硫酸盐镀锌具有溶液组成简单、成本低廉、可采用较大的电流密度和镀后一般不进行钝化等优点,所以受到多数镀锌铁丝厂的青睐。但硫酸盐镀锌溶液的覆盖能力和分散能力都比较差,因此只适宜于电镀形状简单的零部件,除铁丝外,还有钢带、卷板钢和圆钢等。
  最初硫酸盐镀锌层的外表是灰白无光的,由于使用了新型添加剂,才使硫酸盐电镀锌层外观光亮、结晶细致、色泽银白。这种镀液还适应于形状相对简单的其他零部件的电镀。
  硫酸盐镀锌溶液组成中不含配位剂,其电极反应很简单,在阴极主要是析出锌和少量氢气,阳极主要是锌的溶解和产生少量的氧气。

5.1 硫酸盐镀锌的镀液组成和工艺条件

  镀液组成和工艺条件见表2-4。

表2-4 硫酸盐镀锌的镀液组成和工艺条件
镀液组成和工艺条件工艺1工艺2工艺3工艺4工艺5
硫酸锌(ZnSO4·7H2O)(g/L))300~400250~400250~450300~450300~360
硫酸钠(Na2SO4)(g/L)------20~30------
硫酸铝[Al2(SO4)3·18H2O](g/L)------------25~30
硼酸(H3BO3)(g/L)2525~30---20~3025
氯化铵(NH4Cl)(g/L)------------15
糊精(g/L)------------15
硫锌-30光亮剂(ml/L)15~20------------
SZ-97光亮剂(ml/L)---15~20---------
DZ300-1光亮剂(ml/L)------10~20------
ZT-30光亮剂(ml/L)---------14~18---
pH4.5~5.54.2~5.23~54.5~5.53.8~4.2
温度(℃)10~5010~455~5510~50---
阴极电流密度(A/dm2)20~5010~301~1020~601~15

注:
工艺1是武汉风帆电镀技术公司的工艺,给出的电流密度是在连续带钢竖式电镀时采用的;
工艺2是上海永生助剂厂的工艺,给出的电流密度是指镀线材时采用的;
工艺3是河北平乡助剂厂的工艺,给出的电流密度是平卧式连续带钢电镀时采用的;
工艺4是厦门宏正化工有限公司的工艺,给出的电流密度是指镀线材时采用的;
工艺5是过去采用的无光电镀工艺,给出的电流密度是平卧式连续带钢电镀时采用的。

5.2 镀液中各成分的作用及工艺条件的影响

5.2.1 硫酸锌

  硫酸锌是主盐,提供镀液中的锌离子。硫酸锌浓度高低主要影响所采用的电流密度和沉积速度。为加大电流密度,镀液中的锌离子浓度就要高一些。
  镀液的分散能力和覆盖能力不及氯化物镀锌溶液好,但与过去的硫酸盐镀锌溶液相比还是有很大提高,因此这种镀液也可以用来镀取一般形状不太复杂的零部件,滚镀或挂镀均可。如果用于一般性的电镀,硫酸锌的浓度就不能太高,只能在200g/L左右,这时可适当加入一些导电盐,以改善镀液的覆盖能力和分散能力。

5.2.2 硫酸钠和氯化铵

  硫酸钠和氯化铵都是导电盐,用来弥补硫酸盐镀锌溶液的电导率的不足,还可提高镀液的分散能力和覆盖能力。在普通槽中电镀形状略为复杂些的镀件时,可以加些导电盐,添加量在15~25g/L。如氯化铵加到50g/L以上时,镀液性能较好,这时就成为硫酸盐-氯化铵混合镀锌溶液。氯化铵还是pH值的缓冲剂。

5.2.3 硼酸和硫酸铝

  硼酸和硫酸铝都是硫酸盐镀锌溶液的pH值缓冲剂。硼酸在pH=3~5时缓冲性较好,而硫酸铝在pH=3~4时缓冲性较好。以前无光的硫酸盐镀锌溶液多用硫酸铝作缓冲剂,而现在光亮硫酸盐镀锌溶液则多用硼酸作缓冲剂。硼酸的加入量为25~30g/L,虽然硼酸含量提高,其缓冲性变好,但硼酸常温下在镀液中的溶解度比较低,含量过高反而会影响镀液的性能。硫酸铝因溶解度较高,可以加到50g/L左右

5.2.4 添加剂

  硫酸盐镀锌是在没有配位剂的简单盐溶液中进行的。在这种镀液中如果没有添加剂,镀出的将是海绵状的黑色锌粉末。过去的硫酸盐镀锌溶液为了使镀层结晶细致,常加入胶体化合物或含硫化合物。胶体化合物中较好的有桃胶、阿拉伯树胶、明胶和糊精。后来多用含硫化合物,常用的为硫脲。硫脲在镀液中水解后,会有游离硫放出,与锌离子化合,形成胶体状的硫化锌吸附于阴极表面,也能使镀锌层结晶细致光亮;但它的缺点是容易导致镀层脆性增加,而且镀层色泽易变黄。最好将芳香醛或芳香酮进行磺化后加入。硫酸盐镀锌光亮剂也需要有载体光亮剂、主光亮剂和辅助光亮剂。

5.2.5 pH值的影响

  硫酸盐镀锌溶液的pH值大致在3.0~5.5。除了溶液组成不同外,pH值的高低还与所采用的电镀方式和电流密度有关。对于一般简单形状产品的挂镀或滚镀,因为所采用的电流密度较小,pH值可以适当提高些,这样电效率也较高。如电镀线材和平卧式连续镀带钢,电流密度在10~30A/dm2,pH可选取4.2~5.2。

5.2.6 温度的影响

  硫酸盐镀锌一般在室温下进行,温度高时,对于过去非光亮性电镀锌而言,镀层结晶就会粗糙。现在的光亮硫酸盐电镀锌工艺,由于改进了溶液组成,镀液的温度要取决于光亮剂的质量。现在一些好的硫酸盐镀锌光亮剂,其耐温性一般都在50℃以上。

5.2.7 阴极电流密度

  硫酸盐镀锌通常用来电镀形状简单的线材和带钢,并且作为镀件的阴极是在高速移动的,这样镀液中的金属锌浓度就可相对较高,比其他镀锌溶液组成中的锌离子要高一倍以上。电流密度要与所采用的溶液组成相适应,还要与槽液的温度相适应。
  为了便于计算,在这里列出了线材连续电镀时的电流强度,见表2-5。

表2-5 线材连续电镀时的电流强度参考表
线材直径/mm镀槽长度/m线材运行速度/(m/min)单线电流强度/A
0.1~0.210~1220~4050~200
1.2~2.010~1215~23120~200
2.2~3.010~1215~22150~260
3.0~4.012~1418~25180~300
4.5~6.012~1418~26200~350