汽车零部件用电镀锌镍合金的现状、研究进展及发展方向

汽车零部件用电镀锌镍合金的现状、研究进展及发展方向

[摘要] 综述了汽车零部件电镀锌镍合金的现状及研究进展，总结了酸性和碱性镀液的组成，简要分析了锌镍合金电镀的高防护性能并综述了其工艺流程，提出了汽车零部件电镀锌镍合金的发展方向。

介绍

科学技术和现代工业的发展对防护镀层提出了越来越高的要求，传统的电镀锌层已不能完全满足要求。近年来，锌合金的研究和应用越来越广泛。锌镍合金以其良好的耐中高温性能和优异的耐腐蚀性能，在汽车工业、飞机制造、军工产品中得到了广泛的应用。在国外，电镀锌镍合金在电镀汽车钢板和汽车紧固件中应用十分广泛。锌镍合金电镀首先在日本和德国获得成功。目前，汽车工业中越来越多的零部件采用锌镍合金进行防护。电镀锌镍合金后，即使镀层很薄，也有很高的耐腐蚀性能。

1 锌镍合金电镀的优点

电镀锌已广泛用于汽车零部件的防护涂层。表1比较了电镀锌和锌镍合金电镀的性能。

与电镀锌相比，锌镍合金电镀工艺主要优点为：

① 镀层防护性好吗？比镀锌层防护性高一倍以上，经白色或黑色钝化处理后，耐腐蚀性能大大提高。

②该电镀工艺氢脆很小，几乎不产生氢脆，适合于高强度钢的电镀。表2为电镀锌层和电镀锌镍合金镀层中氢含量的比较。

③力学性能好。电镀锌镍合金不改变钢的屈服强度、抗拉强度和伸长率，且塑性好。

④与基体结合良好，涂层具有良好的焊接性。

⑤镀液成分简单，使用、维护方便。

⑥镀液毒性低，有利于环境保护。

⑦涂层硬度高，耐刮擦。

2 锌镍合金高防护性能分析

表3为锌电镀层与锌镍合金电镀层耐腐蚀性能比较。

从表3可以看出，锌镍合金具有更强的防护性能。锌镍合金之所以是优良的防护涂层，主要原因有：

①稳定电位比铁低，作为阳极膜对钢基体起电化学保护作用。

②镀层结晶细小，对钢基体起到部分化学保护作用，减缓腐蚀速度。

③从图1中可以看出，由于少量镍的存在，镀层晶体结构呈现择优取向，有效阻碍了腐蚀反应，提高了耐腐蚀性能。

④经钝化处理后，合金中电位较正的金属镍富集，形成防腐隔离层，提高了防护性。

综上所述，镍的存在提高了镀层的防护性能。图2为镍含量对锌镍镀层耐蚀性的影响，从图中可以看出，当镍含量为13%时，锌镍合金的耐蚀性是锌镀层的6倍，防护性能优于铝、镉和镉钛合金，可用于高防护部件或作为镉的替代镀层，含镍量低于15%的镀层对钢基体而言为阳极保护层，其腐蚀过程由阳极控制，表面锌的缺乏提高了阻挡层，降低了阳极溶解速度，镀层耐蚀性好，易于镀铬，也可钝化，含镍量高于15%的锌镍镀层相对钢基体而言为阴极保护层，镀铬和钝化均较困难。 镍含量过高时耐腐蚀性会下降。

3、锌镍合金电镀工艺

锌镍合金共沉积是一种非正常共沉积，锌镍合金电镀工艺主要分为前处理、电镀、钝化处理、除氢处理四个部分。

3.1 预处理

前处理的质量直接决定了镀层的防护性能，锌镍合金的前处理工艺与电镀锌工艺基本相似，电镀锌镍合金的一般前处理工艺为：

镀前检查→裱装→除锈→水洗→水洗→化学脱脂或电化学脱脂→热水洗（70~80℃）→水洗→强腐蚀→水洗→水洗→弱腐蚀→水洗→水洗→电镀。

3.2 电镀锌镍合金

表4列出一些国际主要添加剂制造商的典型锌镍合金电镀溶液的成分和操作条件。

碱性锌镍合金电镀具有酸性锌镍无法比拟的以下特点：

① 在较宽的电流密度范围内成分均匀、分散能力优良。

②碱性镀液对管状零件内部未镀部分有一定的保护作用，而酸性镀液会加速未镀表面的腐蚀。

③成本低、废液容易处理。

3.3 钝化处理

锌镍合金的钝化处理主要有黑色和白色两种。经铬酸盐钝化处理后的钝化膜的耐腐蚀性能比镀锌层钝化膜提高5倍以上。但锌镍合金上形成钝化膜的难度比镀锌层大，且随着合金中镍含量的增加而增大。当镍含量在10％以内时，钝化比较容易，当镍含量在13％左右时，钝化比较困难，当镍含量超过16％时，钝化就比较困难。

3.4 脱氢处理

与镀锌层相比，锌镍合金镀层不易发生氢脆（表2），但当锌镍合金用于军工产品、高强度钢或弹簧部件时，需进行除氢处理。

4.锌镍合金退镀

为了降低成本和将不合格的电镀锌镍件重新使用，需要进行退镀处理。选择合适的退镀液可以防止材料性能发生较大的变化。一般钢件上锌镍合金的退镀液[11,18]为体积比10%的盐酸，工作温度为15~35℃；铝件上锌镍合金的退镀液为500g/L硝酸，工作温度为室温；钢镀件及抗拉强度大于或等于的弹性件的退镀液为100~200g/L亚硝酸钠和200~300g/L氢氧化钠，工作温度为100~150℃。

5. 展望

锌镍合金镀层在汽车零部件上的研究和应用越来越广泛，由于其具有良好的防护性和成本效益、优异的耐腐蚀性能和低的氢脆性能，已成为优良的代镉镀层。锌镍合金的广泛应用对于提高汽车零部件防护层质量、节约金属资源、减少污染、降低成本具有重要意义。未来的发展方向是：

（1）彩色锌镍合金电镀层的开发

目前市场上锌镍合金镀层的外观主要以白色、黑色为主，随着技术的进步，不仅对防护的要求更加严格，对外观的要求也更加严格，开发多种颜色的锌镍镀层势在必行。

（2）酸性锌镍合金体系

目前国际国内各大电镀添加剂厂主要采用碱性锌镍合金体系，酸性锌镍合金体系由于镀液不稳定等原因目前应用还比较少，随着汽车主机厂对铸件及高强钢耐腐蚀性能要求的提高，酸性锌镍合金体系是否还有较大的市场空间？

（3）黑色锌镍合金的耐腐蚀性能有待提高

由于黑色锌镍合金镀层在表面钝化过程中因锌与钝化剂发生了反应而呈现黑色外观，因此，目前市场上使用的黑色锌镍合金镀层的耐腐蚀性能远低于白色锌镍合金，黑色锌镍合金的耐腐蚀性能还有待进一步提高。

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