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电镀锌新工艺

添加日期:2018-11-15 09:35:11    点击量:    作者:电镀锌冷拔丝

       长期以来,电镀锌及锌合金主要用作防护性镀层,广泛应用于工业,农业,建筑等各个领域。为了提高电镀锌的防腐性能和装饰效果,常常在电镀锌表面增加有机涂层。电镀锌由于镀锌过程中的人工电场控制性较强,锌层的表面原子排列紧密,平整度和光亮度较高,影响涂层的附着力,导致电镀锌与有机涂层的结合力大幅降低,因此电镀锌一般不能直接涂装。目前对电镀锌涂装性的系统研究较少,文中主要通过对影响电镀锌层涂装性的因素进行分析:

(一)涂装过程包含着复杂的物理、化学作用,涂层与基体的结合强度受多种因素的影响:有机涂层与金属基体的表面形貌和结构、涂装工艺条件、有机涂层的厚度等。在电镀锌件的涂装过程中,镀层与涂层之间的表面、界面作用是其中最重要的影响因素。电镀锌与涂层之间相互作用的影响因素主要有:润湿与吸附作用、酸碱匹配作用、化学键结合、界面扩散作用、界面的机械作用、弱界面层的作用和双电层作用。通过电镀锌层与有机涂层之间的这些相互作用可以很好地解释电镀锌表面涂装性能差的原因。

电镀冷拔丝

(二)润湿作用是液固体两相分子相互接触的过程,大部分液体涂料与金属基体涂装过程,都属于分子力作用。在分子间作用力主导的涂装过程中,润湿是前提条件,涂料添加稀释剂可以增加涂料流动性,提高与基体的润湿效果。吸附理论认为有机涂层的结合力主要来自于分子间作用力,分子间作用力包括范德华力和氢键力。涂层有机分子与基体金属分子满足一定距离条件后,分子间就会产生作用力,从而达到有效结合的目的。然而有机涂料绝大多数为高分子聚合物其在固体表面的吸附状况与低分子的吸附有所差异。高分子聚合物通常通过分子末端、链段中或侧基中的吸附活性点基团)附着于被粘物体的吸附活性点上,其结合强度主要取决于涂装过程产生的活性点数目 。在电镀锌涂装过程中,光亮的电镀锌层表面张力较小,润湿性较差,且表面分子排列密实、整齐,基本没有可供高分子链吸附的活性点。

电镀冷拔丝

(三)酸碱匹配作用是由于物质分子中电子的转移过程造成的。在高分子涂料中,除了饱和碳氢聚合物外,很多聚合物分子中原子都有给、受电子的能力。因此,在涂装及粘接过程中,酸碱作用是普遍存在的。化学键力主要存在于物质原子或离子之间,包括离子键和共价键连接等。在涂装及粘接体系中,化学键较其他各种分子力的作用能大得多。涂装界面的两相之间一般达不到原子之间的接触状态,较难形成密集的化学键,但当两相物质具有可以产生化学反应的活性基团时,则有可能形成一定数量的化学键,这对提高涂层结合力有着十分重要的意义。

电镀冷拔丝

(四)涂装体系的界面扩散作用和物质的溶解过程类似,都是一种混合的过程。在涂装体系中,扩散作用的结果产生模糊界面,甚至导致涂层界面消失。通过扩散作用在界面处就会出现相互扩散交织的现象,提高了结合力。对于电镀锌的涂装体系,由于镀层表面金属原子排列密实,与有机涂层之间不会发生溶解或溶胀现象,因此在电镀锌的涂装体系中界面扩散作用不大。机械作用力是指有机涂料充满或部分充满基体表面的空隙或凹面,涂层固化后就会使得基体表面与有机涂料之间形成各种形式的啮合结构,并且凹凸不平的表面可以起到增大接触面积的作用。为了提高涂层结合力,物体表面应当适当的进行表面粗化,使表面具有一定的粗糙度。例如金属表面通过喷砂处理增加表面粗糙度,以提高其表面与有机涂层的结合力。电镀锌层表面的锌原子之间是以金属键紧密结合起来的,原子的位置固定不变,排列规整、有序性高,大多能生成晶体结构,密度大而结构致密,表面光滑无空隙或凹面,不但金属分子不能发生扩散,就是涂料分子也不可能扩散到镀层里面去。这也是电镀锌表面涂层结合力性能差的主要原因。同时由于电镀锌层很薄,因此不能通过物理喷砂的方式来增加表面粗糙度。

电镀锌冷拔丝

(五)当金属与非金属物质紧密接触时,由于非金属物质对电子的亲和力大,金属对电子的亲和力小,在金属与非金属的界面区就会产生接触电势并形成双电层。双电层导致的静电吸引作用力有时候是界面作用力的形成原因。在一般的涂装及粘接体系中,双电层作用所产生的静电吸引力对附着力的贡献几乎可以忽略不计。在涂装过程中,环境介质中的低分子物质(水分、油污和空气等)通过吸附、渗透、迁移、凝聚等过程在涂层与基体界面处形成低分子物质的富集区域,产生弱界面层。弱界面层的产生会导致涂装性能的下降,甚至涂层失效、剥落 。由此在涂装过程中,为了降低弱界面对涂层结合性能的影响,应尽量保持电镀锌表面的清洁,减少镀层表面的油污和灰尘。

电镀锌冷拔铁丝

改善方法如下:

(一)镀层表面的润湿角随着镀层中聚丙烯酰胺掺杂量的增加而减小。说明聚丙烯酰胺大分子链的掺杂显著提高了复合镀层的润湿性能。聚合物掺杂的锌基复合镀层都是在镀层表面产生了能够发生化学反应的活性基团。附着力与化学键的数量成正比。这样,镀层表面镶嵌的大量有机高分子链与涂层的高分子链接触时,就会形成大量化学键,提高了电镀锌层的涂装性能。

(二)采用该复合电镀的方式,可根据实际使用环境、所需功能来满足各种实际需求,应用范围很广。复合镀层,利用聚四氟乙烯极低的表面能,形成的复合镀层具有很高的润滑性。当用于涂装环境时,则需要与涂料有较好的匹配效果,形成结合力很强的涂装界面。复合电镀中掺杂的固体微粒或纤维如何均匀的分布于镀液中,并同金属离子共同沉积于工件表面,同时保证镀层与基体的结合力是复合电镀的难点,目前复合电镀工艺的研究仍然不够完善。

  (三)与粘接剂类似的,也可以通过这种方法提高有机涂层与镀层的结合力。镀液中添加纳米可以显著提高镀层与有机涂层的附着力,而不会影响镀层与基体的附着力。这是因为复合镀层表面存在大量裸露的纳米,相当于镀层表面存在大量的硅羟基,由于硅羟基与有机高分子有较好的亲和性,因而能够显著提高镀层与有机涂层的附着力。同时,镀液中纳米含量越高,镀层表面的硅羟基数量就越多,同时镀层表面也更粗糙,这些都有利于提高镀层与有机高分子的结合力。该复合镀层的难点在于如何使纳米材料均匀稳定地分散在镀液中。

(四)电镀锌完成后往往需要进一步表面处理,常见的是钝化处理,但钝化膜的存在会影响有机涂层的附着力,不利于涂装。电镀锌的其他化学表面处理,如氧化、阳极化或酸洗处理后,其表面有可能产生活性的氧化层与水合结构,在一定程度上能提高电镀锌的涂装性能,但同时会破坏镀层的防护性。由于磷化膜属于不导电的膜层,当漆膜损坏时,腐蚀过程就会被限制在漆膜损坏的地方。磷化膜仍与基体金属牢固的结合在一起,因而可以防止电解液的扩散形成微电池,从而抑制了漆膜下的腐蚀,可以进一步提高电镀锌对基体金属的防护性。电镀锌后进行磷化可以得到耐蚀性与涂装性都非常优异的复合膜层。

电镀锌冷拔铁丝

        从涂装过程的润湿、吸附、扩散及化学反应等涂装界面作用机理分析了导致电镀锌涂装性能差的原因,并针对电镀锌层和有机涂料的特点,从电镀锌层结构及其表面处理两个方面介绍了目前能够有效改善电镀锌层涂装性能的一些方法,其中磷化处理是目前比较成熟、应用广泛的处理方式,不仅能提高涂层结合力,还能进一步提高对基体的防护性能。影响电镀锌表面涂装性的主要原因是镀层表面光滑、难以扩散、润湿性差、与有机涂层不易形成化学键等,可以通过这几个方面对电镀锌的涂装性能进行改善。其中复合镀层可以改善电镀锌表面状态,提高镀层的涂装性,但复合电镀工艺的研究仍然不够完善,存在诸多问题。磷化处理作为另外一种常用的金属表面防护手段,可以增强电镀锌与有机涂层之间的结合力,并可进一步提高对基体的防护性,是目前比较成熟、应用广泛的提高电镀锌涂装性的方法。硅烷化处理作为磷化处理的替代工艺,对环境无污染,操作简单,是提高电镀锌涂装性的发展重点。

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