CN103014785A

CN103014785A - 电镀液、其制备方法及应用此电镀液的镀锌工艺

Info

Publication number: CN103014785A
Application number: CN2013100066254A
Authority: CN
Inventors: 舒平; 杜腾辉; 陈湘国
Original assignee: GUANGZHOU BORE ENVIRONMENTAL PROTECTION MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Bo Quan Chemical Co., Ltd.
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2033-01-08
Also published as: CN103014785B

Abstract

本发明公开了一种电镀液，主要由以下物质的水溶液组成：锌、氢氧化钠、碳酸钠、调整剂、开缸剂、主光剂和走位剂。本发明通过在电镀液中加入几种添加剂，调整适当的锌离子浓度和电流密度，使得电镀液具有完美的分散能力，使得电镀液具有较好的电流效率、均镀能力和深镀能力。由此，使得该电镀液获得的镀层具有更好的物理性能，更加光亮饱满、均匀细腻，并具有较强的结合能力。本发明还公开了上述电镀液的制备方法以及应用上述电镀液的镀锌工艺。

Description

电镀液、其制备方法及应用此电镀液的镀锌工艺

技术领域

本发明涉及对金属工件进行电镀表面处理的溶液，还涉及此溶液的制备方法以及应用此溶液的镀锌工艺。

背景技术

我国电镀加工中涉及最广的是镀锌、铜、镍、铬，其中镀锌一项占45～50%。

在镀锌工艺中，碱性镀锌应用最广泛，它具有成本低、镀液成分简单、废水易于处理、镀层与基体结合力好、细致光亮、韧性好、经钝化处理具有很好的耐蚀性和装饰性等优点。碱性镀锌可分为氰化镀锌和无氰镀锌，氰化镀锌的镀液含有剧毒氰化物，排放的废水和废气严重污染环境，因此碱性无氰镀锌已经逐渐取代碱性氰化镀锌。

目前，碱性无氰镀锌镀液采用的是含以下浓度物质的水溶液：ZnO7.5～22.5g/L、NaOH120～150g/L、碱性无氰开缸剂10～30mL/L、主光剂0.52～3.0mL/L，电流密度0.3～0.13A/dm²，温度条件：室温。但是，这种碱性无氰镀锌工艺在电流效率、均镀能力和深镀能力上都比不上碱性氰化镀锌，其在镀层的结合力和脆性方面与碱性氰化镀锌相比也存在一定的差距，导致这种碱性无氰镀锌无法大范围推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电镀液，以解决上述技术问题中的至少一个方面。

本发明的第二个目的在于提供一种电镀液的制备方法，以解决上述技术问题中的至少一个方面。

本发明的第三个目的在于提供一种应用上述电镀液的镀锌工艺，以解决上述技术问题中的至少一个方面。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种电镀液，主要由以下物质的水溶液组成：锌、氢氧化钠、碳酸钠、调整剂、开缸剂、主光剂和走位剂。

本发明通过在电镀液中加入几种添加剂，调整适当的锌离子浓度和电流密度，使得电镀液具有更好的分散能力，使得电镀液具有较好的电流效率、均镀能力和深镀能力。由此，使得该电镀液获得的镀层具有更好的物理性能，更加光亮饱满、均匀细腻，并具有较强的结合能力。

在一些实施方式中，本发明的电镀液可以主要由以下浓度物质的水溶液组成：锌10.0～14.0g/L、氢氧化钠120.0～145.0g/L、碳酸钠8.0～30.0g/L、调整剂25.0～30.0mL/L、开缸剂6.0～8.0mL/L、主光剂1.0～2.0mL/L和走位剂1.0～2.0mL/L。由此，可以使得电镀液的电流效率、均镀能力和深镀能力更佳，获得的镀层更加均匀细腻，镀层的结合力更强。

上述各物质浓度可以优选为：锌10.0～12.0g/L、氢氧化钠126.0～140.0g/L、碳酸钠10.0～28.8g/L、调整剂26.4～29.1mL/L、开缸剂6.5～7.5mL/L、主光剂1.3～1.8mL/L和走位剂1.1～1.4mL/L。由此，可以使得电镀液的电流效率、均镀能力和深镀能力更佳，获得的镀层更加均匀细腻，镀层的结合力更强。

上述各物质浓度可以进一步优选为：锌12.0g/L、氢氧化钠132.0g/L、碳酸钠19.0g/L、调整剂27.0mL/L、开缸剂7.0mL/L、主光剂1.5mL/L和走位剂1.2mL/L。由此，可以使得电镀液的电流效率、均镀能力和深镀能力更佳，获得的镀层更加均匀细腻，镀层的结合力更强。

上述的调整剂可以是硅酸盐-水溶液，硅酸盐的质量百分浓度一般为70～85%。

上述的开缸剂主要由下述物质的水溶液组成：聚乙烯亚胺均聚物、1-苄基-3-羧基吡啶嗡氯化物、1-苄基吡啶嗡-3-羧酸盐和水溶性阳离子聚合物。各物质的质量百分浓度优选为：聚乙烯亚胺均聚物7～12%、1-苄基-3-羧基吡啶嗡氯化物3～5%、1-苄基吡啶嗡-3-羧酸盐6～10%和水溶性阳离子聚合物7～10%。

上述的主光剂主要由下述物质的水溶液组成：咪唑丙氧基缩合物、烯丙氧基缩合物和1-苄基吡啶嗡-3-羧酸盐。各物质的质量百分浓度优选为：咪唑丙氧基缩合物10～12%、烯丙氧基缩合物8～10%和1-苄基吡啶嗡-3-羧酸盐9～10%。

上述的走位剂主要由聚氨砜和水溶性阳离子聚合物的水溶液组成。：各物质的质量百分浓度优选为：聚氨砜25～29%和水溶性阳离子聚合物1～5%。

上述的水溶性阳离子聚合物是质量比为1:1的二氨基脲聚合物和阳离子聚合物（MOME）的混合物。

本发明的开缸剂不仅能使镀层结晶细化，还具有除杂效果，能有效掩蔽槽中多种金属杂质，改进分散能力，改善均镀能力；主光剂起光亮作用，使镀层更加饱满光亮，镀层细腻；走位剂能使低电流区亮度提高，可以提高电流效率和深镀能力；而调整剂改善镀层脆性。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了上述电镀液的制备方法，包括以下步骤：往溶锌槽里加入水和所需的碳酸钠，然后，缓慢加入NaOH，确保在NaOH的溶解过程中溶液温度低于80℃，再往溶液中加入锌使其溶解，调整溶液中NaOH和锌的浓度至所需比例后，将溶液温度降至40℃以下，对电镀槽与溶锌槽进行过滤交换，交换均匀后，按比例往电镀槽中加入调整剂、开缸剂、走位剂和补充剂。

本发明的制备方法，可以给镀液提供优良的分布力，不影响电镀速率和阴极效率，改善传统碱性无氰镀锌的深镀能力、分散能力、镀层结合能力，使锌有更高的使用效益，提高生产效益。

在一些实施方式中，电镀槽可以是聚丙烯或聚氯乙烯树脂材料制成的电镀槽。在制备本发明电镀液前，需要彻底清洗电镀槽、溶锌槽和过滤机滤芯。如果电镀槽和溶锌槽是旧槽，彻底清洗干净即可使用，若是使用新槽，需使用10%温氢氧化钠溶液浸泡后才可使用。选用上述电镀槽，可以减少外部环境对镀层的影响。

在一些实施方式中，加入NaOH的同时可以进行搅拌，并加一风管帮助溶解。NaOH的溶解过程中会放热，需监控溶液温度，溶液温度不能超过80℃，否则停止添加NaOH。使用风管，不仅可以防止NaOH堆积在槽底结块，还可以帮助溶液散热。

在一些实施方式中，锌可以为锌块，锌块装在铁篮内置入热的NaOH溶液中进行溶解。由此，可以均匀地将锌溶入溶液中，避免在溶液中混入固体的锌。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了应用上述电镀液的镀锌工艺，根据上述电镀液的制备方法制备出本发明的电镀液，在温度为25℃、电流密度为2.0A/dm²的条件下，以需电镀的工件为阴极，金属板为阳极，阳极与阴极面积比为2:1，进行电镀。

这种新型工艺对使用者来说能够减少电镀时间，提高锌的使用率，操作简单，不易烧焦。

在一些实施方式中，电镀开始时可以弱电解以融合各添加剂，4～6小时后，开始HULL CELL（赫尔槽）试片观察，试镀成功后，再进行电镀。HULL CELL试片只需要少量镀液，经过短时间试验便能得到在较宽的电流密度范围内镀液的电镀效果，可以有效的控制电镀过程并进行维护。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细的说明。

彻底清洗电镀槽、溶锌槽和过滤机滤芯。电镀槽可以是聚丙烯或聚氯乙烯树脂材料制成的电镀槽。如果电镀槽和溶锌槽是旧槽，需要彻底清洗干净即可使用，如果是新槽，则需使用10%温氢氧化钠溶液浸泡后才可使用。

首先，配备溶锌槽。在溶锌槽里加纯水2/3，加入碳酸钠至表1中的浓度，搅拌下缓慢加入NaOH，此时可临时加一风管以帮助溶解，防止NaOH堆积在槽底结块。此时溶液会放热，需监控溶液温度，随时监测温度不能超过80℃，否则停止添加NaOH。将装满锌块的铁篮置入热的NaOH中开始溶锌，每四小时测定一次锌的浓度，当锌的浓度达到表1中的浓度时，将锌篮取出。分批次加入剩下的NaOH使其达到表1中的浓度。此时，需要注意溶液温度的变化，防止槽子的变形。

其次，待温度降至40℃以下后，用泵将溶锌槽中的溶液抽出，经过过滤器，进入电镀槽，进行电镀槽与溶锌槽的溶液过滤交换。待交换均匀后，测定Zn、NaOH浓度；Zn不够则需要继续溶锌，NaOH不够则需要补加。继续过滤，待槽液澄清；若槽液很脏，需活性碳过滤。

最后，按照表1的浓度要求依次将调整剂、开缸剂、走位剂、补充剂的加入到电镀槽。调整剂、开缸剂、走位剂、补充剂的组成如表2所示。

在温度为25℃、电流密度为2.0A/dm²的条件下，以需电镀的工件为阴极，金属板为阳极，阳极与阴极面积比为2:1，进行电镀。开始弱电解，融合各添加剂，以发挥最大性能，约4～6小时，开始HULL CELL试片观察，试镀。试镀成功后再进行正式电镀。

电镀过程中要随时检测电镀液的情况，进行槽液维护，具体如下：

1、需要经常性分析锌的浓度，防止锌的浓度波动较大。锌的分析具体操作如下：

试剂：铬黑T指示剂；0.05M EDTA（准确称取20g乙二胺四乙酸二钠溶于1000mL水中，摇匀）；pH=10缓冲溶液（50g/L氯化氨+350mL/L氨水）。

分析过程：

1）取1mL工作液样品到250mL干净锥形瓶中,并加去离子水50mL；

2）加20mL的pH=10缓冲溶液；

3）加铬黑T指示剂少许，溶液的颜色变成蓝紫色；

4）用0.05M EDTA标液滴定到溶液变成蓝色为终点，记录消耗EDTA的体积为V。

5）计算：Zn（g/L）=CEDTA×VEDTA×65.4

2、氢氧化钠需要及时分析补加，同时注意控制氢氧化钠与锌的比例。氢氧化钠含量分析具体步骤如下：

试剂：酚酞指示剂；0.5M盐酸标液（准确量取41.7mL盐酸，注入1000mL水中，混匀）。

分析过程：

1）取1mL样品到干净锥形瓶中并加水50mL；

2）加2-5滴酚酞指示剂；

3）用0.5M盐酸标液滴定，从红色变为无色为终点，记录消耗盐酸标液的体积数为V。

4）计算：氢氧化钠（g/L）=C_HCl×V_HCl×40

3、各添加剂应做到少加勤加，调整剂起结晶细化镀层作用，添加方式为每25kg氢氧化钠需添加5L，主光剂起光亮作用，消耗为100-160mL/KAH，走位剂起分散走位作用，消耗为50-80mL/KAH，开缸剂起支撑作用，可以让补充剂与走位剂的效能更好的发挥出来，只有带出损失，没有KAH消耗。

4、过滤机至少配置4个循环，需检查表压及时清洗，可定期活性炭处理。

记录电镀液的均镀性（采用赫尔槽试片来评价电镀的均镀性，镀出高低区厚度均达到要求的锌层的时间）、电流效率（电流效率越高，性能越好）、光亮区范围（具有耐大电流冲击而不烧焦的能力，得到光亮华丽的镀锌层的电流密度范围）以及镀层的表观性能，测试结果如表3所示。

按照上述方法配置表1中对比例1～5的电镀液，并按上述的条件进行电镀，测试其均镀性、电流效率及光亮区范围，测试结果如表3所示。

表1

表2

表3

由表3可知，本发明的电镀液具有完美的分散能力，具有较好的电流效率、均镀能力和深镀能力。获得的镀层具有良好的物理性能、光亮饱满、均匀细腻，并具有较强的结合能力。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.电镀液，主要由以下物质的水溶液组成：锌、氢氧化钠、碳酸钠、调整剂、开缸剂、主光剂和走位剂。

2.根据权利要求1所述的电镀液，其特征在于，主要由以下浓度物质的水溶液组成：锌10.0～14.0g/L、氢氧化钠120.0～145.0g/L、碳酸钠8.0～30.0g/L、调整剂25.0～30.0mL/L、开缸剂6.0～8.0mL/L、主光剂1.0～2.0mL/L和走位剂1.0～2.0mL/L。

3.根据权利要求1或2所述的电镀液，其特征在于，所述的调整剂是硅酸盐-水溶液。

4.根据权利要求1所述的电镀液，其特征在于，所述的开缸剂主要由下述物质的水溶液组成：聚乙烯亚胺均聚物、1-苄基-3-羧基吡啶嗡氯化物、1-苄基吡啶嗡-3-羧酸盐和水溶性阳离子聚合物。

5.根据权利要求1或2所述的电镀液，其特征在于，所述的主光剂主要由下述物质的水溶液组成：咪唑丙氧基缩合物、烯丙氧基缩合物和1-苄基吡啶嗡-3-羧酸盐。

6.根据权利要求1所述的电镀液，其特征在于，所述的走位剂主要由聚氨砜和水溶性阳离子聚合物的水溶液组成。

7.根据权利要求4或6所述的电镀液，其特征在于，所述的水溶性阳离子聚合物是质量比为1:1的二氨基脲聚合物和阳离子聚合物的混合物。

8.根据权利要求1或2所述的电镀液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

往溶锌槽里加入水和所需的碳酸钠，然后，加入NaOH，确保在NaOH的溶解过程中溶液温度低于80℃，再往溶液中加入锌使其溶解，调整溶液中NaOH和锌的浓度至所需比例后，将溶液温度降至40℃以下，对电镀槽与溶锌槽进行过滤交换，交换均匀后，按比例往电镀槽中加入调整剂、开缸剂、走位剂和补充剂。

9.一种镀锌工艺，其特征在于，根据权利要求8所述的电镀液的制备方法制备出权利要求1或2所述的电镀液，在温度为25℃、电流密度为2.0A/dm²的条件下，以需电镀的工件为阴极，金属板为阳极，阳极与阴极面积比为2:1，进行电镀。

10.根据权利要求9所述的镀锌工艺，其特征在于，电镀开始时弱电解以融合各添加剂，4～6小时后，开始HULL CELL试片观察，试镀成功后，再进行电镀。