鍍鋅件返工涂覆鋅鉻涂層工藝探討

劉國鋒，趙珺，劉劍釗，馬旭紅

（包頭北奔重型汽車有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

鍍鋅件返工涂覆鋅鉻涂層工藝探討

劉國鋒*，趙珺，劉劍釗，馬旭紅

（包頭北奔重型汽車有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

鋅鉻涂覆技術(shù)在國內(nèi)日趨成熟，已被很多制造企業(yè)所應(yīng)用。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的需要，通過試驗分析，探究出將鍍鋅零件改制成合格的鋅鉻涂層零件的工藝案例，解決了鍍鋅零件上的鋅層對鋅鉻涂層質(zhì)量的影響問題。采用由硫酸、氯化鈉、OP乳化劑組成的酸洗褪鋅工藝，須先以拋丸破壞原有鋅鍍層的完整性，雖成本低，但存在氫脆的危險，不適用于高強度連接件和彈性類零件。采用由氫氧化鈉和亞硝酸鈉組成的溶液進行堿煮的工藝，適用于所有鐵基材料褪鋅后涂覆鋅鉻涂層。2種工藝處理后的零件均滿足耐20%硝酸銨快速腐蝕試驗時間＞1.5 h的要求。

鍍鋅件；返工；鋅鉻涂層；耐腐蝕性

1 前言

鋅鉻涂覆在20世紀60年代起源于北美，自1993年南京宏光空降廠引入第一條生產(chǎn)線以來，它就以優(yōu)良的防腐性能、無氫脆、無公害等優(yōu)點而很快被國內(nèi)許多制造企業(yè)所應(yīng)用，用來代替原有的鍍鋅、氧化等標準件，以提高其防腐性能[1]。

鍍鋅、磷化、氧化零件等不合格品的返工通常是在相應(yīng)的褪除溶液中除掉表面處理層，再重新進行表面處理。而鋅鉻涂層件的返工是重新拋丸毛化，處理掉表面的鋅鉻涂層后，再重新涂覆。但是，若將已經(jīng)鍍鋅的零件返工成鋅鉻涂層，傳統(tǒng)的褪除方法和工藝則達不到鋅鉻涂層的防腐技術(shù)要求。因此，本文對鍍鋅標準件返工時涂覆鋅鉻涂層的工藝進行探討，以便使其滿足鋅鉻涂層的防腐技術(shù)要求。

2 現(xiàn)狀介紹

筆者所在公司于 2006年引進鋅鉻涂層生產(chǎn)線，2007年完成工藝調(diào)整并開始生產(chǎn)，主要產(chǎn)品是一些螺栓緊固件、墊片、管狀零件等，生產(chǎn)工藝包括零件拋丸、涂鋅鉻涂層(二涂二烘，膜厚6.0 ～ 8.6 μm，未封閉涂層的中性鹽霧試驗時間≥800 h；或者三涂三烘，膜厚8.6 ～ 10.0 μm，未封閉涂層的中性鹽霧試驗≥1 000 h)。表面附著力采用日本達克羅工業(yè)協(xié)會標準JDIS K5311中4.4規(guī)定的賽璐玢膠帶5級標準評定法測定，附著力≥3.5級為合格，以常州達克羅涂覆有限公司推薦的20%硝酸銨快速腐蝕試驗來判定其耐腐蝕性[2]。

2009年初，公司采購了大批量的各類鍍鋅標準件。如今，由于產(chǎn)品整體防腐要求的提高，原來的鍍鋅標準件已達不到新的產(chǎn)品要求。因此，以防腐性能優(yōu)異的鋅鉻涂層代替鍍鋅防腐是最佳選擇。下述為庫存的鍍鋅件返工、涂覆鋅鉻涂層的工藝試驗方案[3]。

(1) 除油：QS-1金屬清洗劑2% ～ 3%，50 ～ 60 °C；除盡為止。

(2) 酸洗：硫酸100 ～ 150 g/L，氯化鈉30 ～ 50 g/L，OP(乳化劑)5 ～ 10 g/L，室溫。

(3) 堿煮：氫氧化鈉 400 g/L，亞硝酸鈉200 g/L，煮沸20 min。

(4) 拋丸：青島雙星履帶拋丸機，鋼丸直徑0.3 ～0.5 mm，電流10 ～ 15 A。

(5) 鋅鉻涂覆：以JH-380型鋅基鉻鹽水基涂料浸涂，100 ～ 150 °C預烘10 ～ 15 min，300 ～ 350 °C燒結(jié)固化20 ～ 30 min，室溫強冷5 ～ 10 min。

(6) 硝酸銨快速腐蝕試驗：由于鹽霧試驗周期時間很長，在生產(chǎn)試驗中很難具體操作，因此借用常州(君合)達克羅涂覆有限公司的企業(yè)標準 QB/JHST001–2001《水系鋅基鉻酸鹽復合涂層》中7.7規(guī)定的快速腐蝕試驗，快速判定涂層的耐腐蝕性能。這也是目前國內(nèi)流行的快速判定鋅鉻涂層耐腐蝕性能的方法，雖然不能替代鹽霧試驗，但是通過對照，可以提供一種快速界定鋅鉻涂層耐腐蝕性能好壞的方法。鹽霧試驗與硝酸銨試驗腐蝕時間對比見表1(以基體不出現(xiàn)紅銹為準)。試驗采用20%的硝酸銨溶液，(70 ± 2) °C水浴。

表1 鹽霧試驗與硝酸銨試驗腐蝕時間對照Table 1 Correspondence between corrosion time of salt spray test and accelerated ammonium nitrate test

3 鍍鋅件返工涂覆鋅鉻涂層工藝試驗

3. 1 工藝1

3. 1. 1 工藝流程

除油─水洗(常溫)─烘干(60 ～ 80 °C，30 min)─拋丸毛化(8 min)─鋅鉻涂覆(常規(guī)返修方法進行處理)。

3. 1. 2 存在的問題

經(jīng)過拋丸毛化及鋅鉻涂覆(兩涂兩烘)的螺栓等緊固件，涂層表面大面積脹起、起皮，用手摸會掉下片狀鋅鉻涂層，進行20%硝酸銨快速腐蝕試驗不到0.25 h，零件就從牙頂出現(xiàn)紅銹，之后牙底也產(chǎn)生紅銹。顯然，該工藝無法滿足技術(shù)要求。之后，加長了拋丸時間，起皮雖有所減輕，但未能從根本上解決問題。

3. 1. 3 原因分析

經(jīng)過分析現(xiàn)場試驗零件后認為，螺栓起皮的主要原因，一是鋅的熔點(420 °C)較低，在150 °C以上有較大的延展性。鋅鉻涂層經(jīng)過310 ～ 330 °C的烘烤燒結(jié)后強冷，會使金屬基體暴露出來；二是未拋凈鍍鋅層的鈍化膜在高溫烘烤下失去結(jié)晶水，從而變脆、開裂，使膜層脹起、起皮，露出金屬基體。露出金屬基體的鋅鉻涂層件在硝酸銨溶液中更易發(fā)生電化學腐蝕，在一定程度上加快了零件的腐蝕速度。

鑒于以上原因，在返工工序中怎樣除去鍍鋅層成為返工是否合格的關(guān)鍵，它將直接影響到之后的鋅鉻涂層的防腐性能。因此，試驗了 2種褪鋅手段──堿性褪鋅和酸性褪鋅。

3. 2 工藝2

3. 2. 1 工藝流程

除油─水洗(常溫)─酸洗(10 min)─水洗(常溫)─烘干(60 ～ 80 °C，30 min)─拋丸(8 min)─鋅鉻涂層(二涂二烘)─檢驗。

3. 2. 2 試驗結(jié)果

經(jīng)此返工，零件表面為正常的銀白色，鋅鉻膜層厚度平均達到了6.12 μm，膜層附著力＞3.5級，合格。但20%硝酸銨快速腐蝕試驗時間僅為45 min，遠遠低于1.5 h的工藝要求。

為了改善工藝質(zhì)量，除了嚴格控制涂液浸涂黏度、甩干時間、烘烤溫度和烘烤時間外，還將酸洗時間調(diào)到了15 min。但所得鋅鉻涂層的快速腐蝕時間都未能突破1 h。原因應(yīng)該是鋅層未能徹底清除干凈。但酸洗時間不能無限期延長，否則，一來會腐蝕緊固件基體，二來容易發(fā)生氫脆。工藝2的試驗以失敗告終。

3. 3 工藝3

為了能夠完全除去鍍鋅層，吸取了上述經(jīng)驗和教訓，決定先破壞鍍鋅膜的完整性，然后酸洗。確定的工藝流程為：除油─烘干─拋丸(8 min)─酸洗─水洗(室溫)─烘干(60 ～ 80 °C，30 min)─拋丸(5 min)─鋅鉻涂層(二涂二烘)─檢驗。

從一批200件M20螺栓中任取3件，在其螺紋端端面分別打上編號為A、B、C。在第二次拋丸后，用測厚儀在螺栓六角端頭面任取 5個點測出拋丸后的空白厚度，并取平均值。經(jīng)二涂二烘后，找出該 3個零件，按同樣的方法，以德國Fischer鍍層測厚儀測試其厚度。厚度測試結(jié)果如表2所示。

經(jīng)以上工藝處理后，試件表面呈銀灰色，膜層厚度處于6.0 ～ 8.6 μm(兩涂兩烘)的范圍之內(nèi)，附著力測試值＞4級，符合工藝要求。按標準用20%硝酸銨做快速腐蝕試驗，時間大于1.5 h，達到公司技術(shù)參數(shù)要求。以上數(shù)據(jù)證明，此工藝返工能滿足鋅鉻涂層現(xiàn)行工藝要求，方法可行，且適合大批量生產(chǎn)。但此工藝在返工中加入了酸洗，有可能增加氫脆。所以對高強度連接件、彈性類零件的返工，應(yīng)慎用。雖然在高溫烘烤涂層時，在理論上也有除氫效果，但仍有發(fā)生氫脆的風險。

表2 試樣按工藝3涂覆鋅鉻涂層前后厚度測試結(jié)果Table 2 Thickness test results of the samples before and after coating zinc chromate coatings based on process III

3. 4 工藝4

工藝3雖然能夠解燃眉之急，但對有彈性墊片和一些強度要求較高的零件而言，仍有發(fā)生氫脆的風險。為此重新配制了堿煮槽進行堿性褪鋅，工序為：堿煮─水洗(工業(yè)，室溫)─烘干(80 ～ 100 °C，30 min)─拋丸(8 min)─鋅鉻涂層(兩涂兩烘)─檢驗。

本次試驗從150件批次的墊圈( 符合GB/T 7244–1987《重型彈簧墊圈》標準)M30中取3件，編號1、2、3，并在墊圈平面上打編號標記。厚度測試也是在墊圈平面上任意取 5個點。試樣涂覆鋅鉻涂層前、后厚度測試結(jié)果見表3。

表3 試樣按工藝4涂覆鋅鉻涂層前后厚度測試結(jié)果Table 3 Thickness test results of the samples before and after coating zinc chromate coatings based on process IV

上述工藝處理后，試件表面呈銀灰色。將這 3件墊圈分別進行膠帶試驗，附著力均＞4級，以20%硝酸銨進行快速腐蝕試驗，耐腐蝕時間大于1.5 h，達到公司規(guī)定的技術(shù)參數(shù)要求。該工藝既能滿足防腐技術(shù)要求，又適合大批量生產(chǎn)，而且返工中沒有酸洗工序，無氫脆缺陷。但工藝中堿煮需要加溫，增加了操作的復雜性。

4 結(jié)語

工藝3和工藝4中，鍍鋅件返工涂覆鋅鉻涂層完全符合鋅鉻涂層的技術(shù)要求，且可進行大批量生產(chǎn)。對于工藝3，其操作簡單，不需加溫，費用較低，一般的企業(yè)都可操作。但它不適合強度要求高的連接件和彈性類零件，而且如果酸洗時間掌握不好，易腐蝕零件。工藝4適合于所有鐵基褪鋅后鋅鉻涂層的處理，尤其適合于一些高強度的彈性零件和怕腐蝕的零件。但該工藝的缺點是需要加溫，能源消耗大，較難操作。

[1] 張偉明. 達克羅──當今世界表面處理的高新技術(shù)[J]. 材料保護, 1995, 28 (8): 19-20.

[2] 肖合森. 達克羅處理的檢測方法[J]. 電鍍與涂飾, 2004, 23 (1): 45-48.

[3] 肖合森. 達克羅(DACROMET)在我國轎車工業(yè)的應(yīng)用[J]. 電鍍與涂飾, 1998, 17 (4): 25-27.

Research on process for reworking the galvanized workpiece by zinc chromate coating technique //

LIU Guo-feng*, ZHAO Jun, LIU Jian-zhao, MA Xu-hong

Zinc chromate coating technology is getting mature in China, and has been applied to many manufacture corporations. A case for modifying zinc-plated parts to eligible zinc chromate coated parts was given by testing and analysis, based on the requirement of production locale. The influence of zinc deposit on zinc-plated parts on the quality of zinc chromate coating was resolved. The process based on pickling with H2SO4, NaCl, and OP emulsifier for removing zinc deposit needs to destroy the zinc deposit previously by shot blasting, and has a risk of hydrogen embrittlement in despite of low cost, hence is not suitable for high-strength connectors and elastic components. The process based on alkaline boiling with NaOH and NaNO2can be applied to removal of zinc deposits from all iron-based materials for further zinc chromate coating. The parts treated by both processes can endure more than 1.5 h in accelerated corrosion test with 20% NH4NO3solution.

galvanized workpiece; reworking; zinc chromate coating; corrosion resistance

Baotou Bei Ben Heavy-Duty Truck Co., Ltd., Baotou 014030, China

TG174.45

A

1004 – 227X (2011) 11 – 0065 – 03

2011–06–17

2011–07–11

劉國鋒（1979–），男，甘肅天水人，本科，工程師，主要從事材料表面前處理、電鍍和涂裝等技術(shù)、工藝研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) xbleopard@yahoo.com.cn，(Tel) 13947288177。

[ 編輯：韋鳳仙 ]