徐金來，胡耀紅，趙國鵬

（廣州市二輕工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所，廣東 廣州 510663）

鋅合金壓鑄件無氰工藝概述

徐金來*，胡耀紅，趙國鵬

（廣州市二輕工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所，廣東 廣州 510663）

介紹了幾種適用于鋅合金壓鑄件的無氰電鍍工藝(包括焦磷酸鹽鍍銅、中性鍍鎳、有機(jī)磷酸鍍銅和酒石酸鹽鍍銅)以及化學(xué)鍍鎳工藝(包括焦磷酸鹽體系和檸檬酸鹽體系)。對鋅合金壓鑄件無氰表面處理的難點和目前存在的問題(如結(jié)合力、黑點和光亮度)進(jìn)行了分析。

鋅合金；壓鑄件；無氰；表面處理工藝；滾鍍；難點

1 前言

鋅合金壓鑄件因可塑性強(qiáng)而廣泛應(yīng)用于日常五金件，如箱包拉鏈頭、門鎖拉把、家具固定件、燈飾零件、皮帶扣、玩具等等。鋅是比較活潑的兩性元素，既可溶于酸也可溶于堿，這就給表面處理帶來很大的麻煩。目前，鋅合金件電鍍大多還是以氰化物體系為主，雖然有不少關(guān)于鋅合金壓鑄件無氰表面處理的研究，但無氰工藝應(yīng)用還是很少。本文對鋅合金壓鑄件無氰表面處理條件及研究過程遇到的問題進(jìn)行了討論。

2 鋅合金壓鑄件無氰表面處理的研究概況

2. 1 鋅合金壓鑄件無氰表面處理的難點

鋅合金本身活潑，表面存在一些缺陷，如裂紋、氣泡、縮孔、疏松，尤其是不經(jīng)過拋光的鋅合金壓鑄件。通常滾鍍用的鋅合金壓鑄件就不經(jīng)過拋光，這也是鋅合金壓鑄件滾鍍比掛鍍難的原因之一。

2. 2 鋅合金壓鑄件無氰表面處理的體系

2. 2. 1 典型的電鍍工藝[1-4]

2. 2. 1. 1 焦磷酸鹽鍍銅

注：必須帶電入槽。

2. 2. 1. 2 中性鎳

注：需要先沖擊電鍍，再轉(zhuǎn)為正常電鍍。

2. 2. 1. 3 有機(jī)磷酸鍍銅

2. 2. 1. 4 酒石酸鹽鍍銅

2. 2. 2 典型的化學(xué)鍍工藝[5-6]

2. 2. 2. 1 焦磷酸鹽化學(xué)鍍鎳

2. 2. 2. 2 檸檬酸鹽化學(xué)鍍鎳

經(jīng)過上述工藝處理后，通常還要進(jìn)行加厚鍍才能進(jìn)入酸銅工藝。

2. 3 鋅合金壓鑄件常用的無氰工藝表面處理流程

掛鍍：除蠟─化學(xué)除油─電解除油─活化─(預(yù)浸)─無氰表面處理─后續(xù)電鍍工藝。

滾鍍：滾光除蠟─滾光除油─活化─(預(yù)浸)─無氰表面處理─后續(xù)電鍍工藝。

2. 3. 1 除蠟

以前主要采用有機(jī)溶劑(如三氯乙烯)除蠟，但迫于清潔生產(chǎn)的壓力，現(xiàn)在逐步被淘汰。取而代之的是有機(jī)除蠟水除蠟，通常配以超聲波，除蠟效率加快。還有一種是用濃硫酸，除蠟、酸洗一次完成。

2. 3. 2 化學(xué)除油

通常使用較溫和的堿性化學(xué)物質(zhì)，如磷酸三鈉、碳酸鈉等，再加上一些表面活性劑。

2. 3. 3 電解除油

通常使用陰極和陽極電解除油相結(jié)合的方式，但也有只使用陽極電解除油的。要求使用較為溫和的除油劑。

2. 3. 4 活化

通常有3種工藝：

(1) 單獨使用氫氟酸，其含量為15 ～ 20 mL/L，室溫；

(2) 單獨使用0.5%濃硫酸處理，或者采用氫氟酸與硫酸的混合酸進(jìn)行處理；

(3) 采用有機(jī)酸活化，如檸檬酸、草酸、有機(jī)磷酸等。

以上工藝處理的時間都在5 ～ 15 s。

2. 3. 5 后續(xù)電鍍

通常所說的鋅合金壓鑄件表面處理無氰化指的是替代氰化物預(yù)鍍銅，而后續(xù)電鍍工藝往往需要較為溫和的鍍種，如焦銅、化學(xué)鎳等，經(jīng)過加厚才能電鍍酸銅鍍。

3 無氰電鍍的條件

3. 1 鋅合金腐蝕pH圖

從圖1可見，pH的提高除了對被鍍金屬的配位加強(qiáng)外，更重要的是降低鋅合金在溶液中腐蝕的傾向。雖然在電鍍過程中不斷有金屬的覆蓋，但覆蓋的金屬是有孔隙的，鍍液通過孔隙到達(dá)基體后就會腐蝕基體，導(dǎo)致后續(xù)電鍍后形成小泡，影響鍍層的結(jié)合力。

3. 2 鋅合金壓鑄件電鍍的置換問題

3. 2. 1 掛鍍

掛鍍比滾鍍簡單一些。掛鍍是連續(xù)通電過程，要求工件在鍍液中出現(xiàn)置換的時間比滾鍍短。當(dāng)然，不出現(xiàn)置換是最好的。

3. 2. 2 滾鍍

圖1 鋅合金腐蝕速率與pH的關(guān)系Figure 1 Relationship between corrosion rate of zinc alloy and pH

滾鍍的條件比掛鍍苛刻得多，要求工件在鍍液中出現(xiàn)置換的時間盡可能長，否則在滾鍍過程中形成的置換層是疏松的，脫落后該部位不再上鍍或上鍍后又會被磨掉，最后形成黑點。另外，滾鍍過程是間隙通電，在通斷瞬間工件局部有可能成為陽極，而發(fā)生溶解，造成局部穿底，形成黑點。經(jīng)驗表明，只有置換時間長于10 min才有可能在滾鍍上應(yīng)用。

滾鍍過程伴隨磨損過程，因此沉積速度是關(guān)鍵因素之一。沉積的速度應(yīng)該比磨損的速度快，若沉積的速度慢于或者接近磨損速度，則在易磨損的地方會沒有鍍層或鍍層薄，這對后續(xù)鍍鎳或其他電鍍不利。轉(zhuǎn)速越快，磨損的速度越快，但較轉(zhuǎn)速慢時鍍層厚度分布更均勻，而且能承受更大的電流。

4 無氰滾鍍存在的一些問題

4. 1 結(jié)合力

無論是掛鍍還是滾鍍，無氰電鍍首要考慮的是結(jié)合力問題，關(guān)鍵是與氰化鍍銅比較。從理論上講，不出現(xiàn)置換是保證結(jié)合力的必要條件，但不是充分條件，不出現(xiàn)置換不代表結(jié)合力能滿足要求。所以，當(dāng)鋅合金壓鑄件在預(yù)鍍液中出現(xiàn)置換時，結(jié)合力固然不好，但不出現(xiàn)置換也不能代表結(jié)合力就一定沒有問題。目前，無氰電鍍的結(jié)合力在冷熱循環(huán)上比氰化物電鍍稍遜，但在劃格試驗上相當(dāng)。

4. 2 黑點

黑點是在滾鍍過程中工件相互摩擦形成的。如3.2.2所述，由于滾鍍是間接通電的過程，當(dāng)沉積速度慢于磨損速度時容易磨穿至基體，若此時不能再上鍍，則溶液腐蝕基體或產(chǎn)生置換，重新上鍍的鍍層極疏松，會再次被摩擦掉。如此反復(fù)，最終形成黑色形狀的點或線，主要出現(xiàn)在工件的尖端位，處于低電流處的尖端位更加明顯。

4. 3 光亮度

經(jīng)過考察，無氰滾鍍的亮度比添加光劑的氰化鍍銅層稍差。由于添加光劑的氰化鍍銅具有一定整平性，而無氰滾鍍件的外觀雖然有一定的亮度，但還是不及氰化物鍍銅件。滾光雖然可以改善鋅合金壓鑄件表面的亮度，但滾光耗時，會影響生產(chǎn)效率，因此也要權(quán)衡。

5 結(jié)語

鋅合金壓鑄件氰化物電鍍問題是當(dāng)前推行清潔生產(chǎn)的一大障礙。研究可應(yīng)用于生產(chǎn)的鋅合金壓鑄件無氰表面處理工藝任重道遠(yuǎn)。只有政府、研究人員及企業(yè)共同配合，才能實現(xiàn)這一目標(biāo)。

(1) 需要電鍍企業(yè)和政府的大力支持，在鋅合金壓鑄件表面處理實現(xiàn)無氰化。

(2) 需要電鍍工作者尤其是工藝操作者，熟悉和接受無氰電鍍的特性，去除舊觀念。

(3) 需要研發(fā)人員與電鍍企業(yè)共同完善產(chǎn)品性能。

[1] 沈亞光, 陳永福. 防護(hù)與裝飾電鍍工藝匯編[M]. 上海: 上海市日用五金工業(yè)研究所, 1985: 374-375.

[2] 哈爾濱工業(yè)大學(xué). 一種鋅合金壓鑄件直接無氰電鍍銅的方法: CN, 101012569 [P]. 2007–08–08.

[3] 陳亞. 鋅及鋅合金的無氰電鍍[J]. 表面技術(shù), 1980 (2): 16-19.

[4] 袁詩璞, 支國富, 袁林春. 鋅壓鑄件鍍無氰堿銅失敗原因分析及改進(jìn):第二部分──改進(jìn)實驗[J]. 電鍍與涂飾, 2006, 25 (10): 16-19.

[5] 唐長斌, 淦伶俐, 陳根香, 等. 鋅合金壓鑄件化學(xué)鍍鎳[J]. 材料保護(hù), 2005, 38 (1): 34-36.

[6] 吳玉程, 魏純金, 鄧宗鋼. 鋅合金壓鑄件的化學(xué)鍍鎳[J]. 材料保護(hù), 1989, 22 (11): 24-25, 34.

Review on non-cyanide surface treatments for zinc alloy die-castings //

XU Jin-lai*, HU Yao-hong, ZHAO Guo-peng

Several non-cyanide electroplating processes, including pyrophosphate copper electroplating, neutral nickel electroplating, organophosphate copper electroplating and tartrate copper electroplating, as well as electroless nickel plating processes with pyrophosphate and citrate systems for zinc alloy die-castings were introduced. The difficulties and existing problems such as adhesion strength, black spot and brightness for non-cyanide surface treatment of zinc alloy die-castings were analyzed.

zinc alloy; die casting; non-cyanide; surface treatment process; barrel plating; difficulty

Guangzhou Etsing Plating Research Institute, Guangzhou 510663, China

TG178; TQ153

A

1004 – 227X (2010) 06 – 0050 – 03

2009–04–03

徐金來（1980–），男，廣東云浮人，工程師，主要從事金屬表面處理研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) kingcome@126.com。

[ 編輯：溫靖邦 ]