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热浸镀锌基合金无铵助镀剂工艺及原理研究

作　者: 罗中保
导　师: 何明奕
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 热镀锌无铵助镀镀层组织耐腐蚀性能环保效益
分类号: TQ153.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着人们环保意识的逐步提高和国家环保要求的日益严格,批量热浸镀锌传统锌-铵助镀工艺因氯化铵在高温条件下分解产生大量废气和烟尘已不能满足热镀锌行业清洁生产的要求。开发环境友好型无铵低烟助镀剂已是当前批量热镀锌研究发展的主要方向。目前国内外的学者和工程师以减少环境污染为目的,对助镀剂的成分以及助镀工艺进行了一系列的研究,但还没有一种新的助镀工艺能够完全取代传统锌-铵助镀工艺。本文是基于研究批量热浸镀锌无铵助镀工艺的基础上撰写的,应用单因素试验、正交试验、Design-Expert 6.0试验设计和工厂试验相结合的研究方法,对其助镀工艺配方进行了研究和验证,优选出了无铵助镀新配方,提出了无铵助镀所需要满足的物理条件,探讨了无铵助镀作用机理。对无铵助镀工艺的工艺参数、应用范围及其对镀层组织和性能的影响分别进行了研究。最后,对无铵助镀工艺的技术可靠性和稳定性进行了分析和评价；对其所产生的经济效益和环保效益进行综合评估。研究表明：弃用传统锌-铵助镀剂中的氯化铵组分后,采用由氟-碳链和碳-氢链的表面活性剂混合形成复合表面活性剂Fc与ZnCl2-NaCl-NaF复盐体系所组成的无铵助镀剂,经工厂小批量生产验证可取代传统锌-铵助镀工艺。无铵助镀剂的最佳工艺配方为：氯化锌为19.16R g/L,氯化钠为5.07R g/L,氟化钠为3.48R g/L, Fc为5.9n g/L。该工艺具有较高的可靠性和稳定性,较宽的使用温度范围,室温条件下也可正常使用；且能在溶剂pH值较低,游离酸含量较高的条件下保持系统平衡,所获镀层无漏镀现象。无铵助镀剂中允许存在的亚铁离子的含量可以比传统的助镀剂高；且能在环境湿度较大的条件下,涂挂一定的时间后获得较好的镀层。无铵助镀工艺可在不改变传统锌-铵助镀工艺生产流程、设备和布局的条件下取代锌-铵助镀工艺,浸镀过程中烟尘排放量较锌-铵助镀工艺减少70%无铵助镀工艺不仅极大的减少了对环境的污染,还使由此得到的镀层组织得以细化,镀层的耐腐蚀性能提高。在锌-铵助镀条件下纯锌镀层晶粒大小是无铵助镀的1.5倍；Zn.0.05%Al镀层晶粒的大小是无铵助镀的1.2倍；且纯锌镀层的耐腐蚀能力较锌-铵助镀提高约10%;Zn-0.05%Al镀层的耐腐蚀能力较锌-铵助镀提高40%。在无铵助镀条件下所获镀层厚度较锌-铵助镀的略有偏薄倾向,但稳铝效果较好。在无铵助镀剂组分中,表面活性剂Fc对改善工件与液态合金界面的润湿性能和镀层的厚度起着重要作用,氯化锌对镀层厚度和漏镀率的影响显著,氯化钠对镀层的表面质量影响较大。助镀剂中钠离子和表面活性剂Fc的协同作用对助镀效果的各项评价指标影响较为显著。作为热浸镀无铵助镀剂必须满足的条件是：σ铁-熔>σ铁-锌+粘附力；熔剂的温度应低于热浸镀锌的温度,熔剂在热浸镀锌时应呈熔融态。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 无铵助镀剂国内外研究概况  12-14
    1.2.1 氯盐系列助镀剂  12-13
    1.2.2 Cu/Sn系列助镀剂  13
    1.2.3 植酸盐系助镀剂  13
    1.2.4 表面活性剂和氯盐混合系列  13-14
  1.3 批量热浸镀锌助镀剂  14-16
    1.3.1 助镀剂的作用  14-15
    1.3.2 助镀剂的选择标准  15
    1.3.3 传统锌-铵助镀剂作用机理  15-16
  1.4 本文的主要研究内容  16-17
  1.5 技术路线  17-19
第二章试验方法和内容  19-23
  2.1 前言  19
  2.2 试验材料、设备及工艺  19
  2.3 无铵助镀工艺试验研究方法  19-20
    2.3.1 工艺配方的研究  19-20
    2.3.2 工艺参数的研究  20
    2.3.3 破坏性试验  20
  2.4 镀层组织观察及性能检测  20-21
    2.4.1 镀层组织观察  21
    2.4.2 镀层性能检测  21
  2.5 本章小结  21-23
第三章无铵助镀基础工艺配方研究  23-43
  3.1 前言  23
  3.2 表面活性剂  23-25
    3.2.1 表面活性剂的润湿作用  23-24
    3.2.2 表面活性剂溶液表面吸附效用  24
    3.2.3 物理化学因素对表面活性剂吸附的影响  24-25
  3.3 无铵助镀基础配方试验研究  25-37
    3.3.1 助镀效果评价标准设计  25
    3.3.2 镀层表面质量评价标准设计  25-26
    3.3.3 助镀剂工艺配方的选择和确定  26-27
    3.3.4 表面活性剂的优选  27-28
    3.3.5 正交试验设计  28
    3.3.6 正交试验数据分析  28-30
    3.3.7 Design-Expert试验设计  30
    3.3.8 Design-Expert试验结果及分析  30-37
  3.4 试验方案优化  37-39
  3.5 无铵助镀剂作用机理探讨  39-41
    3.5.1 表面活性剂Fc的作用  39-40
    3.5.2 氯化锌的作用  40
    3.5.3 氯化钠的作用  40-41
  3.6 本章小结  41-43
第四章无铵助镀复盐/混合盐的优选  43-73
  4.1 前言  43
  4.2 正交试验设计  43-52
    4.2.1 ZnCl_2—NaCl—NaHCO_3系列  43-45
    4.2.2 ZnCl_2 NaF—NaHCO_3系列  45-48
    4.2.3 ZnCl_2 NaF—NaCl系列  48-50
    4.2.4 ZnCl_2 NaCl—NaF—AlCl_3系列  50-52
  4.3 各助镀体系综合评价  52-53
  4.4 各方案优缺点评价  53-54
  4.5 Design-Expert试验设计  54-62
    4.5.1 Design-Expert试验结果及分析  55-56
    4.5.2 综合评分与各变量之间的关系模型  56-60
    4.5.3 各变量与评价指标之间的关系模型  60-62
  4.6 试验方案优化  62-63
  4.7 无铵助镀工艺参数研究  63-66
    4.7.1 助镀剂的温度对镀层质量的影响  63
    4.7.2 助镀剂中盐酸含量对镀层质量的影响  63-64
    4.7.3 助镀剂中FeCl_2含量对镀层质量的影响  64
    4.7.4 环境湿度对无铵助镀工艺镀层质量的影响  64-65
    4.7.5 试验分析及讨论  65-66
  4.8 无铵助镀剂工业生产试验  66
  4.9 无铵助镀剂作用机理分析  66-71
    4.9.1 物理作用机理分析  67-69
    4.9.2 化学作用机理分析  69-71
  4.10 本章小结  71-73
第五章无铵助镀对镀层组织性能影响研究  73-79
  5.1 前言  73
  5.2 试验结果  73-76
    5.2.1 镀层的组织  73-74
    5.2.2 镀层的耐腐蚀性  74-76
    5.2.3 镀层的硬度测试  76
  5.3 试验分析及讨论  76-78
    5.3.1 无铵助镀对镀层组织的影响  76-77
    5.3.2 无铵助镀对锌液中铝的影响  77
    5.3.3 无铵助镀对耐腐蚀性能的影响  77-78
  5.4 本章小结  78-79
第六章无铵助镀工艺技术经济成本分析  79-83
  6.1 前言  79
  6.2 技术方案及可行性分析  79-80
  6.3 经济成本分析  80-81
  6.4 环保效益分析  81-82
  6.5 本章小结  82-83
第七章结论及展望  83-85
  7.1 结论  83-84
  7.2 展望  84-85
致谢  85-87
参考文献  87-93
附录A 作者在攻读学位期间发表的学术论文  93-95
附录B 作者在攻读学位期间申请的专利  95

热浸镀锌基合金无铵助镀剂工艺及原理研究

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