阅读说明：本技术 电镀锌黑变控制方法 (Electrogalvanizing blackening control method ) 是由 李冬 徐晶 姜波 于 2019-11-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种电镀锌黑变控制方法,其包括除油、热水洗、除锈、冷水洗、去离子水洗、镀锌、烘干及贮存步骤。本发明不仅确定了电镀锌黑变控制措施,更提高了镀锌层对产品的防护质量,对于电镀锌层的研究具有十分重要的价值。(The invention relates to a blackening control method for electrogalvanizing, which comprises the steps of oil removal, hot water washing, rust removal, cold water washing, deionized water washing, galvanizing, drying and storage. The invention not only determines the blackening control measures of the electrogalvanizing, but also improves the protection quality of the galvanized layer to the product, and has very important value for the research of the electrogalvanizing layer.)

电镀锌黑变控制方法

技术领域

本发明涉及一种电镀锌黑变控制方法。

背景技术

电镀锌在高温高湿的环境条件下贮存一段时间后，表面生成一层细致、连续且略带金属光泽的黑色或茶褐色膜层的现象即为电镀锌的黑变现象。黑变现象实质是一种初期腐蚀现象，是锌的最外层在高温高湿环境中，生成了欠氧型氧化锌的间隙腐蚀产物所致；它严重地影响了产品的外观,降低了与涂漆层的结合力。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种电镀锌黑变控制方法，解决镀锌钢产生黑变的问题，提高镀锌钢防腐蚀性能。

本发明的技术方案包括下述步骤：

步骤1，除油：将工件放入汽油或工业酒精中常温浸泡5-10min去除表面油污；再进行电解除油；

步骤2，热水洗：使用90℃-100℃的热水对工件表面进行清洗 30-60s，去除工件表面残留的碱液及盐液；

步骤3，除锈：使用除锈液对工件表面进行除锈；

步骤4，冷水洗：使用15-20℃的流动冷水进行逆流漂洗30-60s；

步骤5，去离子水洗：工件在入镀锌槽前使用去离子水在15℃-30℃环境下清洗30-60s，确保工件表面无其它离子进入镀槽；

步骤6，镀锌：使用ZnSO4·7H2O 450g/L作为主盐，使用质量浓度98％的硫酸作为PH调节剂进行电镀，电镀温度30～60℃，电镀时间3～4min，电镀pH值1.8-2.0，电极板为石墨、铅板，锌层厚度为10-12μ，电流密度为15A/dm²；

步骤7，烘干：工件镀锌后在80-90℃的环境下进行10min的干燥处理；

步骤8，贮存：镀锌后工件贮存在相对湿度：0-65％、相对温度0-30℃环境下。

所述的步骤1中，电解除油中的电解液由氢氧化钠20-50g/L、碳酸钠 30-50g/L、磷酸钠20-30g/L、硅酸钠3-5g/L制备而成；电解除油时间为10-20min，电流密度为5-10A/dm²，温度为60-90℃，极板材料为钢板、镍板；工业酒精质量浓度为90％。

所述的步骤3中，除锈液由盐酸250-300g/L和若丁3-5g/L制备而成，除锈时间为0.5-3min，除锈温度为常温。

本发明的积极效果如下：

不仅确定了电镀锌黑变控制措施，更提高了镀锌层对产品的防护质量，对于电镀锌层的研究具有十分重要的价值。

附图说明

图1为本发明的电镀锌工艺流程图。

图2为镀层厚度随电流密度变化曲线示意图。

图3为镀层厚度随主盐浓度变化曲线示意图。

图4为镀层厚度随电镀时间的变化曲线示意图。

图5为镀层厚度随温度的变化曲线示意图。

图6a为镀液pH＝1.6镀层金相照片。

图6b为镀液pH＝1.8镀层金相照片。

图6c为镀液pH＝2.0镀层金相照片。

图6d为镀液pH＝2.1镀层金相照片。

图6e为镀液pH＝2.4镀层金相照片。

图7为黑变时间曲线示意图。

图8为黑变与电流密度变化曲线示意图。

图9为湿度与黑变变化曲线示意图。

图10为温度与黑变变化曲线示意图。

具体实施方式

实施例

一种电镀锌黑变控制方法，包括下述步骤：

步骤1，除油：将工件放入汽油或质量浓度90％的工业酒精中常温浸泡 5-10min去除表面油污；再进行电解除油；

步骤2，热水洗：使用90℃-100℃的热水对工件表面进行清洗 30-60s，去除工件表面残留的碱液及盐液；

步骤3，除锈：使用除锈液对工件表面进行除锈；

步骤4，冷水洗：使用15-20℃的流动冷水进行逆流漂洗30-60s；

步骤5，去离子水洗：工件在入镀锌槽前使用去离子水，在15℃-30℃环境下进行清洗30-60s，确保工件表面无其它离子进入镀槽；

步骤6，镀锌：使用ZnSO4·7H2O 450g/L作为主盐，使用质量浓度98％的硫酸作为PH调节剂进行电镀，电镀温度30～60℃，电镀时间3～4min，电镀pH值1.8-2.0，电极板为石墨、铅板，锌层厚度为10-12μ，电流密度为15A/dm²；

步骤7，烘干：工件镀锌后在80-90℃的环境下进行10min的干燥处理；

步骤8，贮存：镀锌后工件贮存在相对湿度：0-65％、相对温度0-30℃环境下。

所述的步骤1中，电解除油中的电解液由氢氧化钠20-50g/L、碳酸钠 30-50g/L、磷酸钠20-30g/L、硅酸钠3-5g/L制备而成；电解除油时间为10-20min，电流密度为5-10A/dm²，温度为60-90℃，极板材料为钢板、镍板。

所述的步骤3中，除锈液由盐酸250-300g/L和若丁3-5g/L制备而成，除锈时间为0.5-3min，除锈温度为常温。

本发明各工艺参数确定的实验如下。

电流密度对镀层厚度的影响：通过在槽电流为1A下做赫尔槽实验，观察镀层表面，发现在离近端5厘米处到近端之间的镀层光亮，细致，这说明能得出合格镀层的最低限为1.44A/dm²。在槽电流为9A下做赫尔槽实验，观察镀层表面，发现近端的镀层没有出现烧焦的现象，这说明能得出合格镀层的最高限不大于45.9A/dm²。电流密度为5A/dm²、10A/dm²、15A/dm²、20A/dm²时电流镀层关系曲线如图2所示。

从图2能够看出随着电流密度的增大，镀层的厚度也随着变厚，通过试片对比当电流密度小于10A/dm²时镀层沉积速度较慢，当电流密度达到20A/dm²时镀层表面较为粗糙，当电流密度为15A/dm²时成膜质量良好。

主盐浓度对镀层的影响：当主盐(Zn2+)浓度为90g/L、100g/L、 110g/L、120g/L、130g/L时镀层厚度与主盐浓度关系曲线如图3所示。

图3为镀层厚度随主盐的变化趋势，随着主盐浓度的升高，镀层厚度逐渐变小，这是因为在镀液静止的时候，主盐浓度太大，镀液的粘度过高，浓差极化很显著，阻碍了电镀时的传质过程，所以镀层的厚度随着主盐浓增加而逐渐降低。

电镀时间对镀层的影响：电镀时间为1min、2min、3min、4min时镀层厚度与电镀时间关系曲线如图4所示。

图4为镀层厚度随电镀时间的变化曲线，可知镀层厚度随着电镀时间的加长而变厚，这是由于随着时间的增加，镀层上所沉积的锌的量变大，使得镀层变厚。

镀液温度对镀层的影响：电镀温度为30℃、40℃、45℃、50℃、 55℃、60℃时镀层厚度与温度关系曲线如图5所示。

从图5来看，镀液温度对镀层的厚度与微观形貌没有太大的影响。曲线变化情况基本平稳无明显波动现象，这也说明了温度对镀层的影响效果很小。因此在电镀实验中可以放宽对温度的限定，进而减少施镀过程中不必要的损失。

镀液pH值对镀层的影响：不同镀液酸度的镀层金相照片(400倍)如图6a-te所示，从图6a-te来看，在镀液pH值为1.8和2.0时，镀层的结晶最为细致，在pH值为1.6、2.1、2.4时得出的镀层结晶比较粗糙。这是因为酸度过高会导致镀液中氢离子增加产生大量析氢，降低电流效率。而当酸度过低又会导致氢氧根的增加使单质锌生成氢氧化锌阻碍锌的沉积。

通过不同条件下对电镀锌进行黑变培养，研究时间、电流密度、环境湿度、温度对黑变产生的影响。

时间对黑变地影响：在相对湿度95％，温度50℃时不同时间模拟湿热试验。时间分别为12、24、36小时，培养结果见表1。

黑变时间曲线见图7，由表1和图7可以看出湿热培养后表面黑变程度的变化情况。随着湿热时间的增加产生黑变的面积也随之增加，且色泽加深。通过黑变的描述镀锌钢表面生成黑色或茶褐色膜层，可知12小时试片只有少部分有茶褐色膜层而24小时和36小时的试片可以明显看出表面大部分已变成茶褐色且局部已经发黑，说明黑变已进入了后期阶段。

电流密度对黑变的影响：

在相对湿度95％，常温下14天湿热叠片放置，培养结果件表2。从表2 中可以看出不同电流密度下黑变产生面积也随之改变。图8可以说明，电流密度为15A/dm²的试片产生黑变程度最低平均值在11.7％，而电流密度为 20A/dm²的试片产生黑变现象最严重平均值可达到48％。

湿度对黑变的影响：通过甘油水溶液自制湿热环境，分别对相对湿度 65％、75％、85％、95％常温14天进行叠片试验。结果如表3和图9所示，从表3和图9可以看出三组平行试片也遵循着随着相对湿度增加黑变面积加大的现象，且当相对湿度为65％时基本无黑变现象发生。

温度对黑变的影响：通过用甘油水溶液模拟湿热实验，制备相对湿度 95％的湿热环境下15小时湿热培养，结果如表4和图10，通过表4和图10 可以直观的看到湿热温度对产生黑变面积的影响趋势，30-50℃时黑变面积缓慢增加当湿热温度超过50℃时黑变面积急剧上升，从中也可以看出湿热温度对黑变影响的严重性。

结论：通过不同条件下对电镀锌进行黑变培养研究时间、电流密度、环境湿度、温度对黑变产生影响分析。最终得出影响黑变产生的环境因素及黑变物质成分。结论如下：

(1)电镀锌黑变程度随时间的增加黑变面积随之增大，且颜色由灰变黑后期产生白锈。

(2)通过10A/dm²、15A/dm²、20A/dm²等不同电流密度下进行黑变培养，结果发现15A/dm²的镀锌钢板通过金相显微镜、扫描电子显微镜观察结晶细致，在相对湿度为95％常温放置中产生黑变面积及程度都较其它电流密度下的小。从而说明电流密度为15A/dm²时对黑变影响最小。

(3)电镀锌板黑变程度随相对湿度的增大而加深，当相对湿度低于 65％时，常温放置2周不产生黑变现象，而当相对湿度为95％时黑变严重。

(4)电镀锌板黑变程度随湿热温度的增加而加深。当相对湿度为95％温度低于30℃时表面48小时湿热未发现黑变产生，而当温度在70℃时黑变现象严重。这说明温度对黑变影响严重。

通过以上结论得出，可通过降低相对湿度的方法来防止黑变的产生。在存放电镀锌的仓库中放入防潮剂使环境湿度保持在65％以下，可以有效防止黑变的发生。

表1湿热培养不同时间下黑变变化情况

表2不同电流密度下黑变变化情况

表3不同湿热条件下黑变变化情况

表4变温恒湿黑变变化情况