無(wú)氰堿性鋅酸鹽鍍鋅層起泡原因分析及解決措施

張小勇

（河南北方星光機(jī)電有限責(zé)任公司，河南 鄧州 474150）

無(wú)氰堿性鋅酸鹽鍍鋅層起泡原因分析及解決措施

張小勇

（河南北方星光機(jī)電有限責(zé)任公司，河南 鄧州 474150）

分析了鍍前處理、鍍液成分、雜質(zhì)和操作條件對(duì)鋅酸鹽鍍鋅層結(jié)合力的影響，指出鋅層結(jié)合力不良是鍍層起泡的原因，并提出了相應(yīng)的解決措施。

鋅酸鹽鍍鋅；起泡；內(nèi)應(yīng)力；結(jié)合力

Author’s address:Henan Beifang Xingguang Electromechanical Co., Ltd., Dengzhou 474150, China

無(wú)論是氰化物鍍鋅、氯化鉀鍍鋅還是堿性鋅酸鹽鍍鋅，在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)鍍鋅層起泡的質(zhì)量問(wèn)題。鍍層起泡是局部鋅層喪失附著力而脫離基體表面并呈圓柱狀凸起的現(xiàn)象(如圖 1所示)。如果發(fā)現(xiàn)下線的工件鍍鋅層出現(xiàn)起泡故障，通過(guò)查找原因，采取必要的措施或退鍍后就能解決；但如果下線后的工件不起泡，放置數(shù)日或數(shù)周后甚至零部件裝配成型后鍍層才起泡，將給使用者造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，筆者根據(jù)長(zhǎng)期的工藝實(shí)踐，分析了堿性無(wú)氰鋅酸鹽鍍鋅層起泡的原因，并給出了相應(yīng)的解決措施。

圖1 鍍鋅層鈍化后起泡現(xiàn)象Figure 1 Blistering phenomenon of zinc coating after passivation

1 鍍前工件的表面狀況

零件在機(jī)械加工過(guò)程中，其表面缺陷處易滲入油污。盡管鍍前經(jīng)過(guò) 2次嚴(yán)格的陽(yáng)極電化學(xué)除油，但仍可能有少量油污殘留，并且在電鍍過(guò)程中易滲入酸、堿、鹽和有機(jī)物，這些油污和有機(jī)雜質(zhì)夾雜在鍍層中易引起鍍層起泡。因此為確保鍍后質(zhì)量，應(yīng)選用表面狀態(tài)適宜的原材料，不宜選用表面有微孔、凹坑或被腐蝕的材料[1]。

2 鍍前處理對(duì)鍍鋅層結(jié)合力的影響

工件表面存在的油污、鐵銹等會(huì)直接阻礙鍍層金屬與基體金屬之間的接觸，因此鍍前應(yīng)將工件表面的油污、氧化皮和殘?jiān)幚砀蓛?，以保證電鍍后鍍層的結(jié)合力和完整性。

2. 1 電化學(xué)除油的影響

即使是堿性鍍鋅，為了提高鍍鋅層的結(jié)合力，也應(yīng)當(dāng)使工件除油徹底。判斷零部件除油是否徹底的方法是：將工件除油、活化、水洗后，觀察工件表面的水膜，若水膜不斷裂，則表明除油徹底；若工件表面的水膜有撕裂現(xiàn)象，則除油不徹底。一般采用陽(yáng)極電化學(xué)除油，工藝條件為：電流密度1 ～ 3 A/dm2，溫度40 ～ 70 °C，時(shí)間8 ～ 15 min。為了提高除油效果，工件在入電鍍槽前應(yīng)至少經(jīng)過(guò)2次電化學(xué)除油。對(duì)于表面油污較大的工件，建議先進(jìn)行超聲波清洗，再進(jìn)行電化學(xué)除油。此外，應(yīng)定期清理除油槽陰極板上沉積的重金屬雜質(zhì)和污泥。

2. 2 除油后清洗的影響

工件除油后應(yīng)先用熱水洗(溫度40 ～ 70 °C，時(shí)間3 ～ 5 s)，再用冷水洗(常溫，3 ～ 5 s)，確保工件除油后清洗徹底。若冷水洗工位液面有大量油污漂浮，使該工件清洗得不徹底，必將污染后道工序(如酸洗、水洗、活化、鍍鋅)，最終導(dǎo)致鍍鋅層結(jié)合不牢，甚至起泡。為了防止此現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)線節(jié)拍，控制好生產(chǎn)線熱水洗和冷水洗的水流量，確保鍍件在該工位清洗徹底，并定期清理前處理各槽液面的油污。在滾鍍或筐鍍手動(dòng)線上生產(chǎn)時(shí)，滾筒或筐子的一次裝載量不能過(guò)大，否則可能導(dǎo)致除油和清洗不徹底，最終引起鍍鋅層起泡。

2. 3 酸洗(包括強(qiáng)酸洗和活化)的影響

2. 3. 1 酸洗的影響

工件除油后必須進(jìn)行酸洗[強(qiáng)酸洗除銹，弱酸洗(活化)除氧化膜]，以除去工件表面的氧化皮，露出基體金屬組織，提高鍍鋅層結(jié)合力。酸洗不徹底同樣會(huì)導(dǎo)致鋅層起泡。酸洗液濃度過(guò)高，易腐蝕工件；酸洗液濃度過(guò)低，氧化皮(膜)未能徹底去除，鍍鋅后鋅層沉積在氧化皮(膜)上，導(dǎo)致鍍鋅層結(jié)合力不牢。因此，應(yīng)根據(jù)基體材質(zhì)選用不同濃度、不同配方的酸洗液，定期分析酸洗液，當(dāng)分析值低于工藝規(guī)定時(shí)，應(yīng)補(bǔ)加酸洗液。

2. 3. 2 酸洗液中銅、鉛雜質(zhì)的影響

堿性鍍鋅對(duì)金屬銅、鉛雜質(zhì)比較敏感，應(yīng)避免鍍鋅用導(dǎo)電棒及導(dǎo)電銅鉤沒(méi)入各工序溶液中。如果操作不當(dāng)，將少量的金屬銅、鉛等重金屬帶入酸洗槽，將導(dǎo)致鍍鋅層結(jié)合力不牢，引起鋅層鍍后起泡或放置數(shù)日或數(shù)周后起泡。一旦酸洗液中帶入了金屬銅，只能更換新的酸洗液，并且在配制新酸洗液前一定要將槽體清洗干凈，避免槽體上的銅離子污染新槽液。

3 鍍液各組分對(duì)鋅層結(jié)合力的影響與控制

3. 1 鍍液主成分控制

對(duì)于堿性鋅酸鹽鍍鋅而言，提高主鹽ZnO的濃度可以提高沉積速率，從而提高電鍍效率。但ZnO不能高于14 g/L，否則會(huì)加大鍍層起泡風(fēng)險(xiǎn)。為得到結(jié)合力良好的鍍層，鍍鋅液的主成分應(yīng)控制如下：ZnO 11 ～ 13 g/L，NaOH 110 ～ 130 g/L，NaOH與ZnO的質(zhì)量比為10 ～ 12(掛鍍)或11 ～ 14(滾鍍)。

3. 2 鍍液溫度控制

鍍鋅液的溫度應(yīng)控制在15 ～ 30 °C。鍍液溫度低于15 °C時(shí)，鋅層內(nèi)應(yīng)力較大，容易起泡；高于30 °C時(shí)，鍍鋅層結(jié)晶粗糙，光亮度較差。

3. 3 鍍液金屬雜質(zhì)和有機(jī)雜質(zhì)的控制

鍍液被有機(jī)雜質(zhì)和金屬銅、鉛、鐵等雜質(zhì)污染時(shí)，鋅層內(nèi)應(yīng)力增大，與基體結(jié)合不牢。應(yīng)選用高純度的化工原料(如純度為99.99%的0#鋅錠、分析純NaOH、優(yōu)質(zhì)添加劑)，減少雜質(zhì)的帶入和積累。在日常調(diào)整中，每加入1 kg NaOH需補(bǔ)加80 mL凈化添加劑；三班制連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，每半月補(bǔ)加1 mL/L除雜添加劑；每月采用1 g/L的活性炭連續(xù)循環(huán)處理2次；每月用0.2 A/dm2的小電流處理鍍液2次，每次不少于8 h。通過(guò)以上措施，可將鍍液的重金屬雜質(zhì)控制在工藝范圍(三價(jià)鐵離子≤10 mg/L，鉛離子≤2 mg/L，銅離子≤2 mg/L)內(nèi)，保證鍍鋅層質(zhì)量。有條件的話，可邊生產(chǎn)邊在中央調(diào)控槽中進(jìn)行小電流電解處理。為了確保鍍鋅層質(zhì)量穩(wěn)定，并將有機(jī)雜質(zhì)和金屬雜質(zhì)控制在一定范圍內(nèi)，建議每年2次用1 g/L堿性鍍鋅綜合凈化劑AD-CK778對(duì)鍍液進(jìn)行大處理。

3. 4 添加劑的選用和控制

堿性鋅酸鹽鍍鋅添加劑的種類(lèi)繁多，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)添加劑。質(zhì)量差的光亮劑在合成時(shí)反應(yīng)不完全，在長(zhǎng)期存放期間或使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)繼續(xù)反應(yīng)聚合的情況，這樣的添加劑容易使晶格畸變而產(chǎn)生應(yīng)力[2]，并且會(huì)在鍍液中分解生成較多的黑色油污狀產(chǎn)物，需要定期打撈。光亮劑過(guò)多時(shí)，在鍍層中的夾雜也較多，阻礙了晶格的正常排列，引起晶格畸變，內(nèi)應(yīng)力增大；另外，光亮劑過(guò)多易使鍍層光亮度過(guò)高。實(shí)踐證明，在生產(chǎn)線上配備按千安·時(shí)控制的添加劑自動(dòng)添加系統(tǒng)可以減少人工補(bǔ)加添加劑過(guò)量而導(dǎo)致鍍層內(nèi)應(yīng)力增大的故障。

3. 5 鍍液被油污污染

若鍍前處理液(如除油液、酸洗液、活化液)或水洗槽被油污污染，必將導(dǎo)致鍍鋅槽污染。如果鍍鋅槽液面上有明顯的油狀漂浮物，工件入槽時(shí)油污便會(huì)附在工件表面，從而影響鍍層結(jié)合力。對(duì)于鍍液液面的明顯油狀黑色漂浮物，可用細(xì)紗布做成網(wǎng)狀勺子進(jìn)行打撈；對(duì)于不明顯的油污，應(yīng)不間斷地用循環(huán)過(guò)濾機(jī)對(duì)鍍液進(jìn)行全過(guò)濾，直到將液面的油污過(guò)濾干凈為止。

4 工件滲氫(氫脆)

在酸洗、陰極電解除油及電鍍鋅過(guò)程中，基體金屬溶解或電沉積的副反應(yīng)都會(huì)析氫。析出的氫原子穿越金屬晶界向晶格內(nèi)部擴(kuò)散，停留在金屬晶格的原子空位和晶格錯(cuò)位，就是常說(shuō)的“滲氫”[3]。

初期的原子態(tài)氫會(huì)在晶界面慢慢形成分子態(tài)氫，由于應(yīng)力作用，氫會(huì)在金相組織內(nèi)部不均勻移動(dòng)而產(chǎn)生氫脆。如向外移動(dòng)時(shí)遇到鍍鋅層的阻礙，就會(huì)產(chǎn)生鼓泡[3]。

針對(duì)氫脆現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)鍍后的工件進(jìn)行除氫處理。將鍍后工件放入烘箱內(nèi)加熱至200 ～ 210 °C，保溫至少4 h。此時(shí)氫氣受熱膨脹自然會(huì)逸出。值得注意的是，除氫應(yīng)在鈍化前進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

由于結(jié)合力不良而導(dǎo)致鍍層起泡的原因有很多，實(shí)際生產(chǎn)中往往是多個(gè)誘因同時(shí)存在，起泡的確切原因不明顯，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，確定故障原因的難度較大[3]。另外，很多情況下起泡故障都是延遲發(fā)生，因果關(guān)系已經(jīng)模糊，使鍍層起泡的原因往往具有很強(qiáng)的隱蔽性，確定故障原因的難度加大。

本文介紹的堿性無(wú)氰鋅酸鹽鍍鋅層起泡原因分析及措施有助于控制鍍鋅層起泡現(xiàn)象的產(chǎn)生，可供電鍍現(xiàn)場(chǎng)操作人員參考。

[1] 楊南勝. 堿性鋅酸鹽鍍鋅層起泡故障淺析[J]. 電鍍與涂飾, 2005, 24 (2)： 46-47.

[2] 謝無(wú)極. 電鍍故障精解[M]. 2版. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社, 2012： 252.

[3] 路顯明, 唐斌, 馬沖. 鋅酸鹽鍍鋅鍍層起泡的原因綜述[J]. 電鍍與涂飾, 2013, 32 (4)： 14-16.

[ 編輯：周新莉 ]

Reason analysis on blistering in zinc coating prepared from cyanide-free alkaline zincate bath and corresponding solutions

ZHANG Xiao-yong

s:The influences of pretreatment, electrolyte composition, impurities, and process conditions of zincate zinc plating on the adhesion of zinc coating prepared therefrom were analyzed. It is pointed out that the blistering problem of zinc coating is caused by poor adhesion. Some countermeasures were suggested.

zincate zinc plating; blistering; inner stress; adhesion

TQ153.15

A

1004 - 227X (2015) 16 - 0928 - 03

2015-04-15

2015-05-06

張小勇（1982-），男，河南南陽(yáng)人，?？?，工程師，長(zhǎng)期從事堿性無(wú)氰鋅酸鹽鍍鋅及其后處理方面的工作，積累了豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) 79618194@qq.com。