現(xiàn)代鍍覆技術(shù) 第一部分
——鍍覆前處理(續(xù)2)

唐春華

（泉州市創(chuàng)達(dá)表面處理公司，福建 泉州 362000）

現(xiàn)代鍍覆技術(shù) 第一部分
——鍍覆前處理(續(xù)2)

唐春華

（泉州市創(chuàng)達(dá)表面處理公司，福建 泉州 362000）

介紹了拋丸、噴砂、滾光、掃紋等機(jī)械處理手段在金屬鍍前加工中的應(yīng)用。給出了鋅合金件、不銹鋼件、鑄鐵件、緊固件、高硬度件、ABS塑料等去應(yīng)力的方法。

鋼鐵；鋅合金；鋁；塑料；噴砂；滾光；熱處理；去應(yīng)力

Abstract:The applications of shot blasting, sand blasting, barrel burnishing and de-texturing in metal processing prior to plating were introduced.The methods for stress relieving of zinc alloys, stainless steels, iron castings, fasteners,high-hardness parts and ABS plastics were presented.

Keywords:iron and steel; zinc alloy; aluminum; plastic; sand blasting; barrel burnishing; heat treatment; stress relief

Author’s address: Quanzhou Chuangda Metal Surface Treatment Co., Ltd., Quanzhou 362000, China

（三）機(jī)械處理與消除應(yīng)力

1 拋丸除銹

拋丸除銹是通過(guò)拋丸設(shè)備中高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，把鋼質(zhì)彈丸(磨料)以很高的速度和一定的角度拋射到工件表面，產(chǎn)生沖擊和磨削作用，從而清除鋼材表面的銹物和異物，如今已成為代替酸蝕除銹的手段之一。在環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)的形勢(shì)下，推廣拋丸除銹具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義，能為被酸蝕除銹困擾的企業(yè)找到一條切實(shí)可行的出路。

拋丸除銹有以下技術(shù)特點(diǎn)：

(1) 勞動(dòng)強(qiáng)度低。完全機(jī)械操作(僅進(jìn)出工件靠人工操縱機(jī)器)，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。一般2 ～ 3名操作人員可控制數(shù)臺(tái)設(shè)備。

(2) 生產(chǎn)效率較高。拋丸一般持續(xù)20 ～ 40 min(根據(jù)鋼鐵件表面銹蝕狀態(tài)而定)，且每次拋丸的工件數(shù)量較多(一次處理工件可達(dá)200 ～ 300 kg)。

(3) 材質(zhì)適應(yīng)性廣。無(wú)論何種鋼鐵材質(zhì)均可拋丸，基本上不受工件形狀限制(易變形件、笨重件、過(guò)小件除外)。

(4) 拋丸表面質(zhì)量較優(yōu)。拋丸能保持工件幾何尺寸基本不變，表面清潔度可達(dá)到ISO 8501-1的Sa2級(jí)(相當(dāng)于GB/T 8923.1的Sa2級(jí))，同時(shí)改善了基材表面性能，如增大了強(qiáng)度(疲勞強(qiáng)度提高約8%)，提高了抗蝕性(高1倍左右)，消除了基體的應(yīng)力集中(因?yàn)榻饘俦砻媸軓椡铔_擊作用而得到晶粒細(xì)化)。

(5) 清潔生產(chǎn)效益較好。拋丸是在密閉的條件下工作，并配以粉塵回吸裝置。彈丸可自動(dòng)回收利用，耗材少，成本較低。如250 kg彈丸可拋丸汽車(chē)緊固件150 t，相當(dāng)于每kg彈丸能處理600 kg工件。但是，其綜合成本與酸蝕相比還是略高[1]。

1.1 拋丸清理機(jī)的分類(lèi)

根據(jù)工件尺寸和拋丸質(zhì)量要求，以履帶式拋丸清理機(jī)為例，分類(lèi)如下：

(1) 小型機(jī)，如QPL60型，清理室直徑400 mm、長(zhǎng)730 mm，拋丸器功率5.85 kW，每次裝載工件80 ～ 100 kg，適用于尺寸精度較高的工件(如有精磨面配合尺寸要求的工件)，拋丸面很細(xì)膩，尺度變化小，但缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率較低。

(2) 中機(jī)型，如QPL1000A型，清理室直徑600 mm、長(zhǎng)880 mm，拋丸器功率7.5 ～ 12.7 kW，每次裝載工件約250 kg，適用一般精度要求的工件(如汽車(chē)緊固件螺栓、螺帽)，拋丸面較細(xì)膩，尺寸變化不大，優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率較高。

(3) 大機(jī)型，如Q326型，清理室允許工件最長(zhǎng)尺寸為550 mm，拋丸功率為15 kW，每次裝載工件約300 kg，適用于拋丸質(zhì)量要求較低的工件(如緊固件螺帽等)，拋丸面欠細(xì)膩，優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率很高。

1.2 彈丸的規(guī)格與配用

1.2.1 材質(zhì)

分為不銹鋼和鑄鋼兩種。不銹鋼彈丸適用于拋丸尺寸精度要求較高的工件，如SUS430.027不銹鋼彈丸等。鑄鋼的化學(xué)成分為：碳0.70% ～ 1.20%，錳0.60% ～ 1.20%，硅0.40% ～ 1.20%，硫≤0.05%，磷≤0.05%，鐵余量。鑄鋼彈丸又分為鋼丸和鋼砂兩種。鋼丸起細(xì)化基面作用，鋼砂起除氧化皮作用。只有兩者合理搭配使用，才能獲得最佳的拋丸質(zhì)量(兼有除銹和細(xì)化作用)。鋼丸平均洛氏硬度40 ～ 50 HRC，鋼砂為42 ～ 66 HRC。彈丸硬度適中為宜(52 ～ 60 HRC最佳)，硬度太高時(shí)脆性大，易磨損，耗量大；反之，硬度太低，則使用性差。

1.2.2 尺寸

彈丸尺寸決定拋丸動(dòng)能。當(dāng)固定彈丸速度不變時(shí)，彈丸尺寸越大，其動(dòng)能越大，對(duì)銹物的切削能力越強(qiáng)(除銹面積大)，除銹效果越好；反之，彈丸尺寸越小，其動(dòng)能越小，對(duì)銹物的切削能力越弱(除銹面積小)，除銹效果越差。彈丸尺寸過(guò)大或者過(guò)小都不利：過(guò)大時(shí)雖然除銹效果好，但拋丸表面粗糙度過(guò)大，失去了應(yīng)有的細(xì)膩度；過(guò)小則完全達(dá)不到除銹效果。最佳的彈丸尺寸以除凈基材表面銹物和獲得理想的細(xì)膩度為準(zhǔn)。

1.2.3 配比

彈丸配比是影響拋丸質(zhì)量的因素之一。借鑒汽車(chē)緊固件大批量拋丸磷化的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提供下列彈丸配比作為參考。

【配比1】m(鑄鋼丸S110/SS0.3)∶m(鑄鋼砂G50/SG0.5)= 1∶1、1∶1.2或1∶1.5，適用于除去中等的熱處理氧化皮和銹物。

【配比2】m(鑄鋼丸S110/SS0.3)∶m(鑄鋼砂G40/SG0.7)∶m(鑄鋼砂G50/SG0.5)= 1∶1∶0.5，兩種不同鋼砂的使用增強(qiáng)了彈丸的切削能力，提高了除銹速度。

【配比3】m(鑄鋼丸S110/SS0.3)∶m(鑄鋼砂G50/SG0.5) = 1∶(4 ～ 5)，鋼砂用量的進(jìn)一步增加使其能除去較嚴(yán)重的氧化皮和銹物。

【配比4】m(鑄鋼丸S110/SS0.3)∶m(鑄鋼砂G50/SG0.5)∶m(17號(hào)不銹鋼丸)= 5∶4∶1，不銹鋼丸的摻入提高了拋丸后表面的光亮度和細(xì)膩度，且縮短了拋丸時(shí)間。

鑄鋼丸的型號(hào)越大，粒徑越大，細(xì)化作用越差；反之，型號(hào)越小，粒徑越小，細(xì)化效果越明顯。如鋼丸S170/SS0.5(粒徑0.5 mm)比鋼丸S110/SS0.3(粒徑0.3 mm)粗。

鑄鋼砂的型號(hào)越大，粒徑越小，除氧化物的作用越差：反之，型號(hào)越小，粒徑越大，除氧化物的作用越好。如鋼砂G40/SG0.7(粒徑0.7 mm)比鋼砂G50/SG0.5(粒徑0.5 mm)粗。

廠家應(yīng)根據(jù)工件表面狀況(銹蝕程度)和鍍覆層質(zhì)量要求來(lái)選擇不同的彈丸和使用配比，并通過(guò)實(shí)際操作，掌握拋丸質(zhì)量。

1.3 操作條件

(1) 裝載量。應(yīng)根據(jù)額定裝載量來(lái)裝料。裝載量過(guò)大，拋丸效果差，裝載量過(guò)少，生產(chǎn)效率低。

(2) 彈丸補(bǔ)充量。應(yīng)以拋丸額定電流值為準(zhǔn)。假設(shè)彈丸量正常時(shí)額定電流為12 ～ 15 A，允許最大額定電流為20 A。若額定電流＜12 A時(shí)，則應(yīng)補(bǔ)充彈丸量至額定電流≥12 A為止。

(3) 拋丸時(shí)間。拋丸時(shí)間越長(zhǎng)，拋丸質(zhì)量越好，鍍覆基面越優(yōu)。但時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，一是增加成本，二是影響工件尺寸(如可能造成螺栓絲牙損傷)。拋丸時(shí)間以除凈工件表面銹物以及得到細(xì)膩光潔的基面為準(zhǔn)，通常為15 ～ 40 min。為了縮短銹蝕嚴(yán)重的工件的拋丸時(shí)間，可預(yù)酸蝕。

(4) 預(yù)處理。一般的工件可免于除油，但當(dāng)工件表面油污嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)預(yù)除油。

(5) 存放期。拋丸后至鍍覆的間隔時(shí)間在24 h內(nèi)，因間隔時(shí)間長(zhǎng)了有可能使拋丸后的表面再次氧化、生銹(尤其是環(huán)境條件不好的情況下)。

(6) 鍍覆前處理。拋丸后的工件經(jīng)短時(shí)間除油、活化即可施鍍。

1.4 機(jī)械鍍鋅件拋丸的好處

通常機(jī)械鍍鋅過(guò)程在滾筒內(nèi)完成以下6道工序：除油→清洗→酸蝕→清洗→鍍銅→鍍鋅。若改為拋丸，可僅進(jìn)行鍍銅和鍍鋅2道工序，從而大大提高生產(chǎn)效率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，且改善了鍍覆基面的施鍍性能，即更容易上鋅，提高了沉積速率。這種改進(jìn)工藝僅是筆者作了一些嘗試，有待生產(chǎn)驗(yàn)證。

2 磨料水射流除金屬鱗(液體噴砂)

磨料水射流除金屬鱗也是代替酸蝕的方法之一。它利用高流速的水作為載體(水流具有一定的質(zhì)量和動(dòng)能)，將動(dòng)能傳遞給磨料，使磨料在水射流的作用下對(duì)金屬表面產(chǎn)生碰撞，從而起到?jīng)_蝕和磨削的作用，達(dá)到除去金屬鱗的目的。

可參考的工藝條件如下：系統(tǒng)壓力30 MPa，流量35 m3/h，靶距(即噴嘴至工件表面的距離)100 mm，工件移動(dòng)速率10 m/min，磨料體積分?jǐn)?shù)35%。

從表1可知，在固定噴砂面積不變的情況下，噴嘴直徑越小，耗時(shí)越長(zhǎng)，噴砂效率越低；反之，噴嘴直徑越大，耗時(shí)越短，噴砂效率越高。

表1 噴嘴直徑與噴砂單位面積耗時(shí)量及效率之間的關(guān)系Table 1 Correlation of nozzle diameter with time consumption per area and efficiency for sand blasting

【實(shí)例1】鈦合金鍍前除氧化皮。由于鈦合金對(duì)氫比較敏感，因此盡量以液體噴砂代替酸蝕除氧化皮，而且可以增大其表面粗糙度，提高與鍍層之間的結(jié)合力。對(duì)于TC2鈦合金件，液體噴砂壓力為0.3 ～ 0.5 MPa，石英砂粒徑小于0.01 mm，噴嘴與工件表面的距離為150 ～ 250 mm。

【實(shí)例2】球墨鑄鐵件鍍鉻前進(jìn)行液體噴砂，可以起到以下作用：(1)徹底清除基體表面的SiO2氧化膜、石墨、切削毛刺等不良物質(zhì)，使表面充分活化，有利于金屬的正常沉積；(2)使基體表面加工成均勻一致的微觀不平，有利于鍍層與基體之間的機(jī)械咬合，增強(qiáng)鍍層的結(jié)合力；(3)整平基體中較小的鑄造缺陷，在一定程度上提高了光潔度，改善鍍層中金屬晶格生成和擇優(yōu)取向條件；(4)使基體原有的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，內(nèi)應(yīng)力消失，硬化層的晶格受壓縮而呈現(xiàn)壓應(yīng)力；(5)擴(kuò)大球墨鑄鐵的適用范圍和適用性。

3 小型鐵基粉末件滾光

能除去工件表面大量的碳化物和封孔劑，獲得光潔的基體表面。采用離心滾磨機(jī)，滾磨時(shí)加適量的滾磨劑(潤(rùn)滑劑)，磨料(硬塑料、磨光料)與工件按質(zhì)量比(2 ～ 3)∶1加入，轉(zhuǎn)速為60 ～ 80 r/min，時(shí)間10 ～ 15 min。

4 鋁型材機(jī)械掃紋

為了消除鋁型材的壓紋，采用機(jī)械掃紋不但質(zhì)量明顯提高，而且降低生產(chǎn)成本。掃紋是通過(guò)一臺(tái)專(zhuān)用的機(jī)械掃紋設(shè)備，將同規(guī)格的鋁型材規(guī)則地平放在適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)臺(tái)面上，選擇適當(dāng)?shù)男凶咚俾?15 ～17 m/min)，利用掃紋輪(耐高溫的尼龍纖維合成材料)與鋁型材表面觸壓(壓下量控制在1 ～ 5 μm)，兩者在高速下平摩擦(無(wú)需任何掃紋劑)，從而達(dá)到徹底消除鋁型材表面壓紋。機(jī)械掃紋適用于平面鋁型材，工作場(chǎng)地要配備除塵裝置(粉塵含量在1.08 ～ 3.25 mg/m2范圍內(nèi))。

5 各種基材的去應(yīng)力方法

5.1 鋅合金件

在190 °C下時(shí)效處理2 h，可以改善鍍層與基體的結(jié)合力。

5.2 高硬度鍍鉻件

抗拉極限強(qiáng)度不低于110 kg/mm2(即硬度達(dá)到35 HRC)的工件，經(jīng)機(jī)械加工(如車(chē)、銑、刨、磨)或冷成型加工(如沖壓、擠壓、冷拉)后，鍍鉻前必須放入無(wú)氧化氣氛中加熱至180 ～ 220 °C，維持30 min。

5.3 應(yīng)力鍍件

【實(shí)例1】鋼絲堿性鍍錫前退火處理1 h。若不退火，鍍錫鋼絲用手一折就斷。

【實(shí)例2】鑄鋼件酸性鍍鋅前在200 °C下烘烤1 h。若不烘烤，鍍鋅層崩皮開(kāi)裂。

【實(shí)例 3】某些高壓電器產(chǎn)品的鍍鋅層不允許長(zhǎng)晶須。為消除長(zhǎng)晶須的隱患，工件鍍鋅前在(190 ±10) °C 下熱處理 1 h。

5.4 不銹鋼件

含Ni、Cr的不銹鋼件在化學(xué)鍍銅前在200 °C下熱處理2 h，可以解決銅層起泡問(wèn)題。

5.5 緊固件

某些緊固件強(qiáng)度高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鍍鎳前需在(246 ± 10) °C下熱處理2 ～ 3 h。

5.6 鑄鐵件

鑄鐵件電鍍前在 200 ～ 250 °C 下熱處理 2 ～ 4 h。

5.7 ABS塑料件

由于受注塑或壓模時(shí)工藝條件的影響(如熔化溫度，注射速度和壓力等)，成型后的ABS塑料產(chǎn)生了不同程度的內(nèi)應(yīng)力和組織定向結(jié)構(gòu)，內(nèi)應(yīng)力集中的部位易造成鍍層結(jié)合力下降，因此塑料不能直接電鍍，應(yīng)先作去應(yīng)力處理?？赏ㄟ^(guò)浸蝕法檢查內(nèi)應(yīng)力存在與否，即先用干凈紙巾干擦塑料件除油污，然后將其放入100%冰醋酸中浸泡2 ～ 3 min，取出后用水仔細(xì)清洗干凈，晾干(不能擦干)，觀察表面(最好用5 ～20倍放大鏡)。若表面出現(xiàn)雪花發(fā)白現(xiàn)象，則表明內(nèi)應(yīng)力很大；表面出現(xiàn)很多裂紋，表明內(nèi)應(yīng)力不均勻；表面均勻發(fā)暗則表明無(wú)內(nèi)應(yīng)力。常用的去應(yīng)力方法如下：

(1) 浸漬法。用丙酮與水的體積比為1∶3配制的溶液浸漬20 ～ 30 min，濃度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)都不利。

(2) 熱烘法。在稍低于工件變形溫度的條件下烘烤數(shù)小時(shí)(如65 ～ 75 °C，4 h)。

去應(yīng)力后用40倍金相顯微鏡觀察，以無(wú)裂紋為合格。

[1]唐春華.金屬表面磷化技術(shù)[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2009.

（待續(xù)）

[ 編輯：溫靖邦 ]

Modern plating technologies: Part I—Pretreatment: mechanical treatment and stress relieving

TANG Chun-hua

TG178

B

1004 - 227X (2017) 17 - 0944 - 04

2016-04-11

2017-09-12

唐春華（1938-），男，江西蓮花縣人，高級(jí)工程師，從事表面處理工作50余年，近10多年專(zhuān)注于磷化工藝與磷化系列產(chǎn)品的研發(fā)，率先在國(guó)內(nèi)將拋丸技術(shù)應(yīng)用到汽車(chē)緊固件功能磷化大批量工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)表論文200余篇，著有《金屬表面磷化技術(shù)》。

作者聯(lián)系方式：(Tel) 15059596955。

10.19289/j.1004-227x.2017.17.009