Additives for non-cyanide alkaline zinc electroplating: influence on the properties of the deposits

Abstract

Over the last decades, one of the most currently used processes for batch zinc electroplating has been the alkaline cyanide process. Due to the environmental and safety problems of cyanides, other alternatives have been developed. Good results have been achieved regarding crystallographic structure and surface appearance on zinc deposits obtained with cyanide-free formulations, both in basic research and industrial processes. Generally, a brightening agent and a leveling agent are used and the joined effect of both additives leads to high quality deposits. Numerous formulations exist in the market and most of them are complex mixtures. In this work leveling agents based in polyethylene glycols of different molecular weights were tested and the influence of the molecular size on the properties of zinc coatings deposited on steel tubes was studied. The additives were characterized by electrochemical techniques. Hull cell tests were performed to study the effect of the additives on high and low current density areas. A rotating cylinder electrode cell was built to simulate industrial conditions and the deposits were characterized by scanning electronic microscopy and X-ray diffraction. The results show how molecular size of leveling agents change zinc crystals structure and how this structure can modify the coatings properties.

Uno de los procesos de cincado electrolítico batch más utilizados en las últimas décadas ha sido el cincado alcalino basado en cianuro. Debido a los problemas ecológicos y toxicológicos del cianuro, se han desarrollado alternativas de menor impacto ambiental. Se han logrado buenos resultados en cuanto a estructura cristalográfica y apariencia de los depósitos obtenidos con formulaciones libres de cianuro tanto en investigación básica como en procesos industriales. En general se utilizan un abrillantador y un nivelador que en forma conjunta logran depósitos de calidad óptima. En la industria existen numerosas formulaciones, las cuales en general son mezclas muy complejas. En el presente trabajo se utilizaron niveladores basados en polietilenglicol de diferentes pesos moleculares y se estudió la influencia del tamaño molecular en las propiedades de recubrimientos de cinc sobre tubos de acero. Los sistemas de aditivos se caracterizaron por las técnicas electroquímicas convencionales y se realizaron ensayos de celda de Hull para estudiar el efecto de los aditivos sobre las zonas de alta y baja densidad de corriente. Para simular condiciones industriales, se diseñó una celda de electrodo cilíndrico rotante y los depósitos obtenidos se caracterizaron por microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X. Los resultados obtenidos muestran cómo influye el tamaño molecular de los niveladores en la estructura de los cristales de cinc y como dicha estructura en determinados casos modifica notablemente las propiedades de los recubrimientos.