังการขว้างแบบมาโครจึงไม่ดี ซึ่งควบคู่ไปกับเคมีในการอาบน้ำ จะต้องทำความสะอาดชิ้นส่วนอย่างระมัดระวังก่อนการชุบ และต้องให้ความสนใจเป็นอย่างมากกับส่วนควบของการชุบ ผลข้างเคียงของสารละลายกรดคลอไรด์คือโอกาสที่จะเกิดการกัดกร่อนของวัสดุพื้นผิวและการย้อมสีของสารเคลือบ เว้นแต่จะล้างออกอย่างระมัดระวัง ดังนั้นการเชื่อมแบบจุดหรือชิ้นส่วนอื่นที่มีโครงสร้างลาเมลลาร์จึงไม่เหมาะกับการแก้ปัญหา การบำบัดน้ำเสียมักจะทำได้ง่าย แม้ว่าแอมโมเนียมอาจรบกวนการทำงานของโรงงานน้ำทิ้งโดยการสร้างสารเชิงซ้อนด้วยโลหะหนัก อ่างจะทำงานที่อุณหภูมิห้อง และสามารถใช้ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าได้ถึง 6 Adm−2 โดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพกระแสไฟฟ้าลดลงอย่างมีนัยสำคัญ