張 筠

(中航工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)技術(shù)裝備中心工具單元,遼寧沈陽 110034）

氰化鍍鋅層厚度控制的初探

張 筠

(中航工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)技術(shù)裝備中心工具單元,遼寧沈陽 110034）

0 前言

鍍鋅一般是作為防護(hù)性鍍層來使用,對尺寸要求不高,但是并不能說明控制鍍鋅層厚度沒意義。眾所周知,由于環(huán)境保護(hù)的原因,很多單位都在使用無氰鍍鋅工藝,但是由于氰化鍍鋅與無氰鍍鋅相比具有很多優(yōu)點(diǎn),這些優(yōu)點(diǎn)使其在航空、航天等對鍍層要求嚴(yán)格的場合是無氰鍍鋅無法取代的。相比于其他無氰鍍鋅工藝,氰化鍍鋅能在復(fù)雜零件表面獲得厚度更均勻的鍍層。所以繼續(xù)研究氰化鍍鋅是有一定現(xiàn)實(shí)意義的。本文以我單位加工的某項(xiàng)要求控制鍍鋅層厚度的航空產(chǎn)品為例,簡要介紹在鍍鋅過程中控制鍍層厚度的方法,希望能起到拋磚引玉的作用。

1 零件的要求

產(chǎn)品為螺紋桿件,材料為30CrMnSi,頂端焊有65Mn彈簧鋼壓板,零件要求的抗拉強(qiáng)度為1 100 MPa,螺紋公差在±0.001 5 mm之間。以往在鍍鋅中沒有注意關(guān)于控制鍍層厚度的問題,往往在鍍鋅后螺紋桿件在裝配時(shí)旋不進(jìn)螺紋導(dǎo)套中,所以不得不返工;但是由于零件是航空產(chǎn)品,又因?yàn)榱慵目估瓘?qiáng)度高,導(dǎo)致不能多次返工,設(shè)計(jì)給出的要求為此零件在整個(gè)表面處理工序中只能返工2次。所以選則合適的工藝參數(shù)來控制鋅層的厚度是唯一的解決辦法。為了控制厚度,要求零件加工單位將零件螺紋部分車小(0.08±0.001 5）mm,作為鍍層厚度的余量。

2 實(shí)現(xiàn)厚度控制的可能性分析

很多人認(rèn)為靠計(jì)算來控制鍍層厚度是不容易實(shí)現(xiàn)的,因?yàn)殄儗雍穸扰c很多因素有關(guān),其中最主要的因素有主鹽,配位劑的質(zhì)量濃度,電流密度,電流效率,而電流效率又與溫度及鍍液的擴(kuò)散等有關(guān)。所以為了方便計(jì)算,需控制以上參數(shù),將主鹽氧化鋅及配位劑的質(zhì)量濃度控制在(中間值±2）g/L左右,還需將溫度與電流效率也控制在一定范圍內(nèi)。另外還有一個(gè)最主要的因素就是零件的復(fù)雜程度直接影響電流密度的分布,電流密度分布不均勻就會(huì)造成鍍層厚度的不均勻,這一問題也只有在氰化鍍鋅中才能部分解決。因?yàn)樵谇杌冧\中電流效率隨電流密度的提高而下降。對于一件外形復(fù)雜的零件,在電鍍時(shí)實(shí)際的電流分布是凸部大于凹部,使凸部(相當(dāng)于近陰極）比之凹部(相當(dāng)于遠(yuǎn)陰極）能沉積更多的金屬。但是凹部的電流效率高于凸部的電流效率,這樣就造成電流密度和電流效率的乘積在凹部與凸部的數(shù)值趨于接近。所以氰化鍍鋅在對于復(fù)雜零件的電鍍上能取得相對優(yōu)異的平均厚度鍍層。但這個(gè)也是相對的,如果零件過于復(fù)雜,就要考慮作象形陽極的問題了。

3 鍍鋅工藝參數(shù)

氰化鍍鋅工藝規(guī)范為:氧化鋅 33～45 g/L,氰化鈉 70～90 g/L,氫氧化鈉 75～100 g/L,硫化鈉0.5～5.0 g/L,2～5 A/dm2,16～40 ℃,S陰∶S陽=1∶2。為了便于計(jì)算,將以上參數(shù)控制在:氧化鋅(36±2）g/L,氰化鈉 (80±2）g/L,氫氧化鈉(88±2）g/L,硫化鈉 2 g/L。

在一些資料上氰化鍍鋅的電流效率在60%～85%之間,這個(gè)范圍有點(diǎn)大,很難作為計(jì)算依據(jù)。所以為了進(jìn)一步縮小本單位氰化鍍鋅槽的電流效率范圍,與本集團(tuán)公司內(nèi)部的冶金、理化部門配合,通過試驗(yàn)及式(1）更進(jìn)一步縮小了電流效率范圍。

其中:η為電流效率;M為實(shí)際析出物的質(zhì)量,g;I為電流,A;t為時(shí)間,h;K為電化當(dāng)量,g·A-1·h-1。

在試驗(yàn)中充分考慮各工藝參數(shù)對電流效率的影響。其中,把溫度控制在(25±5） ℃之間,采用陰極移動(dòng)方式。通過試驗(yàn)及計(jì)算得出鍍槽的電流效率在75%～85%之間。在計(jì)算中取中間值80%。

根據(jù)式(2）得出要求鍍出相應(yīng)厚度所需的時(shí)間。

其中:δ為鍍層要求控制的厚度(0.08±0.001 5）mm(厚度隨產(chǎn)品要求而變）;K為電化當(dāng)量,本試驗(yàn)取1.22 g·A-1·h-1;Dk為電流密度,本試驗(yàn)取3 A/dm2;η為陰極電流效率,本試驗(yàn)取80%;ρ為密度,本試驗(yàn)取7.17 g/cm3。

4 結(jié)論

通過公式求出的時(shí)間只是近似的時(shí)間,因?yàn)樵谡麄€(gè)電鍍過程中鍍層的沉積受很多因素的影響,要想簡單的通過一個(gè)公式就能精準(zhǔn)地控制鍍層的厚度是不可能的。但是運(yùn)用此公式計(jì)算出的時(shí)間偏差較小,在生產(chǎn)時(shí)只需將以上參數(shù)固定,時(shí)間上做適當(dāng)調(diào)整就能連續(xù)穩(wěn)定的鍍出均勻的鍍層。

TQ 153

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2010-12-27