电镀中要用氰化物的工艺主要有镀锌、镀铜和镀合金(如黄铜、铜锡合金和仿金镀层等),其他还有镀金、镀银等。这些需用氰化物的镀液中,用量最大的是氰化镀锌。据调查得知,占全部氰化钠用量的70%左右,也就是用量要比其他各镀种的总和(包括镀镍层的退除)还要多一倍左右。从技术上讲,氰化镀锌工艺比其他镀种更容易实现无氰化。

  无氰镀锌在我国20世纪70年代的无氰电镀运动中就已经趋于成熟,到现在已经是无氰电镀中最为成熟的工艺。实现镀锌无氰化将使电镀业氰化物用量大幅度下降,而无氰镀锌恰好有较好的技术背景。依据不同的需要和所采用的不同技术,无氰镀锌分为碱性、中性(弱酸性)、酸性三大系列。其中以碱性镀锌与氰化物镀锌的性能最为接近,并且现有的含氰镀锌可以通过低氰向无氰过渡,厂家容易接受。碱性镀锌是以锌酸盐为主的无氰镀锌工艺,基本成分是氢氧化钠和氧化锌,而主要起作用的是电镀添加剂,如果没有这些添加剂,要想镀出合格的产品是不可能的。从开发之初沿用至今的有DPE、DE等工艺,现在一些从国外引进的碱性镀锌工艺,从镀液分散能力,到镀层的韧性、光亮度等方面都可与氰化物镀锌相媲美。

  另一项无氰镀锌技术是弱酸性氯化物镀锌,这是以光亮添加剂为主的镀锌工艺,分钾盐型和铵盐型两大类,其中钾盐型在我国已经广泛应用,尤其是滚镀,大多都选用氯化钾镀锌工艺。钾盐镀锌的光亮度很高,但分散能力比碱性镀锌差一些,且镀后钝化性能不如碱性镀锌,脆性也稍大。尽管如此,氯化钾镀锌仍是日用五金电镀中大量采用的工艺。硫酸盐镀锌工艺也是电镀添加剂技术进步的产物有,其在线材电镀业得到广泛应用。

  由于无氰镀锌可代选择的工艺较多,且都已经比较成熟,所以可以取代原来的氰化物电镀锌工艺。对于简单产品,采用氯化物电镀就可以了;对要求分散能力较好的,可采用碱性锌酸盐电镀;线材或铸造件可选用硫酸盐镀锌。

1.1 无氰镀锌的现状

  氰化镀锌于1885年问世,历史悠久,镀层质量好,操作管理容易。但由于它使用剧毒的氰化物,对环境污染严重,引起人们极大的关注。

  目前在钢铁上广泛使用的防护性镀层主要是镀锌,其次是镀镉。镀镉由于毒性大、处理困难现在已很少使用。钢铁基体上的镀锌层属于阳极性镀层,对基体具有电化学保护作用。因此,能有效在防护钢铁的腐蚀。电镀锌在表面处理方面占有重要地位,它占总电镀时的近50%。20世纪70年代以前,国内外使用的镀锌工艺主要是氰化物镀锌,约占95%;70年代氰化镀锌占93%,无氰碱性镀锌占4%,氯化物镀锌占3%;到90年代,由于环境保护意识的增强以及无氰镀锌工艺的改进,使无氰镀锌有了快速发展,氰化镀锌仅占20%,氯化物镀锌占50%,碱性锌酸盐镀锌占30%,而氰化镀锌工艺也从高氰向中低氰方向,对于中低氰方面发展,对于中低氰工艺,光亮剂的作用显得较为重要。国内经过几年的努力,已发展了多种添加剂,现在使用的无氰和低氰工艺已比较完善,用的无氰和低氰工艺已比较完善,可与国外相媲美。

  对于无氰镀锌工艺,发展的关键是镀液中“高级”及更有效的有机添加剂的研制和应用,其中光亮剂占有重要地位。目前,国内外多采用几种有机物复配的组合光亮剂,它们的综合效应和影响是显著地提高阴极极化,能获得致密、平整、光亮和力学性能优良的镀层,并与基体结合良好。例如碱性锌酸盐镀锌添加剂,已由胺类和环氧丙烷的缩合物发展为杂环化合物(如咪唑和吡啶及其衍生物等)与环氧丙烷的缩合物,能得到光亮,且综合性能好的镀层,即使镀层厚度达13μm弯折也不暴皮,但进一步提高电流效率还是必要的。氯化物镀锌在近20多年来发展比较快,目前使用的光亮剂多数是由主光亮剂(芳香族的醛类和酮类等)、载体光亮剂(聚醚化合物等)和辅助光亮剂(芳香族羧酸盐类)三种物质组合而成,它们具有对镀液和镀层性能的协同效应,性能和质量有了明显改善,加快了氯化物镀锌的发展。

1.2 无氰电镀的发展

  近几年来,镀锌添加剂有了不断的改进和提高,有效的和无毒或低毒的复合添加剂研制成功,这类添加剂不仅质量高和用量低,使用量从过去的3%~5%(体积分数)降低至1.0%~2.0%,并能避免或减少在镀层中夹杂,从而也解决了钝化难和结合力的问题。在金属盐用量方面,已经注意到尽可能降低起始浓度,主盐中锌含量范围可控制在15%~25%,在镀锌钝化方面,在继续向着低污染、高耐腐蚀和多色彩方向发展,并取得了可喜的成绩。

  国家发展改革委员会已经下达禁令,把氰化镀锌列为需淘汰的工艺,到2007年电镀锌不再供应氰化钠。这样,对原有氰化镀锌槽液如何处置是摆在电镀厂家面前的急需解决的问题。原有氰化镀锌槽液是可以逐渐转化过渡到无氰镀锌液的,切勿将它们倒掉,不然会造成极大的污染和浪费。具体做法是:镀液不要再加氰化钠,而让其逐渐转化到锌酸外国镀锌溶液。

  目前锌酸盐镀锌和氯化物镀锌已经成为我国两大主要的无氰镀锌工艺。虽然现在碱性镀锌工艺水平已可与氰化镀锌工艺相媲美,但仍需进一步提高碱性无氰镀锌的质量,这将仍是我国电镀工作者努力的方向。