镀锌钢板电镀前处理技术研究现状及进展

刘林森1，薛雯娟1，王开阳1，蒋显全1，2，程仁菊1，刘文君1

(1．重庆市科学技术研究院，重庆；2．西南大学材料科学与工程学院，重庆)

［摘要］我国电镀锌钢板市场需求供不应求，但是由于质量因素和制造工艺水平的制约，我国需要进口大量电镀锌钢板。而电镀的质量与电镀前处理息息相关，电镀前处理包括粗糙表面的整平、除油和除锈。对目前电镀前处理技术的研究现状和进展做了简述。

［关键词］电镀；前处理；电化学；进展

0·前言

电镀锌钢板具有良好的耐腐蚀性、加工性、可焊性和涂漆性，主要用于汽车、家电、电子、轻工业等行业。随着我国汽车、家电、电子行业的迅速发展，我国电镀锌钢板市场呈现供不应求的情况。由于质量因素和制造工艺水平的制约，使我国电镀锌钢板产品仍以进口为主。电镀前处理主要包括粗糙表面的整平、除油、除锈(又称活化、浸蚀)。除锈即除去表面的氧化物、锈蚀物、钝化膜等(包括强浸蚀、电化学浸蚀和弱浸蚀)。若电镀之前，工件表面不清洁或者有锈、油等，则沉积出来的镀层与基体结合不牢，轻者起泡，重者起皮、脱落，且镀层往往是不连续的，甚至是疏松的。电镀前处理不当，得不到合格的电镀层，造成材料和能源的浪费。因此，电镀前处理技术对于电镀质量起着至关重要的作用。

1·电镀前处理技术

1.1粗糙表面的整平

目前，国内外粗糙表面常用的整平技术主要有磨光、抛光、滚光、喷砂等方法，抛光分为机械抛光、化学抛光和电解抛光。

化学机械抛光(CMP)技术最早出现在20世纪80年代中期，由IBM公司利用Strasburgh公司生产的抛光机在EASTFISHKILL工程进行CMP工艺开发的。目前，CMP技术已经发展成以化学机械抛光机为主体，集在线检测、终点检测、清洗、甩干等技术于一体的化学机械平坦化技术。这对精密元件和器件，如集成电路、半导体元件表面清洗有着生产效率高，表面清洁度好，但投资大，对于抛光介质要求严格。

表面滚磨光整加工技术：将零件置于盛有加工介质(磨块、磨剂、水等)的容器中，加工时，通过零件和磨块之间的相对运动，使处于游离状态的磨块以一定的力对零件表面进行碰撞、滚压、滑擦、刻划的微量磨削作用，改变零件表面的几何特征，从而降低表面粗糙度值，增加表面轮廓支承率，改变表面纹理，去除毛刺等，改善表面层的物理力学性能，提高表面显微硬度，表面形成变质层，改善表面应力状态等，提高零件的清洁度，综合改善零件的表面完整性，提高零件及其产品的使用性能和寿命，达到对零件表面光整加工的目的。目前，表面滚磨光整加工技术还停留在定性的理论研究、实验分析的阶段。如何对其定量化研究、开发适用于特殊零件的表面滚磨光整工艺仍是难题。复合光整加工方法有利于优势互补，是表面滚磨光整加工的一个发展方向。

针对传统的抛光方法在加工过程中无法对加工过程和主要的参数进行精密的控制以致无法实现确定性的加工提出来的，确定性抛光技术就是采取各种各样的手段对诸如抛光速率、倾斜角度、磁场强度等因素实现对抛光过程的控制，目前，这类技术主要有磁流变抛光、离子束抛光、磁射流抛光、气囊抛光等确定性抛光方法。

电化学抛光是在一定电解液中金属工件作为电极，使其表面粗糙度下降，光亮度提高，并产生一定金属光泽的技术。该技术由Ｒ．Winer等人在银电化学抛光方面的第一个专利首次提出。法国P.A.Jacquet在铜和镍方面的研究把该技术推广到工业化。电化学抛光与化学、机械抛光相比，能够处理机械抛光、化学抛光无法抛到的凹处，而且内外色泽一致，光泽持久，生产效率高，成本低廉和去除应力集中的效果。因此，电化学抛光应是未来抛光领域发展的一个方向。

目前，赵峰等在文中提出了几种新型的复合电化学抛光技术。磁场辅助电化学抛光是指在电化学抛光时，在电极间引入外加磁场，使得阳极电解溶解的金属离子在洛仑兹力和电场力的共同作用下改变其运动轨迹与速度，最终实现降低材料表面粗糙度的一种复合抛光新技术。超声波电化学抛光是将电化学作用与超声波振动作用相结合的一种复合抛光技术，可大大提高抛光效率。脉冲电化学抛光是采用脉冲电源代替直流电源，利用非线性电解液、工具阴极与工件阳极之间保持较小的加工间隙的一种工件表面抛光方法。

1.2除油

除油，又称脱脂，在进行电镀之前，必须清除零件表面上的油污，除油效果直接影响电镀质量。工件表面的油脂主要是各种碳氢化合物，有些与碱不起反应，不可皂化，故称为非皂化油，去除这种油只能依靠乳化或溶解作用来实现；而另一些油与碱发生皂化作用，称为皂化油，可通过皂化、乳化和溶解作用去除这种油。常用的除油方法有：物理机械法除油、有机溶剂除油法、化学除油法、电化学除油法以及上述方法的联合法。

电化学除油是在碱性溶液中，以零件为阳极或阴极，采用不锈钢板、镍板、镀镍钢板或钛板为第二电极，在直流电作用下将零件表面油污除去的过程。电化学除油液与碱性化学除油液相似，但其主要依靠电解作用强化除油效果，通常电化学除油比化学除油更有效，速度更快，除油更彻底。

电化学除油除了具有化学除油的皂化与乳化作用外，还具有电化学作用。在电解条件下，电极的极化作用降低了油与溶液的界面张力，溶液对零件表面的润湿性增加，使油膜与金属间的黏附力降低，使油污易于剥离并分散到溶液中乳化而除去。在电化学除油时，不论是制件作为阳极还是阴极，其表面上都有大量气体析出。当零件为阴极时(阴极除油)，其表面进行的是还原反应，析出氢气；零件为阳极时(阳极除油)，其表面进行的是氧化反应，析出氧气。电解时金属与溶液界面所释放的氧气或氢气在溶液中起乳化作用。因为小气泡很容易吸附在油膜表面，随着气泡的增多和长大，这些气泡将油膜撕裂成小油滴并带到液面上，同时对溶液起到搅拌作用，加速了零件表面油污的脱除速度。

1.3除锈

最常用的除锈方法是浸蚀法与机械法。浸蚀主要有化学浸蚀和电化学浸蚀。浸蚀过程中往往还采用电解及超声波振荡等辅助措施，以达到去除某些较厚致密的氧化皮的目的。

电化学浸蚀利用直流电(也可用交流电)，在浸蚀液中去除金属表面的氧化皮、废旧镀层及其他腐蚀产物。零件作为阳极时成为阳极浸蚀，零件作为阴极时成为阴极浸蚀，或阴极-阳极联合浸蚀。零件在阳极依靠电化学溶解、电极上析出氧气的机械剥离以及化学溶解作用将氧化物除去，所以浸蚀速度快、表面质量好，不存在氢脆和杂质在零件表面沉积，在生产上应用得较多，但不可避免基体金属的溶解。

零件的阴极浸蚀，主要是依靠电极上析出氢气的机械剥离和化学溶解作用、氢对氧化物的还原作用等。不存在电化学溶解，大大降低了基体金属过腐蚀的危险。但因大量析出氢带来了严重的氢脆问题，高强度钢及对氢脆比较敏感的合金钢及弹簧等不宜采用阴极浸蚀。

黑色金属可在硫酸液中先在阴极进行较长时间的浸蚀，将氧化物基本除净。然后转向阳极短时间浸蚀，溶去在阴极浸蚀时附着在零件表面上的沉积物，并能减少氢脆的危害。这样可以同时利用阴阳极浸蚀的优点。

近年来，液体等离子体技术被用来进行金属表面的清洗和表面涂层处理。液体等离子体清洗的工作原理为将一种中性导电水溶液喷洒在生锈的金属表面上或者将生锈的金属浸泡在导电水溶液中，将生锈的金属设定为阴极，在直流或交流电场作用下，在金属表面产生等离子体，导致局部高温将金属锈去除。应用此技术可取代目前清洗行业的酸碱洗涤，改善工人劳动环境，减少环境污染和降低废弃物的排放。

金属前处理要根据具体要求而定，实际应用时，根据金属种类和金属表面状况，而选用合适的电镀前处理方法，或几种组合运用。

2·结语

(1)我国汽车、家电、电子行业发展迅速，由于质量因素和制造工艺水平的制约，需要大量进口电镀锌钢板，电镀前处理技术与电镀质量息息相关。

(2)电镀前处理主要包括粗糙表面的整平、除油和除锈。电镀前处理要根据不同的金属和不同的金属表面情况，确定一种合适的电镀前处理方法，或者几种前处理方法组合运用。

(3)电化学方法能够达到整平粗糙表面、除油和除锈的目的，减少了电镀前处理的工序，提高了效率节约了成本，保护了环境，是电镀前处理一种非常有效、经济的方法。