氯化物鍍鋅層表面粗糙度的影響因素及其控制

苗青林，張麗君

（河南科技學院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

氯化物鍍鋅層表面粗糙度的影響因素及其控制

苗青林，張麗君

（河南科技學院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

采用不含添加劑的氯化物鍍液電沉積鋅層，探討了電流密度、鍍液溫度和鍍液pH值對鍍層表面粗糙度的影響規(guī)律，并優(yōu)選出最佳的工藝參數(shù)。結(jié)果表明：在電流密度1A/dm2，鍍液溫度50℃，鍍液pH值5.5的條件下，所得鍍層的表面粗糙度最低，約為1.267μm。

表面粗糙度；鍍鋅層；電流密度；鍍液溫度；鍍液pH值

0 前言

鍍鋅層具有良好的裝飾性和防護性，在儀器儀表、電子電器、機械和船舶等領域有著廣闊的應用空間。鍍層表面粗糙度不僅反映鍍層外觀質(zhì)量的好壞，還直接影響鍍層的性能。為了降低鍍層表面粗糙度，同時提高鍍層的形貌質(zhì)量，學術(shù)界與表面工程業(yè)界開展了大量的研究工作［1－3］。

本文采用氯化物鍍液電沉積鋅層，研究了電流密度、鍍液溫度和鍍液pH值對鍍層表面粗糙度的影響，并優(yōu)選出最佳的工藝參數(shù)。

1 實驗

1.1 鍍液組成及工藝條件

氯化鋅50g/L，氯化鉀220g/L，硼酸40g/L，pH值4.5～6.5，1～9A/dm2，40～60℃。

1.2 實驗方法

采用雙電極體系，陽極為電解鋅板，陰極為紫銅圓片（直徑40mm，厚度0.5mm），S陰極∶S陽極＝2∶1，陰陽極間距為20mm。陰極前處理工藝流程：粗 磨 —→ 精磨 —→弱堿性溶液中浸洗 5min—→弱酸性溶液中活化 5min —→超聲波清洗 —→真空干燥。電鍍過程中，持續(xù)施加強力磁力攪拌，以加速反應物質(zhì)的運輸進程。待鍍層厚度滿足要求后，取出陰極，將鍍層與基體剝離，鍍層經(jīng)沖洗、干燥后，測試其表面粗糙度及形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 電流密度對鍍層表面粗糙度的影響

在鍍液溫度50℃，鍍液pH值5的條件下，研究電流密度對鍍層表面粗糙度的影響，實驗結(jié)果，如圖1所示。由圖1可知：電流密度對鍍層表面粗糙度有明顯影響；隨著電流密度由1A/dm2提高至9A/dm2，鍍層表面粗糙度呈近似線性關(guān)系增大，由1.344μm增至1.600μm。不同電流密度下所得鍍層的表面形貌和三維形貌，分別如圖2和圖3所示。由圖2和圖3可知：當電流密度為3A/dm2時，析氫過電位低且沉積速率慢，電極反應所消耗掉的金屬離子能及時得到補給，因而氫氣的產(chǎn)生量小，鍍層表面的針孔、積瘤等缺陷少，表面相對較平整；當電流密度為9A/dm2時，盡管陰極過電位增大，有助于細化晶粒，但此時電極過程液相傳質(zhì)受限的可能性變大，出現(xiàn)少量氫氣被晶粒包裹的情況［4］，導致鍍層表面形成針孔、積瘤等缺陷，造成鍍層表面粗糙度增大。由此可知，要獲得表面較平整的鍍層，應采用低電流密度。

2.2 鍍液溫度對鍍層表面粗糙度的影響

圖1 電流密度對鍍層表面粗糙度的影響

圖2 不同電流密度下所得鍍層的表面形貌

圖3 不同電流密度下所得鍍層的三維形貌

圖4 鍍液溫度對鍍層表面粗糙度的影響

在電流密度1A/dm2，鍍液pH值5的條件下，研究鍍液溫度對鍍層表面粗糙度的影響，實驗結(jié)果，如圖4所示。由圖4可知：鍍液溫度對鍍層表面粗糙度有一定影響；隨著鍍液溫度從30℃升高至50℃，鍍層表面粗糙度由1.584μm降至1.344 μm。不同鍍液溫度下所得鍍層的表面形貌，如圖5所示。由圖5可知：當鍍液溫度為30℃時，鍍液的分散能力及離子活性差，沉積速率較慢，加之陰極電流效率低，故所得鍍層表面灰暗且粗糙；當鍍液溫度為50℃時，傳質(zhì)效果改善，沉積速率加快，同時副反應發(fā)生的可能性降低［5］，此時鍍層較為平整。由此可知，提高鍍液溫度有利于獲得平整的鍍層。

圖5 不同鍍液溫度下所得鍍層的表面形貌

2.3 鍍液pH值對鍍層表面粗糙度的影響

在電流密度1A/dm2，鍍液溫度50℃的條件下，研究鍍液pH值對鍍層表面粗糙度的影響，實驗結(jié)果，如圖6所示。由圖6可知：隨著鍍液pH值的增大，鍍層表面粗糙度呈先降低后升高的變化趨勢。其原因為：鍍液pH值較低時，H＋容易在陰極表面放電析出，導致針孔、積瘤等缺陷形成的可能性提高，鍍層表面凹凸不平；隨著鍍液pH值的增大，陰極電流效率提高，析氫反應所消耗掉的電量降低，因而鍍層缺陷減少，表面狀況改善；當鍍液pH值增大到一定程度后，由于陰極周圍H＋的濃度降低，可能形成少量金屬氫氧化物或堿式鹽夾雜于鍍層中，使得鍍層的整平性降低。綜上所述，在電流密度1A/dm2，鍍液溫度50℃，鍍液pH值5.5的條件下，所得鍍鋅層的表面粗糙度最低，為1.267μm，其表面形貌，如圖7所示。由圖7可知：鍍層表面較光亮、平整。

圖6 鍍液pH值對鍍層表面粗糙度的影響

圖7 鍍層表面形貌

3 結(jié)論

（1）采用不含添加劑的氯化物鍍液，在電流密度1A/dm2，鍍液溫度50℃，鍍液pH 值5.5的條件下，所制得的鍍鋅層較光亮、平整。

（2）其他工藝參數(shù)恒定時，鍍層表面粗糙度隨電流密度的增加而增大，隨鍍液溫度的升高而降低，隨鍍液pH值的增大先降低后升高。

［1］ 朱曉東，李寧，黎德育，等.鍍液流速對高速鍍鋅層粗糙度及織構(gòu)的影響［J］.電鍍與環(huán)保，2005，25（4）：12-17.

［2］ 盧燕平，屈祖玉，盧琳，等.微量鉛對電鍍鋅層織構(gòu)及表面特性的影響［J］.北京科技大學學報，2002，24（4）：422-425.

［3］ 朱曉東，李寧，黎德育，等.88系列添加劑對高速鍍鋅層質(zhì)量的影響［J］.電鍍與環(huán)保，2005，25（5）：6-8.

［4］ 辜敏，黃令，楊防祖，等.攪拌條件下電流密度對Cu鍍層的織構(gòu)和表面形貌的影響［J］.應用化學，2002，19（3）：280-284.

［5］ 陳華茂，吳華強.超聲電鍍錫鉍合金研究［J］.表面技術(shù)，2004，33（5）：52-54.

Influence Factors and Control of Coating Surface Roughness in Chloride Zinc Plating

MIAO Qing-lin，ZHANG Li-jun
（Henan Institute of Science and Technology，Xinxiang 453003，China）

The zinc coating was electrodeposited using chloride solution without additive，and the influence rules of current density，bath temperature and bath pH value on its surface roughness were investigated.And the optimal process parameters were selected.The results show that the zinc coating obtained under the conditions of current density 1A/dm2，bath temperature 50℃and bath pH value 5.5has the lowest surface roughness，about 1.267μm.

surface roughness；zinc coating；current density；bath temperature；bath pH value

TQ 153

A

1000-4742（2012）04-0007-03

2011-06-09