鋅鎳合金本色鈍化工藝在海洋裝備上的應(yīng)用

陳端杰，潘 覓，林 巧，肖秀松

(1.重慶長安工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，重慶 401120；2.華域大陸汽車制動(dòng)系統(tǒng)(重慶)有限公司，重慶 401133)

隨著海洋裝備使用環(huán)境多樣化，作為鋼鐵件防腐的傳統(tǒng)鋅鍍層已不能滿足要求，而海洋環(huán)境下耐蝕性好的鎘及鎘鈦鍍層由于環(huán)保性差也不是發(fā)展重點(diǎn)，因此在耐蝕性及環(huán)保性方面表現(xiàn)優(yōu)異的鋅鎳逐步得到應(yīng)用。重慶長安工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司對鋅鎳合金及彩色鈍化工藝進(jìn)行了大量的研究，并已應(yīng)用于某海洋裝備，使產(chǎn)品的防腐能力有了較明顯的提升，但目前所使用的三價(jià)鉻彩色鈍化工藝存在槽液穩(wěn)定性差的問題，生產(chǎn)過程中需操作人員反復(fù)調(diào)整，方能保證長期生產(chǎn)。

近年來，隨著遠(yuǎn)海裝備需求的增加，對裝備的耐腐蝕性提出了更高的要求，因此在原有鋅鎳合金工藝的基礎(chǔ)上，對鋅鎳合金本色鈍化工藝進(jìn)行了研究，以期通過改變鈍化工序，增加封閉，進(jìn)一步提升鋅鎳合金工藝的耐蝕性。

1 工藝試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方案

經(jīng)前期工藝調(diào)研，了解了國內(nèi)外鋅鎳合金工藝的發(fā)展趨勢，作為應(yīng)用研究，選擇有競爭力的電鍍鋅鎳合金鈍化、封閉工藝進(jìn)行了相關(guān)工藝試驗(yàn)，結(jié)合本公司裝備實(shí)際使用情況及要求，制定了試驗(yàn)方案。

1.1.1 鋅鎳鍍層工藝及厚度的確定

電鍍鋅鎳合金采用成熟的堿性工藝，其配方為氧化鋅8～12 g/L、氫氧化鈉90～130 g/L、鎳1.0～2.5 g/L，并適當(dāng)添加堿性鋅鎳光亮劑、絡(luò)合劑等。當(dāng)w(Ni)=13%時(shí)有最好的耐蝕性[1]，因此通過調(diào)整槽液中的鋅鎳含量比值、控制電流密度等措施，控制鍍層中w(Ni)=12%～15%。

由于鍍層厚度直接影響耐蝕性，而海洋裝備耐蝕性要求較高，因此從最低厚度10 μm進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)摸索近20 μm厚度的鍍層耐蝕性。

1.1.2 本色鈍化工藝的確定

分別選用RL、FF及HJ這3種本色鈍化封閉工藝，其中鈍化工藝均為三價(jià)鉻鈍化。RL和HJ為無機(jī)硅酸鹽系列的封閉劑，F(xiàn)F為有機(jī)封閉劑，其主要成分為硅溶膠加納米級的硅化物。

通過對比3種本色鈍化工藝，了解鈍化液性能、工藝操作性及膜層性能，最終確定鈍化工藝及相關(guān)參數(shù)。此外，海洋裝備零部件在鍍鋅鎳后均應(yīng)進(jìn)行去氫回火處理，因此所有鈍化試驗(yàn)均是在200 ℃去氫回火后進(jìn)行的。

1.1.3 鈍化膜對漆膜附著力的影響

公司裝備種類繁多，部分零件電鍍鋅鎳合金后應(yīng)進(jìn)行涂漆處理，因此同時(shí)考核了鋅鎳合金鈍化后對漆層質(zhì)量是否有影響，主要進(jìn)行附著力測試。

主要是平流霧對能見度影響較大，霧季航行除了嚴(yán)格遵守有關(guān)霧航規(guī)定外，還需加強(qiáng)VHF值班，收聽VTS通告及它船動(dòng)態(tài)，可安排專人負(fù)責(zé)。應(yīng)用好雷達(dá)、AIS導(dǎo)航，充分發(fā)揮AIS導(dǎo)航進(jìn)行了望。能見度不良時(shí)，盡量不要追越它船，確需追越時(shí)可利用TCPA進(jìn)行判斷，判斷先會(huì)遇還是先追越，還有會(huì)遇時(shí)間、地點(diǎn)、距離，但應(yīng)留有3～5分鐘的安全余量。

1.2 工藝流程

工藝流程如下：化學(xué)除油→電解除油→熱水洗→冷水洗→除銹→冷水洗→冷水洗→中和→鍍鋅鎳合金→逆流水洗→去氫回火→本色鈍化→冷水洗→封閉→壓縮空氣吹干→烘干→涂漆。

1.3 試驗(yàn)過程及工藝參數(shù)

1.3.1 本色鈍化試驗(yàn)

本色鈍化試驗(yàn)步驟如下。

1)進(jìn)行鈍化封閉試驗(yàn)的試片材料為40Cr，外形尺寸為150 mm×75 mm×2 mm，按工藝流程完成前處理、電鍍鋅鎳和去氫回火等工步。

2)溶液配制按照本色鈍化及封閉、烘干工藝參數(shù)表(見表1和表2)進(jìn)行，配制后測量pH值，符合要求后進(jìn)行試驗(yàn)。

3)鈍化和封閉溶液有加溫要求，應(yīng)采取加溫措施，使其溫度保持在工藝范圍內(nèi)。

4)在試驗(yàn)過程中，將試片浸入溶液后反復(fù)輕輕搖擺，避免長時(shí)間靜置。

5)為避免其他相關(guān)因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響，進(jìn)行鈍化的試片為同槽電鍍試片，其前處理和電鍍各項(xiàng)參數(shù)完全一致。

表1 本色鈍化及封閉工藝參數(shù)表

表2 烘干工藝參數(shù)表

1.3.2 本色鈍化溶液性能特征

1)配方1(RL)。實(shí)為單一組份彩色鈍化液，鈍化后試件表面呈現(xiàn)彩虹色。封閉液以物理吸附的方式附著到鈍化膜表面，達(dá)到遮蓋彩色的目的。該配方所用封閉液呈現(xiàn)白色懸浮液狀，試件邊緣有輕微流掛痕跡；試件電鍍前較光亮?xí)r，其彩色不易遮蓋。

2)配方2(FF)。為單一組分本色鈍化液，鈍化后顏色為灰白色，較亮，封閉后顏色不變，光亮度稍微變差。各參數(shù)最佳為中值，制備過程中pH值緩慢升高。封閉液為有機(jī)溶液，退鍍層較無機(jī)封閉困難。

3)配方3(HJ)。為雙組份本色鈍化液，鈍化后顏色為灰白色，封閉后顏色不變，光亮度稍微變差。各參數(shù)最佳為中值，制備過程中pH值緩慢升高。

2 性能試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 性能試驗(yàn)

為驗(yàn)證不同鈍化工藝所制備的鋅鎳合金鈍化膜性能，分別用3種本色鈍化工藝、原彩色鈍化工藝制備了大量試片，并對不同厚度的鍍層進(jìn)行了鋅鎳含量、耐蝕性及濕熱試驗(yàn)等理化性能檢測，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 性能檢測結(jié)果

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 鍍層厚度及成分

根據(jù)試驗(yàn)方案，電鍍過程中將鋅鎳合金厚度控制在10和20 μm左右，同時(shí)控制鍍層中w(Ni)=12%～15%。從表3的結(jié)果看，所有性能試驗(yàn)均基于此。

2.2.2 耐蝕性

按GB/T 10125標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)，從表3可以看出，3種本色鈍化工藝的耐蝕性都獲得較大提升，其白銹時(shí)間>450 h，較彩色鈍化有較明顯的提高。紅銹時(shí)間則隨鋅鎳合金鍍層厚度增加而增加，鍍層厚度約為10 μm時(shí)，鹽霧時(shí)間>1 200 h；鍍層厚度約為20 μm時(shí)，則鹽霧時(shí)間>2 000 h，甚至>2 500 h，也未出現(xiàn)紅銹，表現(xiàn)出極強(qiáng)的耐蝕性，滿足裝備要求。

2.2.3 耐濕熱

按GJB 150.9A標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行濕熱試驗(yàn)，經(jīng)720 h試驗(yàn)后所有試件均未出現(xiàn)銹蝕等現(xiàn)象，濕熱試驗(yàn)結(jié)果符合裝備要求。

2.2.4 漆膜附著力

根據(jù)海裝裝備實(shí)際情況，部分零部件在電鍍后應(yīng)進(jìn)行涂漆處理，鈍化、封閉工步是否會(huì)對涂漆層的附著力產(chǎn)生影響，應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)。為此，對磷化、鋅鎳合金彩色鈍化、鋅鎳合金本色鈍化(3種工藝)封閉等試件進(jìn)行噴涂環(huán)氧底漆處理，并按GB/T 1720標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了附著力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 漆膜附著力試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出，各試件的附著力均為0級，可見鋅鎳合金鈍化和封閉后對涂漆仍有較好的附著力，滿足裝備要求。

3 生產(chǎn)應(yīng)用

3.1 鈍化工藝選擇

通過上述工藝試驗(yàn)及性能結(jié)果分析可知，鋅鎳合金本色鈍化的耐蝕性、耐濕熱及漆膜附著力等各項(xiàng)性能滿足裝備要求。3種本色鈍化工藝的特點(diǎn)如下：1)配方1(RL)鈍化后為彩色，經(jīng)封閉后呈現(xiàn)本色，封閉為無機(jī)封閉，鈍化穩(wěn)定性稍差；2)配方2(FF)鈍化后為本色，封閉為有機(jī)封閉，封閉后基本顏色不變；3)配方3(HJ)鈍化后為本色，封閉為無機(jī)封閉，封閉后顏色基本不變，但耐蝕性稍差。綜合3種鈍化工藝的特點(diǎn)，選用了穩(wěn)定性及耐蝕性更優(yōu)的配方2(FF)，經(jīng)評審后投入了中試及實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用。

3.2 生產(chǎn)中常見問題及處理

鋅鎳合金本色鈍化工藝槽液調(diào)配簡單，穩(wěn)定性好，操作簡單；但實(shí)際生產(chǎn)過程中也曾出現(xiàn)過封閉流掛痕跡及耐蝕性下降等問題。

1)封閉流掛痕跡。鍍鋅鎳合金本色鈍化使用初期，某裝備部分零件交驗(yàn)時(shí)表面存在較明顯封閉流掛痕跡。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是封閉劑濃度過高，溶液為白色懸濁液，封閉后沒有滴干直接進(jìn)入烘箱，懸濁液在表面大量殘留，烘干后出現(xiàn)流掛痕跡。采取解決措施如下：在工藝范圍內(nèi)適當(dāng)降低封閉劑濃度，延長封閉時(shí)間，封閉后讓零件在自然狀態(tài)下滴干2 min并使用壓縮空氣適當(dāng)吹干，再進(jìn)行烘烤。采取上述措施后，很好地解決了該問題。

2)耐蝕性能下降。生產(chǎn)過程中的隨機(jī)抽查的鹽霧結(jié)果表明，在批生產(chǎn)過程中，當(dāng)鍍層厚度>10 μm時(shí)，其耐蝕性正常情況下能滿足>1 200 h不出現(xiàn)紅銹的要求；當(dāng)存在鋅鎳合金鍍層厚度不夠、鈍化液與封閉液長時(shí)間不更換、鈍化液pH值不在工藝范圍內(nèi)等情況時(shí)，耐蝕性不能滿足要求。因此，生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴(yán)格控制電鍍、鈍化及封閉等各環(huán)節(jié)的質(zhì)量。

4 結(jié)語

工藝試驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)際的應(yīng)用表明，鍍鋅鎳合金本色鈍化工藝槽液調(diào)配簡單，穩(wěn)定性好，操作簡便，膜層耐蝕性能優(yōu)異，漆膜附著力好，完全可以取代目前在用的鍍鎘及鋅鎳合金彩色鈍化工藝，提高海洋裝備的防腐能力。

[1] 沈品華. 現(xiàn)代電鍍手冊：上冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.