镉镀层| PCI杂志 - 2022年世界杯分组表

不同钝化的锌合金。

镀镉因其优异的防腐性和润滑性，曾广泛应用于汽车和海洋工业。然而，镉是一种重金属，通常用于产生镉沉积物的氰化物浴是剧毒的。基于这些原因，欧盟《报废车辆指令》(ELV)于2000年秋季禁止在汽车工业中使用镉和其他重金属，欧洲和美国的其他环保举措也限制了电镀镉在其他应用中的使用。人们已经研究了镉的替代品，但镉具有一些其他材料无法获得的独特特性。

虽然在航空航天、海洋和核工业中还不可能完全淘汰镉沉积物，但研究人员已经开发出毒性较低的非氰化物镉电镀系统。新的锌合金系统和后处理工艺也有望在不影响性能的情况下减少镉电镀。

替代镉镀液

两种可供选择的镉镀液——一种基于硫酸，另一种基于中性ph配方——提供了一种毒性较低的传统氰化物镀液。

酸性镀镉浴目前已在工业上大规模应用。电解液由3 - 5%的硫酸和3 - 6盎司/加仑的镉组成。该系统使用了两种添加剂:一种谷物细化剂和一种光亮剂。在不考虑美观问题的应用中，可以在不使用增白剂的情况下获得光滑、均匀、功能良好的镀层，因此降低了氢脆的风险。

中性pH镉浴是波音公司批准的一种工艺，从接近中性pH的电解液中镀镉。电解液含有12至16盎司/加仑的硫酸铵，近1盎司/加仑的氯化铵和1盎司/加仑的镉。用氢氧化铵或硫酸将溶液的pH调至6.5。除阳极腐蚀剂外，本工艺还使用了两种添加剂。从浴沉积是光滑的和水平的，并有一个极好的扔在低电流地区。该矿床易于接受后处理，以进一步增强腐蚀保护。

表1。

锌合金

新的锌合金体系(如锌-铁、锌-钴和锌-镍)可以提供高性能、耐腐蚀的镉镀层替代品。像锌一样，这些合金为钢铁部件提供了牺牲式保护。然而，它们的腐蚀速度比单独的锌要小，因为在矿床中存在更多的贵金属。

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铁锌/ Zinc-Cobalt。 一些较新的锌-铁和锌-钴合金体系是基于添加铁或钴配合物的碱性锌镀液。合金沉积物中铁或钴的含量从0.4 ~ 0.8%不等。如果没有六色钝化，单独使用锌或锌-铁或锌-钴所提供的保护效果没有太大区别。然而，通过铬酸盐转换涂层处理，锌铁和锌钴提供的保护可以比锌高两到三倍。

另一种锌钴工艺是一种酸，以氯化钾或含电解质的混合盐为基础，其pH值在5到5.5之间。钴作为氯化盐加入，电解质中的锌钴比保持在8到10之间。该工艺使用了两种添加剂——锌钴载体和锌钴补充剂——以获得含0.3至0.8%钴的锌钴沉积物。镀液的电镀效率达95%以上，适用于桶状电镀较小零件。

由于碱性和酸性锌钴工艺使用的添加剂数量有限，这两种系统都易于运行和控制。两种体系形成的镀层光亮，合金比例一致。

Zinc-Nickel。 在铬酸盐转化涂料中，经过后处理的电镀锌已成为汽车、建筑和其他行业功能涂料中无可挑战的主力。然而，随着ELV和其他环保举措逐步淘汰了六价铬和镉的使用，金属整理者不得不寻找替代品。在没有铬酸盐转换涂层的情况下，电镀锌在中性盐雾测试中暴露几个小时后就会显示出严重的白色腐蚀。在盐雾气氛中，0.3微米厚的锌电沉积可以在不到72小时内形成红色锈。不含六价铬的转化涂层比电镀锌具有更好的盐雾效果，但它们缺乏六价铬的自愈合性能，使用成本更高。

镀层中含有10 - 14%镍的锌镍合金镀层提供了一种耐腐蚀的解决方案。波音公司在1992年开发了一种酸性锌镍电镀工艺，作为航空航天应用中镉电镀的替代品。 ² 此后，锌镍技术在其他行业越来越受欢迎。

即使没有转换涂层，0.3 mil厚的锌镍镀层也能提供500小时以上的中性盐雾保护，防止红锈的出现。在中性盐雾暴露的前24小时内，沉积物上会出现轻微的白色产品;然而，与锌矿不同的是，锌镍保留了一种非体积的白色腮红，而不会引起部分的任何尺寸变化。这一特性使锌镍电镀成为紧固件行业的更好选择。

采用高性能的非六色透明钝化处理，可进一步提高在中性盐雾测试中1000小时以上的红锈防护能力。表1给出了广泛使用的gm -4700认可的酸性锌镍镀工艺的操作参数。这种酸性锌镍工艺的镀层光亮，韧性好，流平性好。酸性工艺也提供了超过95%的电镀效率，相比之下，碱性锌镍电镀工艺的平均效率为50%。

由于酸性锌镍镀工艺的效率高，其沉积层几乎没有发生氢脆的倾向。矿床的结构是开放和光滑的，允许任何被捕获的氢烘烤出来。 ^3.

含镍量为10 - 14%的锌镍矿床最显著的特点之一是，即使不经过后期处理，也能很好地防止红锈的出现。这一特点使得锌镍镀工艺比任何其他锌合金工艺更容易接受。

与锌-铁和锌-钴不同，锌-镍矿床在不使用铬酸盐转换涂层的情况下，与单独使用锌相比，可以提供显著增加的保护。酸性锌镍镀液只使用了两种添加剂，而碱性锌镍镀液使用了四种或四种以上的添加剂，难以控制。

锡-锌。 锡锌合金电镀是另一种环保功能电镀工艺。在pH值接近中性的镀液中，镀锡-锌工艺的沉积物中含有约30%的锌，而剩余的是锡。浴液是稳定的，随着时间的推移保持清澈。0.3米厚的锡锌矿即使不经过后期处理，也能提供超过600小时的盐雾保护。经过适当的转化涂层处理后，该沉积物可提供1000小时以上的保护。

表2。

环保后期处理

研究人员还开发了许多基于三价铬和无铬化学的锌和锌合金后处理方法。

黑色为锌/锌合金。 三价黑色钝化锌，锌铁和锌钴沉积物产生良好的黑色涂层约20至50秒，并应用于室温。该处理以两种添加剂为基础，分别以3 - 4%和5 - 6%的水平使用。使用适当的面漆可以加强涂层的保护。

适用于锌/锌合金。 两种基于三价铬的新工艺在锌、锌铁和锌钴矿床上提供了一层透明的涂层。其中一种是具有最低盐雾保护的常规透明涂层，而另一种则提供中等保护，并且最适合后续对不同染料的吸收。

清除锌镍。 锌镍矿床的透明钝化，在水中以5%的体积使用，可以提供超过1000小时的盐雾保护，防止红锈的出现。

锌/锌合金用无铬黑。 两种无铬粉末配方提供黑色涂层锌镍和锌，锌铁和锌钴。这些涂料使用3盎司/加仑，工作温度为160至170°F(71至77°C)。这些钝化的工作参数如表2所示。