环保型镀锌电解液中添加剂性能的比较(4)
为提高及文持镀液中锌离子浓度，必须保证与消耗相应的溶锌速率。溶锌速率和以下各因素有关：(1)浸入碱液中金属锌的表面积越大，溶锌速率越快；(2)锌块与有无铁接触有接触时快，无接触时则慢；(3)与锌块接触的铁篮是否进行氧化发蓝处理(或已生锈)，已生锈者则快；(4)NaOH浓度越高，溶锌速率越快；(5)碱液的温度越高，溶锌速率越快。
在实际生产中，可通过改善阴极电流均匀分布、适当提高阴极电流密度均可提高镀层厚度均一性，以满足生产的要求。改善碱性镀锌镀层厚度均一性的实质是通过控制镀液组成及工艺条件，降低阴极高电流密度区电流效率同时提高低电流密度区电流效率而达到的。
2.2.3 添加剂的作用原理
添加剂的作用原理，根据电离理论在不可逆的电沉积过程中，离子放电电位方程:
φZn2 +/Zn =φθZn2 +/Zn－ηH2(1)
φH+/H2 =φθH+/H2－ηZn(2)
从(1) 、(2) 离子放电电位方程式看出，在锌的电解沉积过程中通过极化作用增大氢离子的放电电位才能使锌离子在阴极上优先于氢离子放电析出。添加剂可以起到增大氢的超电压，抑制氢的放电，促进电沉积的顺利进行。锌电沉积时选取添加剂一般遵循的原则，要有良好的稳定性，不向阴极板的电沉积锌中引入杂质; 良好的水溶性，便于溶入电解液; 良好的吸附性，有较大的吸附电位空间，增大电极电位，促进锌的沉积; 结构简单，便于获得。添加剂在电极表面上的吸附, 仅仅是添加剂作用的必要条件, 并不是所有吸附都是有好的结果。更重要的是添加剂参与电极过程, 在电极表面与金属离子共沉积。添加剂的这种微量沉积都会改变电极表面的活性、电荷密度以及电荷分布, 从而显著影响电极过程。添加剂的每一个极性单元的沉积, 将使以沉积点为中心的微小区域与其他区域的电子能级产生差异, 导致该微小区域与其他区域的沉积速度也产生差异, 累积的效应就是我们宏观看到的镀层晶粒细化及正整平或负整平作用的效果。这种特性也就决定了在一定的工艺条件下, 添加剂的用量有一个最佳值。正是因为添加剂的极性单元对镀层电子能级的影响, 从而改变了镀层的结晶行为及其物理化学特性。
我们认为, 应当充份注意电极对电沉积过程的影响。碱性镀锌属强碱性体系,络合剂的络合能力很强,锌的阴极沉积电位较负,这就使有机表面活性剂很难依靠与锌离子的络合在电极表面广谱吸附。因此添加剂必须带一定正电荷,且分子量必须足够大。从电沉积的角度考虑,最好有季胺盐结构,且两个季胺阳离子之间还
必须有合适的距离,否则,吸附在电极表面的添加剂很容易以大分子方式沉积,造成沉积过量, 镀层呈黑色。但是,季胺盐在强碱性体系中是不稳定的,容易降解断裂成小分子, 用环胺聚合的季胺盐容易开环,从而失去效能。
3 研究方案
3.1 研究方法
实验采用9.0cm×2.5cm×0.2cm的A3铁片为阴极，以12g/L氧化锌，125g/L氢氧化钠为基础溶液，取出250mL作为原始样本保存，在剩下镀液中加入由5mLDE、香草醛0.7g/L三乙醇胺30mL/L所组成的添加剂及先进行对比实验，在250mL霍尔槽中先后分别加入原始镀液和含有添加剂的镀液，分别试验所选的电流范围，电镀时间，通过观察相应霍尔槽试片的变化，了解所选使用的添加剂对镀层结合力的影响。
然后进行比较实验，在烧杯中改变镀液温度，pH值，电流密度等工艺参数，通过观察电镀试片试片可以明显发现上述条件改变后对镀层外结合力的影响，预计添加剂组成范围和工艺条件。
实验设计是对实验进行科学合理的安排，以达到最好的试验效果。由于本课题的目的是选择获得最佳性能的镀锌添加剂，所以实验的设计方向是优化试验：其目的是高效率的找出最佳的试验条件，按照试验因素的数目不同，又可以分为单因素优化试验和多因素优化试验。