可替代氰化鍍鋅的無晶須鋅酸鹽鍍鋅工藝

魏 新

(新東北電氣集團(tuán)高壓開關(guān)有限公司電鍍分廠，遼寧沈陽 110027)

引 言

氰化鍍鋅工藝加工的零件雖然各方面性能均能滿足公司產(chǎn)品的技術(shù)要求，但因氰化物屬劇毒品，微量即可致人死亡，并且危害社會環(huán)境，污水處理費用高，以無氰鍍鋅代替氰化鍍鋅已成必然趨勢。

鋅酸鹽鍍鋅工藝成熟，添加劑種類很多，其中不乏鍍層各項性能優(yōu)異的產(chǎn)品。但公司部分類型的高壓電器產(chǎn)品是引進(jìn)的日立公司技術(shù)，對鍍鋅零件的鍍鋅層上不能有金屬須生成的特殊要求，這需要通過培須試驗來驗證。

由于一些復(fù)雜的原因(例如鍍錫層的殘余應(yīng)力)，會促使鍍錫或錫合金零件表面錫須的生長，會造成電路板發(fā)生短路等問題。同樣，電鍍鋅零件由于某些原因也會出現(xiàn)鋅須，鋅須在產(chǎn)品內(nèi)高電壓狀態(tài)下可能會存在誘發(fā)放電的隱患。所以，選取的鋅酸鹽鍍鋅工藝除滿足各種常規(guī)性能外，還必需通過培須試驗來驗證鍍層不會有金屬須生成。

這里僅介紹經(jīng)前期實驗篩選出來的BZ-480堿性鍍鋅工藝，將其與CZ-450氰化鍍鋅工藝的各項性能作對比。這兩種工藝均出自廣東東莞龐思化工機(jī)械有限公司。

1 BZ-480堿性鍍鋅工藝

1.1 BZ-480堿性鍍鋅溶液配方及操作條件

BZ-480堿性鍍鋅溶液配方及操作條件為:

氧化鋅 9g/L

氫氧化鈉 90g/L

BZ-480 光亮劑 7.5mL/L

BZ-480純化劑 1mL/L

θ 22～34℃

攪拌方式 陰極移動

陽極材料 0#壓延鋅板

1.2 添加劑的作用和補充

BZ-480光亮劑是一種陽離子聚胺混合物，可在較寬的電流密度范圍獲得光亮而有韌性的沉積層，補加量為180～300mL/kAh。

BZ-480純化劑可防止鍍層在低電流密度區(qū)發(fā)暗，發(fā)暗的原因是微量金屬雜質(zhì)或配槽時水中含有雜質(zhì)引起。它亦用以減少由于加入過量的光亮劑而使鍍層鼓泡。補加量按每添加10L BZ-480光亮劑加入1L純化劑。

2 性能測試

以下兩種鍍鋅工藝性能測試的鍍液θ均在22～34℃條件下。

樣件尺寸100mm×50mm×2mm，材質(zhì)Q235A。樣件在BZ-480堿性鍍鋅溶液中鍍鋅后，進(jìn)行出光處理，出光液為0.3%硝酸，出光t為2～5s。

2.1 電流密度范圍

BZ-480堿性鍍鋅工藝在不同電流密度下所得鍍層外觀見表1。

表1 BZ-480堿性鍍鋅層外觀

由表1可以看出，當(dāng)Jκ達(dá)到6A/dm2時，經(jīng)出光后的鍍層外觀仍光亮平整，樣件的邊角部位無燒焦現(xiàn)象，其最佳Jκ為1～3A/dm2;而CZ-450氰化鍍鋅的最佳Jκ為2～3A/dm2。BZ-480堿性鍍鋅工藝的電流密度范圍更寬，便于操作和控制，適宜批量生產(chǎn)。

2.2 沉積速度

樣件在BZ-480堿性鍍鋅溶液中Jκ為2A/dm2，t為60min，所得鍍鋅層采用Minitest2100磁性測厚儀(德國產(chǎn))測量鍍層 δ為31.4μm，沉積速度為0.52 μm/min，是相同條件下 CZ-450氰化鍍鋅沉積速度的1.8倍?？梢?，BZ-480堿性鍍鋅工藝可顯著提高生產(chǎn)效率。

2.3 深鍍能力

依據(jù)JB/T7704.2-1995電鍍?nèi)芤涸囼灧椒ā采w能力試驗。用d 10mm(內(nèi)徑)×100mm紫銅管，水平放置于BZ-480堿性鍍鋅溶液中，使內(nèi)孔中心軸垂直于陽極，Jκ為2A/dm2，鍍鋅30min。鍍后將銅管剖開，測量鍍鋅層鍍?nèi)肷疃冗_(dá)到23mm，是內(nèi)孔徑的2.3倍。滿足產(chǎn)品對鍍?nèi)肷疃炔恍∮诳讖降囊蟆?/p>

2.4 鹽霧試驗

依據(jù)GB/T10125-1997人造氣氛腐蝕試驗—鹽霧試驗。Jκ為2A/dm2，用BZ-480堿性鍍鋅工藝和CZ-450鍍鋅工藝各鍍3個樣件，樣件的鍍鋅層δ約為15μm，采用YC-201鋅彩黃鈍化劑鈍化處理，干燥后置入鹽霧試驗箱中，進(jìn)行中性鹽霧試驗(NSS試驗)，96h后BZ-480堿性鍍鋅樣件無腐蝕跡象，CZ-450鍍鋅樣件鍍層表面出現(xiàn)輕微點蝕，說明BZ-480堿性鍍鋅工藝耐鹽霧腐蝕能力略好于CZ-450氰化鍍鋅。

2.5 SF6氣體腐蝕試驗

為了驗證鍍鋅件在六氟化硫斷路器和六氟化硫封閉式組合電器產(chǎn)品中耐腐蝕性能，自制罐狀容器，將采用兩種工藝得到的鍍鋅樣件放入其中，模擬產(chǎn)品的裝配過程，加蓋密封，抽真空排除其中的大氣和水分，然后充入0.4MPa的SF6氣體。在100℃下恒溫144h后，取出樣件觀察鍍鋅層的腐蝕情況。經(jīng)觀察，兩種工藝的鍍鋅零件均無腐蝕跡象。

2.6 培須試驗

將樣件加工成如圖1所示彎板形狀，在凸起的平面沖d=20mm和d=10mm孔各一個。晶須的觀察部位是兩個孔的邊緣以及兩個平面的中部。

圖1 培須試驗樣件形狀及晶須觀察部位

在Jκ為2A/dm2的條件下，分別以BZ-480堿性鍍鋅工藝和CZ-450氰化鍍鋅工藝各鍍樣件2件，鍍鋅層δ約為15μm。取BZ-480堿性鍍鋅和氰化鍍鋅樣件中的各1件，在(190±10)℃去應(yīng)力處理3h。冷卻至室溫后，將4個樣件一起放入烘箱中，在100℃下恒溫72h，以促進(jìn)晶須的生成。之后，在200倍顯微鏡下觀察是否產(chǎn)生金屬須。圖2為顯微鏡觀察的照片，以不產(chǎn)生金屬須為合格。d=20mm孔邊緣觀察結(jié)果見表2。

圖2 培須試驗照片(200×)

表2 培須試驗結(jié)果

由圖2和表2可以看出，圖2中(a)、(b)和(c)均未發(fā)現(xiàn)晶須現(xiàn)象，圖2(d)在未進(jìn)行去應(yīng)力處理的氰化鍍鋅樣件的d=20mm孔邊緣，發(fā)現(xiàn)有晶須生成，說明CZ-450氰化鍍鋅工藝必須經(jīng)過去應(yīng)力處理來消除鍍層或基體的內(nèi)應(yīng)力，才會避免晶須的生成;而BZ-480堿性鍍鋅工藝無論是否進(jìn)行去應(yīng)力處理均不會有晶須生成。

3 結(jié)論

1)BZ-480堿性鍍鋅工藝比CZ-450氰化鍍鋅工藝的電流密度范圍更寬、沉積速度更快，便于生產(chǎn)操作，提高生產(chǎn)效率。其深鍍能力、中性鹽霧試驗和耐SF6氣體腐蝕試驗，均滿足產(chǎn)品對鍍鋅件性能的要求。

2)鍍鋅件晶須生成的主要原因可能是鍍層及基體的應(yīng)力所致，通過去應(yīng)力處理降低應(yīng)力或選擇適宜的鍍鋅工藝或鍍鋅添加劑可抑制晶須的生成。BZ-480堿性鍍鋅工藝無論是否進(jìn)行去應(yīng)力處理均不會有晶須生成，說明該工藝的鍍層應(yīng)力小，使用的添加劑更有利于抑制晶須的生成。

3)通過以上對鍍層和鍍液性能的測試，結(jié)果表明，BZ-480堿性鍍鋅工藝完全可以取代CZ-450氰化鍍鋅工藝，而且該工藝還有無氰和廢水處理簡單等的優(yōu)點。