热浸镀锌液和方法

专利名称：热浸镀锌液和方法
技术领域：
本发明涉及由合金锌组成的热浸镀锌液，这种镀液对于钢制品的间歇镀锌特别有用，该钢制品的硅含量是变化的，或者该钢制品的组成是未知的。
当用常规的非合金锌镀液使钢镀锌时会出现严重的问题，如果钢含有多于0.02％(重量)硅时，所得到的锌镀层太厚也太脆，此外锌镀层具有浅灰色的外观。这是由于下列事实，即当钢与常规的锌镀液接触时如果钢含有多于0.02％重量的硅，那么在钢的表面上形成的铁锌合金层在整个浸入期间随时间而线性增长。钢含有较少硅时情况就不是这样，因为这里的增长速度与浸入时间的平方根成正比。附

图1的曲线说明了钢的硅含量对镀层厚度的影响含有0.03-0.15％(重量)硅的厚度峰叫做Sandelin峰。
在过去为解决这个问题人们已经进行了许多的努力。Technigalva电镀法使用了与0.05-0.06％(重量)的镍合金化的锌镀液。如图1所示，在Technigalva电镀液中，Sandelin峰消失了，但是镀层厚度仍然随钢的硅含量增加。Polygalva电镀法使用了具有0.035-0.045％(重量)的铝和0.003-0.005％(重量)镁的锌镀液。如图1所示，Polygalva电镀法给出了相当不错的结果；但也带来不利因素，即铝含量需要很严格地加以控制，因为一旦锌镀液的铝含量超过0.05％(重量)时，钢和锌镀液之间的反应几乎完全停顿了。
本发明的目的就是提供一种由合金锌组成的热浸镀锌液，此镀液使镀层厚度对钢的硅含量的依赖程度比Technigalva镀液的情况要小得多，和对镀液组成的微小变化的依赖程度也比Polygalva镀液的情况小得多。
通过下述的镀液实现了本发明的目的，这种镀液含有3-15％(重量)的锡或含有1-5％(重量)的锡和0.01-0.1％(重量)的镍，和该镀液可含有浓度高达饱和的铅和浓度高达0.06％(重量)的铝、钙和镁中的一种元素，余量是锌和不可避免的杂质。
当镀液不含镍时，镀液优选的锡含量是3.5-14％(重量)，更优选的锡含量是5-10％(重量)。当镀液含有镍时，其优选的锡含量和镍含量分别是2.5-5％(重量)和0.03-0.06(重量)。
含有1-5％(重量)锡的镀液的镍含量必须至少是0.01％(重量)；否则，镀层厚度可能显著地随钢的硅含量而变化。但是，镍含量不得超过0.1％(重量)；否则有形成浮渣的危险。
为了减少镀液的表面张力，加入一定浓度的铅是有用的，铅的浓度可以达饱和，例如0.1-1.2％(重量)。
为了防止锌氧化，加有铝、钙和镁中的至少一种元素是有用的，优选地其浓度为0-0.03％(重量)，更优选其浓度为0.005-0.015％(重量)；否则在镀液的表面会形成淡黄色的薄膜，这会弄脏电镀制品。
可是铝的含量不得超过0.03％(重量)，否则会有获得未镀上的空白点的危险。镁和/或钙的含量不得超过0.03％(重量)；否则浮在镀液表面上的MgO或CaO可能损坏镀层；况且因之镀液流动性变得很小，可能导致镀层最终质量的降低。
应当指出，卢森堡专利申请LU-A-81061叙述了由一种电镀液组成的方法，该电镀液至少含70％(重量)的锌，其特征在于向所述电镀液中加入下列元素的一种或多种，这些元素是铬、镍、硼、钛、钒、锆、锰、铜、铌、铈、钼、钴、锑、钙、锂、钠、钾，其加入量为使镀液含有低于2％(重量)的各个选取的元素。
锌的质量可以是从再熔化锌碎片到SHG(特别高品位)的任何质量。但推荐使用Zn98.5(国际标准化组织制订的标准752-1981)，优选地至少为Zn99.5，更优选地至少为Zn99.95。
用下列三个实例说明本发明。
实例1在具有不同锡含量的SHG锌的镀液中使用浴温450℃和5分钟浸镀，对具有不同的硅和磷含量的称之为X、M、E、D、R和Y的六种钢进行了镀锌。测量了镀层厚度。下表1总括了这些试验的结果。
表1(Zn-Sn镀液)
图2中这些结果的图示曲线表明由6种试验钢中的5种钢的约3％(重量)的锡含量已经显示出小于150微米的镀层厚度，而由所有试验钢的5％(重量)的锡含量获得了约75微米-约110微米的镀层厚度。
在这方面应该指出，70-90微米的镀层厚度是最合乎要求的。
也应该指出，具有0.075％(重量)Si和0.017％(重量)P的Y型钢是一种具有特别反应性的钢，P对钢的反应性的影响比起Si更明显地大的多。
由上述数据也清楚地看到，当锡含量超过15％(重量)时，这些结果并未得到改进，因此使用不多于10％(重量)的锡是值得推荐的。
实例2在与实例1相同的条件下，在具有0.055％(重量)镍和不同的锡含量的SHG镀锌液中对与实例1相同类型的钢进行了镀锌。
下表2总括了这些试验的结果。
表2(Zn-0.055Ni-Sn镀液)
图3这些结果的图示曲线表明1％(重量)的锡含量已经给出了显著的改进。也表明使用2.5-5％(重量)范围的锡含量是值得推荐的。
实例3在与实例1相同条件下，在具有1.2％(重量)铅和不同锡含量的SHG镀锌液中对实例1的相同类型钢进行了镀锌。
下表3总括了这些试验的结果。
表3(Zn-1.2Pb-Sn镀液)
图4这些结果的图示曲线再一次表明了锡对镀层厚度的有益影响。
用3％(重量)的锡获得的结果在这里明显地稍好于实例1的结果(见图2)。这就是将铅加到镀液中可能是有用的原因。
上面的试验使得本发明的镀液可以避免Technigalva电镀液的缺点和Polygalva电镀液的缺点变得更加清楚。
本发明镀液的另一个优点在于本发明镀液要比先有的工艺镀液给出了更好的花纹和更高的亮度。
也应值得指出的是，在用本发明的镀液长期运行的试验中，既未观察到底渣的形成，也未观察到浮渣的形成。
锡的消耗受到限制，镀层的锡含量要比镀液的锡含量低得多，这一点也是很重要的。
这就是本发明的镀液对于toll电镀工艺特别有用的道理，其中电镀工人需要处理各种各样的钢制品，而钢制品中的硅含量和磷含量一般电镀工是不知道的。
权利要求
1．由合金锌组成的热浸镀锌液，其特征在于该镀液含有3-15％(重量)的锡，浓度高达饱和的铅和0-0.06％(重量)的铝、钙和镁中的至少一种元素，余量是锌和不可避免的杂质。
2．由合金锌组成的热浸镀锌液，其特征在于该镀液含有1-5％(重量)的锡，0.01-0.1％(重量)的镍，浓度高达饱和的铅和0-0.06％(重量)的铝、钙和镁中的至少一种元素，余量是锌和不可避免的杂质。
3．根据权利要求1的镀液，其特征在于该镀液含有0-0.03％(重量)的铝、钙和镁中的至少一种元素。
4．根据权利要求2的镀液，其特征在于该镀液含有0-0.03％(重量)的铝、钙和镁中的至少一种元素。
5．根据权利要求1或3的镀液，其特征在于该镀液含有3.5-14％(重量)的锡。
6．根据权利要求5的镀液，其特征在于该镀液含有5-10％(重量)的锡。
7．根据权利要求2或4的镀液，其特征在于该镀液含有至少2.5％(重量)的锡。
8．根据权利要求2、4或7的镀液，其特征在于该镀液含有至少0.03％(重量)的镍。
9．根据权利要求8的镀液，其特征在于该镀液含有0.03-0.06％(重量)的镍。
10．根据权利要求1-9中任一权利要求的镀液，其特征在于该镀液含有0.005-0.015％(重量)的铝、钙和镁中的至少一种元素。
11．间歇式热浸镀锌钢制品的方法，该钢制品含有硅和/或磷，其特征在于该方法使用了根据权利要求1-10的任一权利要求的镀液。
全文摘要
特别适用于间歇式钢制品镀锌的镀锌液,含有3－15%(重量)的锡,浓度达饱和的铅,和0－0.06%(重量)的铝、钙和镁中的至少一种元素,余量是锌和不可避免的杂质,这种镀液可减小待镀锌的钢的硅含量对镀层厚度的影响。
文档编号C25D3/56GK1215438SQ97192478
公开日1999年4月28日 申请日期1997年2月20日 优先权日1996年2月23日
发明者M·吉尔勒斯, R·索科罗斯基 申请人:联合矿业有限公司