电镀锌镍合金工艺、性能及应用：探索镀层的耐蚀性与镍含量的关系

电镀锌镍合金工艺、性能及应用：探索镀层的耐蚀性与镍含量的关系

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第 2 卷，第 5 期

电镀锌镍合金工艺、性能及应用

冯立群

摘要：介绍了电镀锌镍合金的生产、镀层性能及应用。

关键词：锌镍合金；性能；镉替代；锌替代

电镀锌镍合金（此处仅指挂镀和滚镀，不包括镀层的耐蚀性随镍含量的增加而提高。当镍含量为钢

近三十年来发展最快的是钢卷、线材的连续电镀，已达136-15%，其耐腐蚀性能也达到最高值。

下面就该类镀层的制作做简单介绍，镀层中的镍含量不仅无助于提高耐腐蚀性能，而且

工艺、性能及应用概述。会导致涂层脆性增加，涂层表面难以形成颜色。

钝化膜。

前人已研究过多种类型的锌镍合金电镀液。2.1.2该镀层的电极电位比钢的电极电位更负。

到目前为止，工业生产中采用的电镀液主要是碱性和酸性的，因此这种合金镀层和锌镀层一样，是一种阳极保护

有两种类型：氯化物型。前者所获得的电镀层中的镍含量通常与镀层相同。这种镀层的优点是在镀层受到机械损伤的情况下

当W=10%（wt）时，后者可获得10%以上的镍含量，损伤区域周围的镀层仍能有效地保护钢基体免受

碱性电镀锌镍合金最大的优点是镀层均镀能力好，耐腐蚀性能好，镀层厚度比较均匀，其次是镀液的腐蚀性。

2.1.3涂层具有优良的抗大气腐蚀和海水腐蚀性能

缺点是电流效率低，镀层沉积速度慢，镀层耐腐蚀性好，其耐腐蚀性能比同等厚度的金属锌层至少提高3-4倍。

锌镍合金的性能和亮度不如酸性氯化物型。中性盐雾试验表明，厚度为5至8μm的非金属合金

此外碱性锌镍合金电镀的另一个缺点是，经铬酸盐钝化处理后的锌镍合金镀层长时间不出现红锈现象。

可用于高碳钢、铸铁件表面镀层。相比之下，锌镍合金镀层经铬酸盐钝化处理约500小时后

酸性氯化物电镀锌镍合金的优点是：红锈出现时间可达200​​0h以上。另外，锌镍合金

锌基体具有良好的耐腐蚀性能，镀层沉积速度快，镀层的耐腐蚀性能和光亮度一般都比镀层好，红锈出现后，红锈的扩展速度比金属锌要慢。

碱性电镀比其他方法效率高得多，并且也适用于高碳钢。

2.1.4 经铬酸盐钝化处理的锌层在100～150℃进行钝化。

与电镀锌类似，为了提高锌镍合金镀层的耐蚀性，镀层膜分解变黑，其耐蚀性急剧下降。

增加其装饰效果。提高镀层与基体金属的结合力。处理后的锌镍合金层可耐200-250℃高温。中性盐强度，

锌镍合金电镀后还进行铬酸盐喷淋试验，试验表明，彩色钝化处理后的锌镍合金镀层在200℃后，铬酸盐喷淋试验

经钝化处理后，其表面形成一层稳定性较高、结构致密的保护层，在2℃条件下烘烤2h后，红锈出现时间仍在1000h以上。

锌镍合金钝化膜为无色、有色（又称黄色2.1.5镀层（包括镀层状态和铬酸盐钝化处理））挤压

有蓝色、黑色、土灰色4种颜色，经过冲压、弯曲等各种机械加工后仍能保持较高的耐腐蚀性。

2、锌镍金镀层性能

2.2 硬度和耐磨性

2.1耐腐蚀性能镀层硬度为I-IV180--'220。高于电镀锌

2.1.1锌镍合金镀层中镍含量一般不超过15%，锌镍合金镀层的耐磨性也比金属锌镀层好。

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2011 年 5 月

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电镀锌镍合金工艺、性能及应用

第 2 卷，第 5 期

2.3成形性能可用电镀锌镍合金代替。

厚度小于12μm的锌镍合金镀层具有良好的延伸率，电镀锌镍合金替代电镀镉的工业应用报道越来越多。

具有良好的延展性（相当于镍金属），与基体的结合强度好，可进行冷冲、轧制、拉丝等机械成型，无需

汽车行业是发达国家电镀锌镍合金的最大用户

层，但随着涂层厚度的进一步增加。涂层的内应力，日本的丰田、马自达、本田；美国的克莱斯勒

增加，延展性降低。勒、福特；德国奔驰、大众、阿贝尔（欧宝）等世界

2.4 氢脆 知名汽车厂商纷纷开发汽车零部件锌镍电镀

锌镍合金电镀仅有极小的氢渗透现象，不易制定合金标准规范，取代原有的电镀镉规范。

强钢的氢脆。部件包括汽车的转向系统、液压制动系统和燃油

2.5 漆膜附着力

以及传动系统、空调。据报道，1988年欧洲两大汽车

镀层经钝化或磷化处理后与油漆结合力好，厂家设立的锌镍合金电镀车间电镀液容量达到

250, oooL。根据目前的趋势，锌镍

3 电镀锌镍合金的应用 合金电镀的应用将不断增加。紧固件多采用镀镉

电镀锌镍合金最早于20世纪80年代在日本和西方国家开始使用。由于电镀锌镍合金的耐腐蚀性能超过镀镉，因此，氢、

美国等发达国家均已投资生产，在工业上得到广泛应用，其脆性倾向小，价格低廉，是紧固件的最佳防护选择。

其应用范围和数量还在迅速扩大，在电镀出现之前，航空、汽车、航海、国防工业等行业的紧固件多采用锌镍材质

该合金主要用作钢铁材料的耐腐蚀保护涂层。它用于替代镉涂层。此外，锌镍合金镀层紧固件和铝接头

代替

镀镉和镀锌。接触引起的电化学腐蚀比镀镉小。

3.1 用作镀镉的替代品

这些紧固件也可用于铝制船体。

由于镉具有优良的耐大气腐蚀性能和较低的接触电阻，因此，装甲运兵车原镀镉部件已允许采用锌镍合金电阻。

焊接性良好。与电镀镉不同。特别是低氢镉镀金。此外，同轴电视电缆连接器采用锌镍合金

高强度钢的氢脆倾向比电镀锌低，在工程上替代镉的应用日益广泛。

20世纪80年代，美国每年电镀镉产量达320万磅，作为镀锌的替代品。

欧洲和其他国家的许多国家都受到了镉的危害。

镉的高毒性导致其被禁止使用，法律限制含镉产品，零件的耐腐蚀要求越来越高，目前大量使用的锌涂层

出口和进口。虽然美国尚未禁止使用电镀镉，但它已不能满足要求。电镀锌镍合金是为了满足上述要求

但其使用量正在减少，因此近年来国外开发了新型涂层来满足要求。

无镉镀层生产成本比同等厚度的电镀锌高50%左右。

经过金属镀层与合金镀层性能比较，是纯锌层的3~10倍，即不增加生产成本。

人们认为电镀锌镍合金是镉的最佳替代品之一。除了下一步（适当降低镀层厚度）外，用锌镍合金层代替锌层可以

锌镍合金的接触电阻比镉大，锌镍合金的耐腐蚀性能是镉的2-3倍。

钢件的使用寿命大大增加。

倍，电镀锌镍合金比镀镉具有更低的氢脆性，并且不太可能导致高强度钢电镀锌部件的腐蚀。特别是在恶劣的腐蚀环境中（海洋

发生氢脆，并且其他性能，如钎焊、延展性、

在冷热空气、工业空气和高湿度环境中使用的部件

耐磨性、附着力等与电镀镉类似甚至更好。根据电器元件的不同，将逐步采用电镀锌镍合金。镀镉和镀锌

两种镍合金的性能对比表明，除了西方汽车制造商广泛使用的部件外，电镀锌镍合金的应用也十分广泛。

除电流通过的接触器外，大部分原来用电镀镉的零部件。德国阿贝尔公司开发了热镀锌、电镀锌镍合金、富

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：手电筒电镀锌镍合金工艺、性能及应用

春。

20岁零5个月

中国电镀材料信息第2卷

问题 5

经过对锌镀层进行全面的对比试验，得出结论：锌镍表面处理存在着各类问题。

该合金具有最佳的综合性能，不仅大大提高了耐候性。据悉，采用电镀锌镍合金的电缆桥架已

一些零部件生产成本也降低了，除汽车外，已达1万至2万吨，很多用于国内重大建设项目。

除零部件外，国外报道还在矿山设备、工程机械和工具的动力传动部件中使用锌镍合金镀层，

为防止饮用水二次污染，国务院

固件、船用设备及部件、纺织部件、摩托车，而2月2日发布的“国发[1999]2号文件”明确规定，辐射

限期淘汰内镀锌钢管饮用水用钢管。

电镀锌镍合金的研究与应用在我国始于上个世纪作为饮用水管材，并蓬勃发展。

20世纪80年代中期，由于电镀技术（氯化酸）的早期发展，钢塑管有两种类型：一种是热镀锌管内衬聚乙烯等化学焊条。

另外一种是从实际生产中去除热镀锌钢管内壁锌

在应用上还有一定的差距，在工业生产中还未得到有效的推广。然后在内壁喷涂聚乙烯或粉末环氧等有机涂料

20 世纪 90 年代初，本文作者成功地解决了材料问题。最初的方法是第二种

酸性氯化物电镀锌镍合金工艺的关键是寻找和确定

该公司引进了电动

能有效抑制阴极低电流密度区镍沉积的最佳组合锌镍合金工艺，同年8月完成，年产3万吨。

由于这一突破，该工艺可以取代热镀锌工艺。

适用于形状复杂的钢件挂镀，也可用于滚镀。

自1993年起，该工艺已转移到许多生产单位。

投入工业化大批量生产，采用该工艺的转炉，在转炉内壁涂有烯烃涂层，外壁再镀12-15层锌镍合金。

有些是承接对外加工业务的电镀厂，有些只是自己做一层，产品的锌镍合金镀层都是经过公司自身和国家认证的。

生产表面处理产品的公司近十年来均通过建筑钢材质量监督检验中心中性盐雾试验台的检验。

期间，这些单位镀锌镍合金的工件以光亮为主，镀层出现红锈的时间≥700h，远超国家标准

钢结构种类繁多，这里仅引用电缆桥架中该工序规定的标准值≥400h。

以锌镍合金在钢塑管中的应用为例，说明锌镍合金的使用情况，锌样在中性盐雾试验中出现红锈的时间约为200小时。

值，未达到国家标准值。另外，锌镍合金镀层

电缆桥架如今被广泛应用，使得电线、电缆和管道的外观远远优于热镀锌钢管。

管道、电缆的敷设已达到标准化、系列化、通用化，已确定外涂层为电镀锌镍合金替代热镀锌。

我国电缆桥架年产值已达数百亿元。

表面处理方法有电镀锌和热碱性电镀锌镍合金，也是20世纪90年代中期推出的。

有镀锌、涂漆三种，电镀锌的缺点是耐腐蚀性差，在我国工业生产中已有应用，但无论生产厂家还是生产规范，

在室外，桥架使用寿命较短，热镀锌工艺只适用于小型模具，一般在我国普遍采用电镀锌镍合金。

桥架壁厚应大于3mm，否则桥架受热会变形。

它仍处于早期开发阶段，并且已经

喷漆的问题是已经接近或达到国外先进水平，但其应用范围和使用

桥梁框架结构漆层在运输、安装过程中遭受机械损伤，仅处于初期阶段，与我国化学镀镍的损伤类似。

加速钢基体的腐蚀。另外，一般的喷桥是80年代中期才出现的。可以预计，电镀锌镍适用于

室内，由于大多数油漆层都是在室外使用，容易老化、剥落，该合金也将类似化学镀镍，在未来十年内将迅速衰落。

框架采用电镀锌镍合金，更好的克服了发展问题，由早期进入成熟阶段。