Spis treści

Technologia cynkowania słabo kwaśnego jest znana już stosunkowo długo i zmieniała się znacząco na przestrzeni lat. Na początku był to proces bardzo wrażliwy na skład kąpieli, zmiany temperatury, zmiany gęstości prądu. Obecnie cynkowanie słabo kwaśne stanowi jeden z najbardziej bezproblemowych i najprostszych procesów galwanicznego nakładania powłok metalicznych.

Początkowo jako sól przewodzącą i bufor stosowano chlorek amonu, jednak ze względu na problemy w oczyszczaniu ścieków i z korozją w galwanizerni został on wyeliminowany z większości systemów i zastosowano inne substancje mające na celu stabilizację pH i zmniejszenie przypaleń w zakresie wysokich gęstości prądowych.

W niektórych systemach nadal używa się lotnych związków organicznych jako wybłyszczaczy. Wykazują one często działanie drażniące na skórę i dlatego pod względem bezpieczeństwa pracy są one gorsze. Nowoczesne systemy cynku słabokwaśnego różnią się znacznie od klasycznych systemów. W nowoczesnych systemach:

- wyeliminowano konieczność zastosowania kwasu borowego i chlorku amonu przez zastosowanie innych soli buforowych.
- stosuje się układy synergicznie oddziałujących dodatków organicznych rozpuszczalnych w wodzie.

Zastosowanie systemu synergicznie oddziaływujących dodatków organicznych wzajemnie zwiększających swoją rozpuszczalność, umożliwiających uzyskanie wysokiego połysku powłoki oraz stosunkowo równomiernego rozkładu w szerokim zakresie gęstości prądów, pozwala również na zmniejszenie dawek tych substancji dozowanych podczas eksploatacji kąpieli (rozpuszczalne w wodzie środki powierzchniowo czynne pozwalające na rozpuszczenie wybłyszczacza w wodzie). Dobrze dobrane dodatki organiczne umożliwiają zastosowanie roztworu soli podstawowych - lepsze krycie, lepsza przyczepność pasywacji, kąpiel można eksploatować przy wyższych wartościach pH, jest bardziej odporna na zanieczyszczenia organiczne.

Do najważniejszych ZALET cynku słabo kwaśnego należą:

1. Bardzo dobre właściwości wyrównujące i wysoki połysk powłoki, konkurencyjny pod tym względem dla powłok dekoracyjnych Ni/Cr (powłoki cynkowe nakładane z kąpieli chlorkowej charakteryzują się mniejszą trwałością połysku, co na chwilę obecną ogranicza ich zastosowanie do celów dekoracyjnych w stosunku do powłok Ni/Cr).
2. Wydajność prądowa rzędu 95 - 100 %.
3. Możliwość pokrywania tzw. trudnych podłoży, a mianowicie stali wysokowęglowych, żeliwa a także stali utwardzanych.


Do najistotniejszych WAD cynku słabo kwaśnego można natomiast zaliczyć:

1. Właściwości korozyjne kąpieli i związane z tym koszty wynikające z konieczności zastosowania wyposażenia z materiałów odpornych na korozyjne działanie kąpieli.
2. Słaba wgłębność kąpieli, co skutkuje gorszym rozkładem grubości nakładanej powłoki, w szczególności na detalach o skomplikowanych kształtach.

Ze względu na nieco większą wydajność prądową anodowego procesu rozpuszczania anod cynkowych - około 100 % - w porównaniu do wydajności prądowej katodowego procesu wydzielania cynku na pokrywanych detalach - około 95 % - stężenie Zn w kąpielach chlorkowych wykazuje tendencję do ciągłego wzrostu. Tempo tego przyrostu jest uzależnione od wielu czynników związanych z warunkami prowadzenia procesu. W układach bębnowych - charakteryzujących się dużym wynoszeniem - często możliwe jest ustabilizowanie zawartości Zn w kąpieli na pewnym stałym poziomie. W układach zawieszkowych, gdzie wynoszenie kąpieli na detalach jest znacznie mniejsze, stężenie Zn rośnie zazwyczaj znacznie szybciej osiągając w ostateczności poziom wpływający negatywnie na jakość osadzanych powłok. Nadmierna zawartość cynku w elektrolicie objawia się m.in. pogorszeniem wgłębności i zdolności krycia kąpieli, obniżeniem punktu zmętnienia, pogorszeniem połysku i powstawaniem matowych powłok w obszarach niskich gęstości prądu. Galwanizerzy nie posiadający możliwości analitycznego oznaczania Zn w kąpieli i opierający swoje działania na wizualnej ocenie jakości powłok decydują się czasami w takiej sytuacji na zwiększenie poziomu wybłyszczacza w kąpieli, co w początkowym stadium problemu przynosi pozytywny efekt. Niemniej długotrwałe kontynuowanie takiego postępowania (likwidowanie złej jakości powłoki w niskich gęstościach prądu przez dodatek wybłyszczacza) przede wszystkim zwiększa koszt prowadzenia procesu (zwiększone zużycie wybłyszczacza, nakładanie grubszych niż założono powłok Zn) i prowadzi do jeszcze większych problemów w przyszłości, generujących dodatkowe koszty, jakie musi ponieść firma (koszt związane z rozcieńczaniem i regeneracją kąpieli, utylizacją nadmiaru elektrolitu, ponowną obróbką detali z wadliwymi powłokami, reklamacjami klientów).

Stosunkowo często spotyka się opinie, według których jednym ze skuteczniejszych sposobów radzenia sobie z przyrastającym stężeniem Zn w kąpielach chlorkowych jest zmniejszenie powierzchni anod cynkowych zanurzonych w elektrolicie. Zalecenia takie znajduje się czasami nawet w instrukcjach technologicznych dużych i znanych dostawców chemii do procesów galwanicznych. Taki sposób rozwiązania problemu jest często poprawny i skuteczny dla alkalicznych kąpieli do cynkowania. Tymczasem w przypadku cynku chlorkowego zmniejszenie powierzchni anod w większości przypadków wywołuje przeciwny efekt, a mianowicie doprowadza do jeszcze szybszego przyrastania stężenia Zn w elektrolicie ze względu na znaczące zwiększenie anodowej gęstości prądu. Tym samym jedynym szybkim i skutecznym rozwiązaniem w przypadku wystąpienia zbyt dużego stężenia Zn w kąpieli jest jej rozcieńczenie. Co więcej, aby zredukować tempo wzrostu zawartości cynku w elektrolicie należy nie zmniejszyć, a wręcz przeciwnie - ZWIĘKSZYĆ - powierzchnię anod w kąpieli. Powoduje to zmniejszenie anodowej gęstości prądu, polepszenie rozkładu prądu na całej powierzchni anod i w ostateczności zmniejszenie tempa wzrostu zawartości omawianego metalu, a czasami nawet ustabilizowanie jego stężenia na względnie stałym poziomie, co znacznie zmniejsza częstotliwość kosztownych i pracochłonnych operacji rozcieńczenia kąpieli.

Wybłyszczacz wyoleja się przy dodatku soli chlorkowych w określonych obszarach kąpieli. Następuje wówczas lokalne przesycenie roztworu i wysolenie związków organicznych. Bardziej równomierne rozproszenie nad kąpielą dodawanych soli chlorkowych może zminimalizować występowanie tego problemu.

Podwyższone stężenie chlorków może również wynikać z dużego odparowania wody przy wysokiej temperaturze otoczenia. Wysoka temperatura urządzeń i instalacji przyśpiesza odparowanie roztworu zwiększając tym samym stężenie chlorków. Wybłyszczacz wysala się i wypływa na powierzchnię kąpieli, kiedy stężenie chlorków niezwiązanych przez cynk w kąpieli wzrasta powyżej 170 do 205 g/l w zależności od stężenia innych składników kąpieli. Wybłyszczacz może również w takiej sytuacji tworzyć nierozpuszczalną zawiesinę w zależności od typu zastosowanego systemu wybłyszczaczy. Dalszym następstwem takiej sytuacji jest zatykanie filtrów i powstawanie matowych powłok. Rozwiązaniem problemu jest dodatek wody do kąpieli. Kąpiel powinna stać się klarowna bezpośrednio po dodaniu wody i ponownemu rozpuszczeniu wybłyszczacza.

Kolejną przyczyną wyolejania wybłyszczacza może być nadmiernie wysoka temperatura. Tzw. punkt zmętnienia oznacza temperaturę, przy której dodatki organiczne są wypierane z roztworu. Inaczej niż w przypadku soli obecnych w wodzie, rozpuszczalność dodatków do cynku chlorkowego w kąpieli maleje wraz ze wzrostem temperatury. Na punkt zmętnienia wpływa dodatkowo pH kąpieli i stężenie chlorków. Ponadto w miarę starzenia się kąpieli, wzrostu stężenia zanieczyszczeń i produktów rozkładu wybłyszczaczy, punkt zmętnienia może się obniżać. Odpowiedni system wybłyszczaczy powinien charakteryzować się punktem zmętnienia w granicach 30 - 70 oC. Wskazane jest zidentyfikowanie typowych warunków pracy kąpieli i wykorzystanie systemu wybłyszczaczy o wyższym punkcie zmętnienia, jeżeli napotykamy problem wysalania wybłyszczaczy z powodu nadmiernej temperatury i nie chcemy ponosić dodatkowych kosztów związanych z chłodzeniem kąpieli.