于 波 張 玉 于金圓

（1.山東城聯(lián)環(huán)境科技有限公司，萊州 261427；2.山東省機(jī)械設(shè)計(jì)研究院，濟(jì)南 250031）

酸性鍍鋅由于具有鍍液不含絡(luò)合劑、廢水處理較容易、對(duì)設(shè)備腐蝕性小、電流效率高、鍍層整平性和光亮度好等優(yōu)點(diǎn)，該工藝在國(guó)內(nèi)外都得到了很快發(fā)展。工件電鍍后鋅層暴露在空氣中，若不進(jìn)行相應(yīng)處理，鍍層顏色很快就會(huì)變暗，并會(huì)出現(xiàn)白色腐蝕產(chǎn)物。因此，為減少白色腐蝕產(chǎn)物出現(xiàn)，提高鋅鍍層耐蝕性，降低Zn的化學(xué)活性，往往要對(duì)鍍鋅層進(jìn)行鈍化處理，得到豐富多彩的鈍化膜層。這樣既增強(qiáng)了鍍鋅件的耐蝕性，又增加了其裝飾性，大大提高了鍍鋅層的應(yīng)用價(jià)值。

鍍鋅鈍化膜層是非常薄的，且容易變色，鹽霧試驗(yàn)如達(dá)不到要求，就限制了其應(yīng)用范圍。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的發(fā)展，國(guó)外更多企業(yè)在國(guó)內(nèi)尋求合作伙伴，同時(shí)對(duì)電鍍產(chǎn)品質(zhì)量要求也越來(lái)越高，鹽霧試驗(yàn)一般要求達(dá)到72h或以上，不能出現(xiàn)白色銹蝕。因此，鍍鋅鈍化問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注。

受中國(guó)人民解放軍第六四五五工廠的邀請(qǐng)，為其解決鍍鋅軍綠色鈍化工藝問(wèn)題。該廠加工的汽車用擋蓋工件是出口美國(guó)的，由固特異工程橡膠管理（上海）有限公司負(fù)責(zé)。第一批樣品經(jīng)過(guò)美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)檢測(cè)結(jié)果不合格，尤其是耐鹽霧試驗(yàn)根本達(dá)不到所要求的96h。針對(duì)檢測(cè)結(jié)果并結(jié)合工廠現(xiàn)有條件，我們對(duì)酸性鉀鹽鍍鋅軍綠色鈍化工藝進(jìn)行了改進(jìn)。

1 改進(jìn)前存在主要問(wèn)題

第一，酸洗時(shí)，酸洗液酸度過(guò)高，且酸洗后至進(jìn)行電鍍的時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)，有過(guò)腐蝕現(xiàn)象及工件表面鈍化，嚴(yán)重影響了鋅鍍層與基體的結(jié)合力。

第二，電鍍?nèi)芤阂夯鞚?，鍍層光亮度差?/p>

第三，鈍化液不穩(wěn)定，且鈍化后色澤不均勻。

第四，鈍化后水洗不規(guī)范，鈍化膜出現(xiàn)破損現(xiàn)象。

第五，工藝程序存在問(wèn)題，簡(jiǎn)單將除氫工序與膜層老化歸為一步。

2 基本思路

針對(duì)以上問(wèn)題，經(jīng)過(guò)潛在失效模式分析，逐一提出解決方案，重點(diǎn)放在工藝步驟順序調(diào)整和鈍化液性能的改進(jìn)上。

第一，除油后酸洗液采用濃度相對(duì)較低的混酸，并加適量緩蝕劑。

第二，由于鉀鹽鍍鋅層的晶體結(jié)構(gòu)為層狀，其中夾雜著有機(jī)光亮劑，且鍍層表面覆蓋一層有機(jī)膜，即使用3%硝酸出光也不能很好地消除，這樣與鈍化膜的結(jié)合力就差，鉛筆劃格試驗(yàn)時(shí)就容易爆皮。因此，采取工件鍍鋅后放入堿性溶液中去除工件表面有機(jī)膜層，效果顯著。

第三，擋蓋鍍鋅鈍化后邊緣要經(jīng)內(nèi)翻彎曲處理，再進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)。為防止氫脆開(kāi)裂及日后使用過(guò)程中引發(fā)事故，必須有除氫工序。酸洗和電鍍過(guò)程中都會(huì)有氫溶入金屬基體中，這些原子氫富集在晶格缺陷（如空位、位錯(cuò)、品界、夾雜等），這種性質(zhì)的氫稱為可逆氫，可通過(guò)升溫加熱的方式予以排除，達(dá)到消除氫脆的目的[1]。工件的抗拉強(qiáng)度在300MPa左右，所以選擇200℃，除氫2h。除氫工序溫度如此高，如六四五五軍工廠那樣將此工序放在軍綠色鈍化后，致使鈍化膜層完全脫水，顯微鏡下觀察出現(xiàn)細(xì)小裂紋，耐腐蝕性降低，嚴(yán)重影響耐鹽霧試驗(yàn)性能。

第四，鉀鹽鍍鋅是比較好維護(hù)的，一般情況下控制氯化鉀與氯化鋅的質(zhì)量比為3:1，硼酸在30～35g/L，夏天取上限，冬天去下限。有機(jī)雜質(zhì)分解可用活性炭吸附，要防止Cu、Fe、Pb等雜質(zhì)進(jìn)入鍍槽，惡化鍍液性能，處理后鍍液要定期過(guò)濾。工件鍍層一旦出現(xiàn)問(wèn)題，可通過(guò)打赫爾槽試片或化驗(yàn)分析對(duì)鍍液進(jìn)行調(diào)整。

第五，LD型軍綠色鈍化液為本院研制的，根據(jù)擋蓋的材質(zhì)（08Al）將鈍化液中成分做適當(dāng)調(diào)整，使鈍化膜層質(zhì)量（主要指鹽霧試驗(yàn)、劃痕試驗(yàn)、含鉻量不高于6%等）符合采購(gòu)商要求，增加緩沖體系成分含量，并大大延長(zhǎng)了鈍化液的使用壽命。

3 改進(jìn)后工藝

根據(jù)以上分析結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)狀況，制定工藝流程如下：擋蓋工件→除油→水洗→除繡→水洗→電鍍鋅→水洗→除氫→堿性溶液除膜→水洗→鈍化→封閉→水洗→干燥。

第一，進(jìn)廠工件一般包裝完好，少數(shù)工件輕銹，除銹液濃度為20～30%鹽酸溶液，為降低滲氫腐蝕程度，加入適量有機(jī)緩蝕劑。若工件無(wú)銹，除油后在弱酸溶液中活化即可。

第二，對(duì)電鍍鋅槽液進(jìn)行化驗(yàn)分析調(diào)整，使各成分含量在工藝范圍內(nèi)，用HCl或KOH調(diào)整鍍液pH值。添加劑采用“少加勤加”的方法，并定期用活性炭處理槽液。

第三，堿性除膜溶液分別采用NaOH和NaCO3配制，通過(guò)同槽同種工件鈍化后外觀及鹽霧試驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，用2%NaCO3溶液浸漬效果要好一些。

第四，LD型軍綠色鈍化工藝是低鉻配方，未調(diào)整前鈍化液pH=1-1.5，較低的pH值使成膜速度加快，但同時(shí)降低了膜層光亮度。為使工件更美觀，將pH上調(diào)至2，膜層光澤更柔和，宛若油漆層。同時(shí)，加大鈍化液中緩沖物質(zhì)的含量，使緩沖體系更穩(wěn)定，鈍化液壽命大大延長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)改進(jìn)的鈍化液在維護(hù)過(guò)程中只需補(bǔ)加有效成分CrO3、H3PO4和HNO3即可。更換鈍化溶液時(shí)將槽底沉渣倒掉，上清液與新液攪拌均勻即可生產(chǎn)。

第五，軍綠色鈍化膜主要為磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜和三價(jià)鉻轉(zhuǎn)化膜的復(fù)合膜層，由于膜層相對(duì)較厚，其中，會(huì)有少量Cr6+及其他化合物參加反應(yīng)或吸附于膜層中，這些物質(zhì)是無(wú)規(guī)則的，致使膜層中會(huì)存在大量空隙。少量Cr6+化合物對(duì)膜層的色澤和抗腐蝕性是有好處的，但量大了會(huì)對(duì)膜的色澤產(chǎn)生影響。分別用CrO3和KCr2O7配成0.5g/L的封閉液，在加熱到55～65℃條件下，浸漬5s，對(duì)比發(fā)現(xiàn)KCr2O7溶液的填充效果好，且不需要經(jīng)常更換。

第六，擋蓋為直徑20～30mm的圓盤(pán)狀，鈍化后若不封閉直接干燥，無(wú)論采用烘干還是晾干，鈍化膜表面均易出現(xiàn)發(fā)霧、發(fā)花現(xiàn)象。這是由于平面上的未干的水會(huì)溶解鈍化膜，加上水中鈣鎂等離子影響，膜層外觀更不易控制，除非工件鈍化后接著干燥，但在實(shí)際生產(chǎn)中，為降低能耗都是批量生產(chǎn)，不可能單個(gè)干燥。而用KCr2O7溶液封閉后，即使不接著干燥，工件也不會(huì)出現(xiàn)發(fā)霧、發(fā)花現(xiàn)象。為提高膜層的結(jié)合力封閉后要進(jìn)行老化處理，即一般在50～60℃條件下烘干10～20min。若工件隔夜烘干老化，封閉后最好用無(wú)油、干燥的壓縮空氣吹干。

4 檢驗(yàn)

檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（ASTM）執(zhí)行，如表1、表2所示。

表1 TESTS PERFORMED ON FINISHED PARTS

表2 TESTS PERFORMED ON TEST PANELS

按上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，工藝未改進(jìn)前96h鹽霧試驗(yàn)外觀如圖1所示。

工藝改進(jìn)后96h鹽霧試驗(yàn)外觀如圖2所示。工件滿足上述標(biāo)準(zhǔn)要求，耐鹽霧試驗(yàn)達(dá)96h之多。

圖1 工藝未改進(jìn)前96h鹽霧試驗(yàn)外觀

圖2 工藝改進(jìn)后96h鹽 霧試驗(yàn)外觀

5 結(jié)論

氯化鉀鍍鋅鈍化膜耐蝕性較差，是由該工藝本身決定的，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，采取適當(dāng)合理的工藝措施，可大大提高產(chǎn)品質(zhì)量。