20鋼套環(huán)滾鍍鋅工藝及鍍層性能

石磊 *，王光明，許峰源，張琦，張明曉，石勇

（1.山東建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101； 2.濟(jì)南浩金表面技術(shù)有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250101；3.濟(jì)南世紀(jì)金聲科技有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

20 鋼套環(huán)是貨運(yùn)火車車廂上重要的零部件，大量應(yīng)用在車廂制造中。20 鋼套環(huán)電鍍前經(jīng)過熱處理，表面存在大量氧化層和銹蝕痕跡。采用一般方法對20 鋼套環(huán)表面進(jìn)行電鍍，耗時(shí)長，鍍層厚度不均勻，結(jié)合力

不好，表面易起皮。針對這些問題，必須尋找一種鍍液分散能力和覆蓋能力好，所得鍍層與基體結(jié)合力好的滾鍍工藝。

基體20 鋼套環(huán)的長為2.75 cm，下部外徑、內(nèi)徑分別為3.42 cm、1.92 cm，上部外徑、內(nèi)徑分別為3.14 cm、1.92 cm。為解決上述問題，在查找電鍍工藝缺陷的同時(shí)，還對20 鋼套環(huán)基體進(jìn)行檢測，其外觀照片和金相組織見圖1。

圖1 20 鋼套環(huán)的外觀和金相組織Figure 1 Appearance and metallograph of 20 steel ring

從圖1可看出，20 鋼套環(huán)主要由鐵素體和碳化物組成，碳化物呈鏈條狀，邊緣部分存在一定的托氏體。大量碳化物的存在使20 鋼套環(huán)不易上鍍[1]。

本文采用一種覆蓋能力和分散能力良好的滾鍍鋅工藝，并配合三價(jià)鉻鈍化工藝，符合環(huán)保電鍍的要求。

1 工藝介紹

滾鍍鋅工藝流程為：滾光─水洗─上件─活化─水洗─滾鍍鋅─水洗─出光─水洗─三價(jià)鉻鈍化─熱水洗─熱風(fēng)甩干─浸蠟。

1.1 滾光

20 鋼套環(huán)放入滾光桶中，加入一定數(shù)量的直徑約為套環(huán)內(nèi)緣半徑的鋼球，再加入適量體積分?jǐn)?shù)為50%的鹽酸溶液，加入少量緩蝕劑，滾光處理約15 min，表面呈銀白色，光澤度較好。

1.2 活化

將滾筒放入盛有體積分?jǐn)?shù)為3%～5%的鹽酸溶液的活化槽中，活化2～8 s，水洗后滾鍍鋅。

1.3 滾鍍鋅

氯化鋅 65～70 g/L

氯化鉀 210～220 g/L

硼酸 30～40 g/L

BH-51 柔軟劑 20～40 mL/L

BH-51 光亮劑 1～3 mL/L

θ30～40 °C

pH 4.8～5.6

Jk3.0～5.0 A/dm2

裝載量 30～40 kg

滾筒轉(zhuǎn)速 7～8 r/min

t25～35 min

BH-51 柔軟劑和BH-51 光亮劑由廣州二輕工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所生產(chǎn)。該配方取自鉀鹽鍍鋅配方的高限，目的是使鍍液具有更好的分散能力和導(dǎo)電性，縮短電鍍時(shí)間。

1.4 出光

將滾筒浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的稀硝酸出光槽中，保持2～5 s，水洗后鈍化。

1.5 三價(jià)鉻鈍化

硝酸鉻 20～60 g/L

檸檬酸鈉 35～65 g/L

鈷鹽 24～44 g/L

θ室溫

pH 1～3

t8 s

硝酸鉻是形成鋅鉻氧化物鈍化膜的主要成分，構(gòu)成了鈍化膜的“骨架”，使膜層呈藍(lán)白色。檸檬酸鈉為配位劑，控制成膜速率和鈍化液穩(wěn)定性[2]。鈷鹽的主要作用是調(diào)整鈍化膜的外觀與耐蝕性。鈍化后洗凈，于60～70 °C 下熱風(fēng)甩干。

1.6 浸蠟

石蠟加熱至60～65 °C，將電鍍好的20 鋼套環(huán)放入涂覆桶，在離心力作用下使套環(huán)表面形成一層蠟?zāi)?，目的是提高鍍層的耐蝕性和減少摩擦力，便于裝配。

2 鍍鋅層性能

2.1 鍍層厚度

采用JSM-6380LA 型電子掃描電鏡(日本電子公司)測定鍍鋅層厚度[3]，圖2為放大1 000 倍的截面照片。

圖2 鋅鍍層厚度的測定Figure 2 Measurement of Zn coating thickness

從圖2看，套環(huán)外壁的鍍鋅層厚度為15～16 μm，套環(huán)內(nèi)壁的鍍鋅層厚度為5～6 μm，達(dá)到GB/T 9799-1997《金屬覆蓋層 鋼鐵件上的鋅電鍍層》的要求，且厚度均勻。

2.2 附著力

附著力測試采用GB/T 5270-2005《金屬基體上的金屬覆蓋層 電沉積和化學(xué)沉積層 附著強(qiáng)度試驗(yàn)方法評述》中的剝離試驗(yàn)和劃痕試驗(yàn)。剝離試驗(yàn)為：采用25 mm 寬、附著力為8 N 的纖維膠帶(3M 公司8934 測試膠帶810#)，用2 kg 的輥?zhàn)淤N于試驗(yàn)的鍍鋅層上，排除所有氣泡，間隔10 s 后，在膠帶上用一個(gè)垂直于鍍鋅層表面的穩(wěn)定拉力將膠帶拉去，未發(fā)現(xiàn)鍍層從基體剝落，表明鍍鋅層與基體的結(jié)合力較強(qiáng)。劃痕試驗(yàn)為：采用30°銳刃的硬質(zhì)鋼劃刀，在試樣表面劃6 條間距均為2 mm 的平行線，在劃平行線時(shí)，以足夠的壓力一次刻線即穿過鍍鋅層直至基體，未發(fā)現(xiàn)有鍍鋅層從基體脫落，表明鍍鋅層與基體結(jié)合緊密。

2.3 顯微硬度

顯微硬度測試按GB/T 9790-1988《金屬覆蓋層及其他有關(guān)覆蓋層維氏和努氏顯微硬度試驗(yàn)》。將鍍件置于溫度為(23 ± 5) °C 的環(huán)境中，在鍍鋅層斷面上施加標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)力0.245 N，試驗(yàn)力保持時(shí)間10～15 s，測得套環(huán)外壁鍍層的硬度為163.0 HV、154.4 HBW，內(nèi)壁鍍層的硬度為152.8 HBW。

2.4 外觀

按GB/T 9799-1997《金屬覆蓋層 鋼鐵件上的鋅電鍍層》的要求和GB/T 5926-1986《輕工產(chǎn)品金屬鍍層和化學(xué)處理層的外觀質(zhì)量測試方法》所述方法檢測鍍層外觀。具體為：將鍍件放在光線充足或等同60 W日光燈的照明條件下，距離工件30 cm 進(jìn)行觀察，未發(fā)現(xiàn)鍍層有起泡、孔隙、粗糙、裂紋或局部漏鍍現(xiàn)象。

2.5 耐蝕性

鹽霧試驗(yàn)按GB/T 10125-1997《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》中的中性鹽霧試驗(yàn)進(jìn)行。結(jié)果顯示，試驗(yàn)96 h，鍍層未出現(xiàn)腐蝕點(diǎn)。這表明20 鋼套環(huán)表面的鍍鋅層較緊密，厚度均勻，有效發(fā)揮了其防止腐蝕的功能。

3 結(jié)語

鍍鋅層與基體結(jié)合緊密，表面無起泡、孔隙、粗糙、裂紋或局部漏鍍現(xiàn)象，外觀符合國家規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，硬度、耐腐蝕達(dá)到使用要求，使用三價(jià)鉻鈍化符合環(huán)保要求。本工藝適用于20 鋼套環(huán)的表面處理，解決了20 鋼套環(huán)不易上鍍的問題。

[1]曾華梁.電鍍技術(shù)問題對策[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006:172-175.

[2]曹立新,石金聲,石磊,等.電鍍?nèi)芤号c鍍層性能測試[M].2 版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

[3]鄭凱,韓玉華,胡曉輝,等.鑄鋼件表面鍍鋅層的質(zhì)量評價(jià)[J].電鍍與精飾,2011,33 (11):8-10,21.