การชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการที่ชั้นสังกะสีถูกยึดติดกับเหล็กเพื่อป้องกันการกัดกร่อนเพิ่มการยึดเกาะ หรือให้ความสวยงาม กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการชุบด้วยไฟฟ้าโดยการปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีส่วนประกอบของเกลือและสังกะสี โดยมีขั้วบวก เป็นสังกะสีและ ขั้วลบเป็นเหล็กการชุบสังกะสีด้วย ไฟฟ้า หรือการชุบโลหะผสมสังกะสีด้วยไฟฟ้ายังคงครองตำแหน่งที่โดดเด่นเหนือตัวเลือกกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าอื่นๆ โดยพิจารณาจากปริมาณการชุบด้วยไฟฟ้าต่อปี ตามข้อมูลของสมาคมสังกะสีระหว่างประเทศ มีการใช้สังกะสีมากกว่า 5 ล้านตันต่อปีสำหรับการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อนและการชุบด้วยไฟฟ้า^{[ 1 ]}การชุบสังกะสีได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ในเวลานั้น สารละลายอิเล็กโทรไลต์ มีส่วนประกอบของ ไซยาไนด์นวัตกรรมที่สำคัญเกิดขึ้นในทศวรรษ 1960 ด้วยการนำอิเล็กโทรไลต์ที่มีส่วนประกอบของกรดคลอไรด์มาใช้เป็นครั้งแรก^{[ 2 ]}ในช่วงทศวรรษ 1980 ได้มีการกลับมาใช้อิเล็กโทรไลต์อัลคาไลน์อีกครั้ง แต่คราวนี้ไม่ได้ใช้ไซยาไนด์ เหล็กแผ่นรีดเย็นชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้าที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือSECCซึ่งเป็นคำย่อของ "เหล็กชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้า รีดเย็น คุณภาพเชิงพาณิชย์" เมื่อเปรียบเทียบกับการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน การชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้ามีข้อดีที่สำคัญดังต่อไปนี้:

• ลดความหนาของชั้นเคลือบเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่เทียบเท่ากัน
• มีตัวเลือก การเคลือบผิวที่หลากหลายมากขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและตัวเลือกสี
• แหล่งแร่ที่สว่างกว่าและสวยงามกว่า

การชุบสังกะสีได้รับการพัฒนาและยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านการป้องกันการกัดกร่อน อุณหภูมิ และความต้านทานการสึกหรอที่ท้าทายที่สุด การชุบสังกะสีด้วยไฟฟ้าถูกคิดค้นขึ้นในปี 1800 แต่การเคลือบที่เงางามครั้งแรกเกิดขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1930 โดยใช้อิเล็กโทรไลต์ไซยาไนด์อัลคาไลน์ ต่อมาในปี 1966 การใช้สารละลายกรดคลอไรด์ช่วยปรับปรุงความเงางามให้ดียิ่งขึ้นไปอีก การพัฒนาที่ทันสมัยล่าสุดเกิดขึ้นในทศวรรษ 1980 ด้วยสังกะสีอัลคาไลน์รุ่นใหม่ที่ปราศจากไซยาไนด์ คำสั่งของสหภาพยุโรปเมื่อเร็ว ๆ นี้ ( ELV / RoHS / WEEE ) ^{[ 3 ]}ห้ามผู้ผลิตยานยนต์ ผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิมอื่น ๆ (OEM) และผู้ผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์จากการใช้โครเมียมเฮกซาวาเลนต์ (CrVI) คำสั่งเหล่านี้ ประกอบกับข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นของ OEM ส่งผลให้มีการใช้สังกะสีอัลคาไลน์ โลหะผสมสังกะสี และ สารเคลือบ แปลงสภาพแบบไตรวาเลน ต์ ประสิทธิภาพสูงเพิ่มมากขึ้น

ในช่วงทศวรรษ 1980 มีการใช้การเคลือบ Zn/Fe (99.5%/0.5%) และ Zn/Ni (94%/6%) แบบอัลคาไลน์เป็นครั้งแรก เมื่อไม่นานมานี้ การเสริมความแข็งแกร่งของข้อกำหนดด้านการกัดกร่อนของผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ในยุโรปและคำสั่ง End of Life Vehicles (ห้ามใช้ การเคลือบแปลง สภาพโครเมียมเฮกซาวาเลนต์) ทำให้ต้องใช้ Zn/Ni แบบอัลคาไลน์ที่มี Ni ระหว่าง 12 ถึง 15% (Zn/Ni 86/14) มากขึ้น^{[ 4 ]} เฉพาะ Zn/Ni (86%/14%) เท่านั้นที่เป็นโลหะผสม ในขณะที่ปริมาณเหล็ก โคบอลต์ และนิกเกลที่ต่ำกว่าจะทำให้เกิดการเคลือบร่วม Zn/Ni (12–15%) ในอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกรดและด่างจะถูกเคลือบเป็นเฟสผลึกแกมมาของแผนภาพเฟสไบนารี Zn - Ni

การป้องกันการกัดกร่อนที่เกิดจากชั้นสังกะสีที่เคลือบด้วยไฟฟ้าส่วนใหญ่เกิดจากการละลายของสังกะสีกับเหล็ก (ซึ่งเป็นวัสดุพื้นฐานในกรณีส่วนใหญ่) ด้วยศักย์ไฟฟ้าแอโนด สังกะสีทำหน้าที่เป็นแอโนดเสียสละเพื่อปกป้องเหล็ก (เหล็กกล้า) ในขณะที่เหล็กกล้ามีค่าศักย์ไฟฟ้าใกล้เคียงกับ E _SCE = -400 mV (ศักย์ไฟฟ้านี้อ้างอิงถึงอิเล็กโทรดคาโลเมลอิ่มตัว มาตรฐาน (SCE)) ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสม สังกะสีที่เคลือบด้วยไฟฟ้าจะมีค่าศักย์ไฟฟ้าแอโนดสูงกว่ามาก โดยมี E _SCE = -980 mV เหล็กกล้าจึงได้รับการปกป้องจากการกัดกร่อนด้วยการป้องกันแบบแคโทดิก การเคลือบแบบแปลงสภาพ (โครเมียมเฮกซาวาเลนต์ (CrVI) หรือโครเมียมไตรวาเลนต์ (CrIII) ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของผู้ผลิต) ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มการป้องกันการกัดกร่อนอย่างมากโดยการสร้างชั้นยับยั้งเพิ่มเติมของโครเมียมและสังกะสีไฮดรอกไซด์ ฟิล์มออกไซด์เหล่านี้มีความหนาตั้งแต่ 10 นาโนเมตรสำหรับฟิล์มพาสซิเวตสีฟ้า/ใสที่บางที่สุด ไปจนถึง 4 ไมโครเมตรสำหรับฟิล์มโครเมตสีดำที่หนาที่สุด

นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์สังกะสีชุบไฟฟ้าอาจได้รับการเคลือบชั้นบนเพื่อเพิ่มการป้องกันการกัดกร่อนและประสิทธิภาพการเสียดทานให้ดียิ่งขึ้น^{[ 5 ]}

สารอิเล็กโทรไลต์ในปัจจุบันมีทั้งคุณสมบัติเป็นด่างและกรด:

สังกะสีสามารถละลายได้ในรูปของสารประกอบไซยาไนด์ Na₂Zn ₍ CN) _₄และในรูปของซิงเคต Na₂Zn ₍ OH ) ₄ _การควบคุมคุณภาพของอิเล็กโทรไลต์ดังกล่าวจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ Zn, NaOH และ NaCN อย่างสม่ำเสมอ อัตราส่วนของ NaCN : Zn สามารถแตกต่างกันไประหว่าง 2 ถึง 3 ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอ่างและระดับความสว่างของชั้นเคลือบที่ต้องการ แผนภูมิต่อไปนี้แสดงตัวเลือกอิเล็กโทรไลต์ไซยาไนด์ทั่วไปที่ใช้ในการชุบที่อุณหภูมิห้อง:

สารละลายเหล่านี้ ประกอบด้วยสังกะสีและโซเดียมไฮดรอก ไซด์ ส่วนใหญ่จะถูกทำให้เงางามด้วยสารเติมแต่งสูตรเฉพาะคล้ายกับที่ใช้ในอ่างไซยาไนด์ การเติมสารเติมแต่งควอเทอร์นารีเอมีนช่วยปรับปรุงการกระจายตัวของโลหะระหว่างบริเวณที่มีความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูงและต่ำ ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพที่ต้องการ ผู้ชุบโลหะด้วยไฟฟ้าสามารถเลือกปริมาณสังกะสีสูงสุดเพื่อเพิ่มผลผลิต หรือเลือกปริมาณสังกะสีที่ต่ำลงเพื่อการกระจายตัวที่ดีขึ้น (ในบริเวณที่มีความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าต่ำ) สำหรับการกระจายตัวของโลหะที่เหมาะสม สังกะสีควรมีปริมาณระหว่าง 6-14 กรัม/ลิตร (0.8-1.9 ออนซ์/แกลลอน) และโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่ 120 กรัม/ลิตร (16 ออนซ์/แกลลอน) แต่เพื่อให้ได้ผลผลิตสูงสุด สังกะสีควรมีปริมาณระหว่าง 14-25 กรัม/ลิตร (1.9-3.4 ออนซ์/แกลลอน) และโซเดียมไฮดรอกไซด์ยังคงอยู่ที่ 120 กรัม/ลิตร (16 ออนซ์/แกลลอน) กระบวนการชุบสังกะสีแบบอัลคาไลน์ที่ไม่ใช้ไซยาไนด์ มีความเข้มข้นของโลหะสังกะสีต่ำ 6-14 กรัม/ลิตร (0.8-1.9 ออนซ์/แกลลอน) หรือความเข้มข้นสูง 14-25 กรัม/ลิตร (1.9-3.4 ออนซ์/แกลลอน) ให้การกระจายตัวของแผ่นสังกะสีที่ดีเยี่ยม ตั้งแต่ความหนาแน่นกระแสสูงไปจนถึงความหนาแน่นกระแสต่ำ หรือเมื่อเปรียบเทียบกับอ่างกรดใดๆ เช่น อ่างที่มีคลอไรด์เป็นส่วนประกอบ (แอมโมเนียมคลอไรด์ต่ำ, โพแทสเซียมคลอไรด์/แอมโมเนียมคลอไรด์) หรือ (ไม่มีแอมโมเนียมคลอไรด์, โพแทสเซียมคลอไรด์/กรดบอริก) หรืออ่างซัลเฟต

ออกแบบมาสำหรับการชุบโลหะด้วยความเร็วสูงในโรงงานที่ต้องการเวลาในการชุบที่สั้นที่สุด (เช่น เหล็กม้วนหรือท่อเหล็กที่วิ่งด้วยความเร็วสูงสุด 200 เมตร/นาที) สารละลายประกอบด้วยซิงค์ซัลเฟต และซิงค์คลอไรด์ในระดับความละลายสูงสุด อาจใช้กรดบอริกเป็นบัฟเฟอร์ pH และเพื่อลดผลกระทบจากการไหม้ที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูง สารละลายเหล่านี้มี สารปรับปรุงโครงสร้างผลึกน้อยมากหากมีการใช้ อาจเป็นโซเดียมแซคคาริน

เดิมทีสารละลายอิเล็กโทรไลต์ใช้แอมโมเนียมคลอไรด์ เป็น หลัก แต่ปัจจุบันมีตัวเลือกอื่นๆ เช่น แอมโมเนียม โพแทสเซียม หรือสารละลายผสมแอมโมเนียม/โพแทสเซียม ปริมาณสังกะสีที่เลือกใช้ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพการผลิตและรูปทรงของชิ้นงานที่ต้องการ สังกะสีในปริมาณสูงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของสารละลาย (ความเร็วในการชุบ) ในขณะที่ปริมาณสังกะสีต่ำช่วยให้สารละลายสามารถทำงานที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าต่ำได้ดีขึ้น โดยทั่วไป ระดับโลหะสังกะสีจะแตกต่างกันไประหว่าง 20 ถึง 50 กรัม/ลิตร (2.7-6.7 ออนซ์/แกลลอน) ค่า pH จะแตกต่างกันไประหว่าง 4.8 ถึง 5.8 หน่วย แผนภูมิต่อไปนี้แสดงส่วนประกอบของสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ทั่วไป:

สารปรับปรุงคุณภาพผิวโลหะทั่วไป ได้แก่ คีโตนและอัลดีไฮด์ที่มีความละลายต่ำ สาร เพิ่มความเงาเหล่านี้ต้องละลายในแอลกอฮอล์หรือไฮโดรโทรป โมเลกุลที่ได้จะตกตะกอนร่วมกับสังกะสี ทำให้เกิดชั้นเคลือบที่เรียบเนียนและเงามาก อย่างไรก็ตาม ชั้นเคลือบที่เงานี้ยังแสดงให้เห็นว่าลดความสามารถในการรับโครเมต/พาสซิเวต ส่งผลให้การป้องกันการกัดกร่อนลดลง

การป้องกันการกัดกร่อนส่วนใหญ่เกิดจากการละลายของสังกะสีที่ศักย์ไฟฟ้าแอโนดเมื่อเทียบกับเหล็ก สังกะสีทำหน้าที่เป็นแอโนดเสียสละเพื่อปกป้องเหล็ก (เหล็กกล้า) ในขณะที่เหล็กกล้ามีศักย์ไฟฟ้าใกล้เคียงกับ -400 มิลลิโวลต์ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสม สังกะสี ที่ชุบด้วย ไฟฟ้า จะมีศักย์ไฟฟ้าแอโนดสูงกว่ามากที่ -980 มิลลิ โวลต์ เหล็กกล้าได้รับการปกป้องจากการกัดกร่อนด้วยการป้องกันแบบแคโทด การผสมสังกะสีกับโคบอลต์หรือนิกเกลในระดับที่น้อยกว่า 1% มีผลกระทบต่อศักย์ไฟฟ้าน้อยมาก แต่โลหะผสมทั้งสองชนิดช่วยเพิ่มความสามารถของชั้นสังกะสีในการสร้างฟิล์มโครเมตโดยการเคลือบแบบแปลงสภาพ ซึ่งช่วยเพิ่มการป้องกันการกัดกร่อนให้ดียิ่งขึ้น

ในทางกลับกัน โลหะผสม Zn/Ni ที่มีอัตราส่วน Ni ระหว่าง 12% ถึง 15% (Zn/Ni 86/14) มีศักยภาพประมาณ -680 mV ซึ่งใกล้เคียงกับแคดเมียมที่ -640 mV ในระหว่างการกัดกร่อน การกัดกร่อนของสังกะสีจะเกิดขึ้นก่อน และการสูญเสียสังกะสีจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของศักยภาพอย่างต่อเนื่องไปสู่เหล็ก ด้วยกลไกการกัดกร่อนนี้ โลหะผสมนี้จึงให้การป้องกันที่ดีกว่าโลหะผสมอื่นๆ มาก

ด้วยเหตุผลด้านต้นทุน ตลาดที่มีอยู่จึงแบ่งออกเป็น Zn/Fe อัลคาไลน์ (99.5%/0.5%) และ Zn/Ni อัลคาไลน์ (86%/14%) การใช้ Zn/Co อัลคาไลน์และกรดแบบเดิม (99.5%/0.5%) กำลังหายไปจากข้อกำหนด เนื่องจาก Fe ให้ผลลัพธ์ที่คล้ายกันโดยมีข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อมน้อยกว่า Zn/Ni แบบเดิม (94%/6%) ซึ่งเป็นส่วนผสมระหว่างสังกะสีบริสุทธิ์และเฟสแกมมาของ Zn/Ni (86%/14%) ถูกถอนออกจากข้อกำหนดของยุโรป ข้อได้เปรียบเฉพาะของ Zn/Ni อัลคาไลน์ (86%/14%) คือการไม่มีการเปราะของไฮโดรเจนจากการชุบ ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าการเกิดนิวเคลียสครั้งแรกบนเหล็กเริ่มต้นด้วยนิกเกลบริสุทธิ์ และชั้นนี้จะถูกชุบหนา 2 นาโนเมตรก่อน Zn-Ni ^{[ 6 ]}ชั้นเริ่มต้นนี้ป้องกัน ไม่ให้ ไฮโดรเจนแทรกซึมลึกเข้าไปใน พื้นผิว เหล็กจึงหลีกเลี่ยงปัญหาที่ร้ายแรงที่เกี่ยวข้องกับการเปราะของไฮโดรเจน กระบวนการนี้และกลไกการเริ่มต้นมีประโยชน์อย่างมากสำหรับเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงเหล็กกล้าเครื่องมือและวัสดุอื่นๆ ที่ไวต่อการเปราะแตกเนื่องจากไฮโดรเจน

มีการพัฒนาโลหะผสมสังกะสี/นิกเกล (86%/14%) ชนิดกรดใหม่ ซึ่งให้การเคลือบที่สว่างกว่า แต่มีการกระจายตัวของโลหะน้อยกว่าระบบด่าง และหากไม่มีชั้นรองพื้นนิกเกลที่กล่าวถึงข้างต้น ก็จะไม่ให้ประสิทธิภาพในแง่ของการเปราะตัวจากไฮโดรเจนได้ดีเท่า นอกจากนี้ โลหะผสมสังกะสีทั้งหมดจะได้รับการเคลือบฟิล์มแปลงสภาพแบบใหม่ที่ปราศจาก Cr ^VIซึ่งมักจะตามด้วยการเคลือบชั้นบนเพื่อเพิ่มการป้องกันการกัดกร่อนความต้านทานการสึกหรอและควบคุมค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

• ส่วนประกอบของอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชุบสังกะสี-เหล็กอัลคาไลน์ที่ความเข้มข้นของเหล็ก 0.5%:

• ส่วนประกอบของอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชุบสังกะสี-โคบอลต์ที่เป็นกรดที่ความเข้มข้น 0.5% ของโคบอลต์:

• ส่วนประกอบของอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชุบสังกะสี-นิกเกิลแบบอัลคาไลน์ 4-8% ใน Ni:

• ส่วนประกอบของอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชุบสังกะสี-นิกเกิลแบบอัลคาไลน์ที่ความเข้มข้นของนิกเกล 12–15%:

• ส่วนประกอบของอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชุบสังกะสี-นิกเกิลที่เป็นกรดที่ความเข้มข้นของ Ni 12–15%:

• เซลล์ฮัลล์
• Thiery, L.; Raulin, F. (2007). "ความก้าวหน้าในการสร้างพาสซิเวตไตรวาเลนต์บนสังกะสีและโลหะผสมสังกะสี" . Galvanotechnik . 98 (4): 862– 869.

• El Hajjami, A; Gigandet, MP; De Petris-Wery, M.; Catonné, JC; Duprat, JJ; Thiery, L.; Pommier, N.; Raulin, F.; Starck, B.; Remy, P. (2007). "การจำแนกลักษณะของชั้นเคลือบโลหะผสม Zn-Ni บางๆ ที่เคลือบด้วยไฟฟ้าบนเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ" Applied Surface Science . 254 (2): 480– 489. Bibcode : 2007ApSS..254..480E . doi : 10.1016/j.apsusc.2007.06.016 .{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list ( link )

• Pommier, N. (Coventya); Thiery, L. (Coventya); Gigandet, MP; Tachez, M. (1998). "การศึกษาทางเคมีไฟฟ้าของการเสื่อมสภาพของสารเคลือบออร์กาโนมิเนอรัล: การวัดความต้านทานโพลาไรเซชันและสเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์ทางเคมีไฟฟ้า" Ann. Chim. Sci. Mater . 23 ( 1– 2): 397– 400. doi : 10.1016/S0151-9107(98)80101-3 .{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list ( link )

• "การชุบโลหะด้วยไฟฟ้าสมัยใหม่ ฉบับที่ 5" (PDF) . Wiley.

• Geduld, H. (1998). การชุบสังกะสี . สำนักพิมพ์ Finishing Publications. ISBN 978-0904477108.

• Wojczykowski, K. (2010). "ความก้าวหน้าใหม่ในการทดสอบการกัดกร่อน: ทฤษฎี วิธีการ และมาตรฐาน" . รายงานการประชุม Surfin . เซสชั่น 7.

• Jiménez, Alexander (2011). "เทคโนโลยีเมมเบรนสำหรับกระบวนการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า" . Surfin Proceedings .