王惠
摘 要:由于各種技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步,無氰電鍍研究不斷深入,其工藝也在不斷完善,有力推動了行業(yè)進(jìn)步,促進(jìn)了國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但是無氰電鍍電鍍工藝還存在一些問題需要解決。基于此,本文簡要介紹了無氰電鍍工藝研究現(xiàn)狀,探討了當(dāng)前無氰電鍍工藝的應(yīng)用,提出了解決無氰電鍍工藝不足的一些途徑,以供行業(yè)參考。
關(guān)鍵詞:無氰電鍍;電鍍工藝;工藝研究;工藝應(yīng)用
氰化物是電鍍工藝中使用的原料,被各個國家廣泛使用。但是氰化物毒性很強(qiáng),僅僅5毫克就可以致人死亡,而且一旦中毒無藥可解。傳統(tǒng)的電鍍工藝使用的電鍍液中的氰化物含量在十幾克到一百多克之間,而電鍍工作槽中的電鍍液在幾十升到上萬升不等,導(dǎo)致電鍍工藝排出的廢水中含有氰根,會污染環(huán)境,威脅人的身體健康。因此,當(dāng)前各國家陸續(xù)出臺了相應(yīng)的有氰電鍍工藝排放標(biāo)準(zhǔn),并積極推動新型無氰電鍍工藝研究,目的是最終取代有氰電鍍工藝,這就是研究無氰電鍍工藝的意義所在。
1無氰電鍍工藝研究現(xiàn)狀
到目前為止,國內(nèi)無氰電鍍工藝研究與應(yīng)用已經(jīng)持續(xù)三十多年,而且在二十世紀(jì)七十年代達(dá)到一個頂峰,也獲得了很多研究成果。如當(dāng)前廣泛應(yīng)用的鋅酸鹽鍍鋅,HEDP鍍銅等。當(dāng)時有一部分無氰電鍍工藝還沒有完善就被應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn),最終被淘汰。時間來到二十世紀(jì)八、九十年代,無氰電鍍工藝研究有迎來一波高峰。在我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的背景下,有氰電鍍工藝使用量猛增,給我國環(huán)境帶來很大的威脅,而且傳統(tǒng)電鍍工藝所需的氰化物的生產(chǎn)、儲運(yùn)、使用各環(huán)節(jié)的安全要求很嚴(yán)格,稍有疏忽就可能造成重大安全事故。國家制定嚴(yán)格的氰化物安全管理制度,其中也包括積極研究無氰電鍍工藝,以淘汰有氰電鍍工藝?;诖?,本文針對當(dāng)前無氰電鍍工藝的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了簡單介紹,以供行業(yè)內(nèi)參考。
2無氰電鍍工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1無氰浸鋅
浸鋅工藝所用的溶液原先是不含氰的,隨著鋁合金基材的持續(xù)創(chuàng)新,特別是硅含量很高的鋁合金基材的出現(xiàn)導(dǎo)致原有的浸鋅溶液已經(jīng)不適用,因此采用了含氰浸鋅液。而純鋁和硅含量不高的鋁合金基礎(chǔ)材料的浸鋅工藝可以采用無氰化物處理。無氰浸鋅電鍍工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品的銼刀結(jié)合力測試、彎曲結(jié)合力測試結(jié)果與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品大體相當(dāng),但熱震結(jié)合力不如后者,其主要原因在于合金化。在合金浸鋅電鍍工藝中,鎳對成核步驟產(chǎn)生影響,銅影響鍍層與基體的結(jié)合力,鐵減少鋅晶粒尺寸,同時和鋁發(fā)生微量置換反應(yīng),與鋅生成鋅–鐵合金。有氰化物浸鋅電鍍工藝的合金化最佳,因?yàn)榍杌锟梢杂行Э刂沏~的析出,誘導(dǎo)鎳析出。而常規(guī)的無氰浸鋅工藝中無法有效控制銅的析出,導(dǎo)致析出的銅與其他金屬形成合金,而鎳的析出不足甚至無法析出,影響合金效果,最終影響結(jié)合力。因此,要到達(dá)有氰浸鋅的合金效果就必須有效控制銅的析出和鎳的析出。
2.2無氰鍍銅
通常無氰鍍銅工藝用于預(yù)鍍環(huán)節(jié)。根據(jù)銅體系pH可以將無氰鍍銅工藝分為酸性預(yù)鍍銅、堿性預(yù)鍍銅。前者只適用鋼鐵件的預(yù)鍍。根據(jù)銅離子價態(tài)可以將無氰鍍銅分為2價無氰預(yù)鍍銅、1價銅無氰鍍銅。后者的基本原理是模擬含氰化物的預(yù)鍍銅,但其鍍液非常不穩(wěn)定,需頻繁添加還原劑還原,而且鍍層光亮度不足。后者的研究應(yīng)用主要集中在焦磷酸鹽無氰鍍銅、HEDP有機(jī)多膦酸鹽無氰鍍銅兩種,焦磷酸鹽無氰鍍銅不適用鋼鐵、鋁合金、鋅合金預(yù)鍍,但能通過添加帶巰基的有機(jī)物來增加鍍層的光亮度,填平性能較好,大致和添加了光亮劑的有氰預(yù)鍍銅性能一致。HEDP無氰鍍銅適用于鋼鐵件預(yù)鍍,也能用于鋁合金預(yù)鍍銅,但獲得的鍍層光亮度很差,需要添加氧化劑,如二氧化硒等增加光亮度,填平性能差,而且如果添加過多的氧化劑會降低鍍層的牢固性。
2.3無氰鍍鋅
酸性氯化鉀鍍鋅是一種非常成熟的無氰鍍鋅工藝,具有光亮度高、電流效率高,鍍液制作使用簡便、廢水易處理的優(yōu)點(diǎn),但也存在一些不足,因?yàn)樘砑游飼绊懙藉儗拥捻g性,使鍍層更脆,尤其是在添加了過多的光亮劑時更加明顯,往往會發(fā)生鍍層脫落的問題,而且高低區(qū)鍍層厚度差異較大。堿性無氰鍍鋅工藝應(yīng)用廣泛,常被用于掛鍍?,F(xiàn)在國家也出臺政策禁用含氰化物的鍍鋅工藝。傳統(tǒng)的含氰化物鍍鋅液可由堿性無氰鍍鋅液取代,從而節(jié)省因此重新開槽的成本,同時減少環(huán)節(jié)污染。但是堿性無氰鍍鋅電流效率不高,需要更加嚴(yán)格的前處理工藝,維護(hù)比較復(fù)雜。
2.4無氰鍍銅錫合金
銅錫合金抗腐蝕性能優(yōu)良,硬度比銅更高,被廣泛用于錢幣鑄造、礦機(jī)防腐等方面。現(xiàn)階段,銅錫合金電鍍依然采用含氰化物的電鍍工藝。無氰銅錫合金研究集中在焦磷酸鹽、檸檬酸鹽這兩種,無論哪種其與有氰銅錫合金電鍍的主要不同在于合金化方式不同,合金化要求的電流密度有差異。有氰銅錫合金鍍液在合金化過程中出現(xiàn)電流密度區(qū)從低到高延伸的現(xiàn)象,而無氰銅錫合金鍍液恰恰相反,即在高電流密度區(qū)合金更容易。但有氰銅錫合金鍍液中合金需要的電流密度范圍依然更大。此外,有氰、無氰的鍍銅錫合金顏色不同,前者獲得的銅錫合金鍍層較白,后者則呈現(xiàn)烏亮;前者獲得的鍍層光亮度更好。
2.5無氰鍍黃銅或仿金
目前尚未有無氰黃銅或仿金工藝應(yīng)用于實(shí)踐的報道。因?yàn)橐秒y度非常大。本身電鍍黃銅應(yīng)用就不多,集中在輪胎鋼絲電鍍方面,目的是增強(qiáng)鋼絲、輪胎的粘合度。而仿金則引用比較廣泛,可用于首飾、裝飾品、汽車配件的電鍍。目前的無氰黃銅或仿金工藝的電流密度范圍很小,不符合生產(chǎn)要求。而且無氰黃銅工藝還存在溶液不穩(wěn)定、陽極溶解,顏色差異交較大的問題。
2.6無氰鍍銀鍍金
鍍銀鍍金現(xiàn)階段還是主要采用有氰電鍍工藝。美國在二十世紀(jì)九十年代就發(fā)布了一系列無氰鍍銀專利,以有機(jī)胺為配位劑。無氰鍍銀體系包括硫代硫酸鈉鍍銀、丁二酰亞胺鍍銀、咪唑磺基水楊酸鍍銀、煙酸鍍銀、乙內(nèi)酰脲鍍銀、亞氨基二磺酸銨鍍銀等。氰化鍍銀的電流密度范圍更寬,允許最高電流密度可達(dá)3A/dm2,而無氰鍍銀只有1A/dm2。
3 無氰電鍍工藝研究目標(biāo)和問題解決途徑
無氰電鍍工藝研究的重點(diǎn)還是鍍鋅、鍍銅。到目前為止鋅酸鹽鍍鋅工藝已經(jīng)很完善,其鍍層質(zhì)量、工藝成本能很好地滿足生產(chǎn)要求。但堿性鍍銅工藝還有待完善。無氰鍍金、無氰鍍銀是當(dāng)前需重點(diǎn)解決的問題,因?yàn)槌杀靖?,研發(fā)難度加大,但是在IT行業(yè)鍍金、鍍銀工藝非常重要,但是目前無氰鍍金、無氰鍍銀新工藝還沒能完全取代傳統(tǒng)的鍍金、鍍銀工藝。無氰電鍍工藝問題的解決途徑主要包括以下幾個方面:(1)企業(yè)、機(jī)構(gòu)之間應(yīng)該聯(lián)合推動電化學(xué)、電鍍工藝方面的研究,爭取早日獲得研究成果,得到更多成熟的無氰電鍍工藝。(2)加大推廣力度,由國家引導(dǎo),專家指導(dǎo),循序漸進(jìn)地用成熟無氰電鍍工藝取代有氰電鍍,如無氰鍍鋅工藝取代有氰鍍鋅等。(3)積極引進(jìn)國外先進(jìn)的無氰電鍍技術(shù)。
結(jié)束語
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