關(guān)于鐵件滾鍍鎳常見(jiàn)問(wèn)題的分析及改善

方國(guó)富

（廈門(mén)金越電器有限公司，福建 廈門(mén) 361021）

鎳，近似銀白色、硬而有延展性并具有鐵磁性的金屬元素，它能夠高度磨光和抗腐蝕。鎳在空氣中穩(wěn)定性很高，表面能夠迅速生成一層鈍化膜，從而對(duì)鍍層起到機(jī)械防護(hù)作用；鎳的硬度比較高，能夠提高產(chǎn)品的耐磨性。鑒于鎳優(yōu)良的耐磨性及耐腐蝕性，因此在繼電器金屬零件電鍍中得到廣泛應(yīng)用，多用在鐵基材零件電鍍上，提高產(chǎn)品的耐磨性及耐腐蝕性。現(xiàn)生產(chǎn)普遍采用硫酸鹽滾鍍鎳體系，但在實(shí)際生產(chǎn)上，往往出現(xiàn)發(fā)黃、脫皮等質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)產(chǎn)品的性能造成影響。本文旨在對(duì)鐵鍍鎳的一些常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析并提出改善方案。

1 鍍層脫皮

鎳層脫皮在生產(chǎn)中屬于重大質(zhì)量事故，不僅僅影響零件的防護(hù)性，且裝配成成品后脫離基體在內(nèi)部干繞繼電器正常工作，造成繼電器失效，造成零部件及成品的報(bào)廢；更有甚者流至終端客戶(hù)，引發(fā)更多的質(zhì)量問(wèn)題。因此在電鍍生產(chǎn)中，必須保證鍍層的結(jié)合力，防止鍍層產(chǎn)生脫皮。鎳層脫皮主要包括以下兩種種情況，根據(jù)不同的性狀需進(jìn)行定性分析，并針對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行改善。

1.1 鎳層與基材脫開(kāi)

此種脫皮撕開(kāi)脫皮鍍層后直接露出基材，是由于鍍層和基材的結(jié)合力產(chǎn)生問(wèn)題。因此這種脫皮往往與前處理有關(guān)。鐵基材零件電鍍前表面含有油脂及鐵銹等物，在電鍍前要經(jīng)過(guò)除油、酸洗、活化等工序?qū)α慵砻孢M(jìn)行清洗，露出潔凈、活化的基材表面進(jìn)行電鍍才能得到結(jié)合力良好的鍍層。因此此種脫皮主要是由于來(lái)料前處理未徹底導(dǎo)致基材上有油脂層或者氧化膜，導(dǎo)致零件結(jié)合力不良。因此除油、酸洗須保證足夠的濃度及時(shí)間，且定期進(jìn)行補(bǔ)加及更換。除此以外，零件進(jìn)入鍍槽未通電流，零件長(zhǎng)時(shí)間裸漏在鍍液中氧化也會(huì)導(dǎo)致零件脫皮，此種情況由設(shè)備導(dǎo)致，情況較為少見(jiàn)，且一般在生產(chǎn)中通過(guò)巡檢即可識(shí)別。

1.2 鎳層之間脫開(kāi)

（1）暗鎳和亮鎳之間脫皮?，F(xiàn)鍍鎳體系多為雙層鎳體系。暗鎳或者半光亮鎳打底，再在底鎳基礎(chǔ)上電鍍光亮鎳，兩道工序間有一道或者兩道底鎳回收液，一方面回收底鎳帶出損失，另一方面避免帶入過(guò)多至光亮鎳槽中，造成亮鎳濃度失控。而鎳極易鈍化，因此在底鎳轉(zhuǎn)至光亮鎳過(guò)程中，往往因?yàn)樵诳諝獗┞r(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者在回收液中清洗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致底層鎳鈍化，進(jìn)而影響到后續(xù)鍍層的沉積。要避免此種不良產(chǎn)生，需嚴(yán)格控制零件轉(zhuǎn)移時(shí)在空氣中的等待時(shí)間及在回收液中的清洗時(shí)間，不宜超過(guò)15s，筆者在長(zhǎng)期生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)調(diào)低回收液的pH值，降低至2.0～3.5，能夠?qū)α慵儗悠鸬揭欢ǖ幕罨饔?。?dāng)然酸性更強(qiáng)，對(duì)鍍層的活化更好，但同時(shí)也會(huì)影響到鍍鎳液pH值的維護(hù)，并不推薦。此外，亮鎳槽有機(jī)雜質(zhì)過(guò)高、光亮劑失調(diào)（次級(jí)光亮劑過(guò)多）造成鎳層脆性大，同樣會(huì)造成鎳層在外力作用下碎裂，可赫爾槽打片分析，若赫爾片彎折鍍層聽(tīng)到啪啪爆裂聲，說(shuō)明鍍層脆性大，應(yīng)對(duì)鍍液進(jìn)行調(diào)整或處理。

（2）鎳層之間脫皮。還有一種脫皮非雙層鎳之間的脫皮，而是暗鎳或者亮鎳之間的脫皮，此種情況較為少見(jiàn)，多為設(shè)備存在問(wèn)題，在電鍍過(guò)程中產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間斷電或者導(dǎo)電不良，鍍層產(chǎn)生鈍化所致。此種脫皮不良比例一般較大，可以通過(guò)錘擊法識(shí)別出。

此外，筆者在實(shí)際生產(chǎn)中，曾遇到一例鍍層間脫皮的案例，查詢(xún)整流器電流監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并未出現(xiàn)斷電現(xiàn)象。且零件局部產(chǎn)生脫皮，并非整體脫，不良比例低至0.1%左右。后判斷為雙性電極導(dǎo)致的結(jié)合力不良。

雙性電極是指在電鍍過(guò)程中，被鍍零件脫離陰極，但鍍液中仍有電流通過(guò)，此時(shí)流動(dòng)的電流碰到脫離零件存在兩種可能，一種是繞過(guò)零件繼續(xù)在溶液中流動(dòng)，另一種是克服“零件-溶液”界面阻力在零件內(nèi)部通過(guò)。當(dāng)電流通過(guò)零件時(shí)，如圖所示，電流從溶液進(jìn)入零件的左端，再?gòu)牧慵挠叶诉M(jìn)入溶液。此時(shí)零件的左端充當(dāng)陰極，產(chǎn)生還原反應(yīng)，沉積鎳層，右端充當(dāng)陽(yáng)極，產(chǎn)生氧化反應(yīng)。這種現(xiàn)象稱(chēng)為雙性電極現(xiàn)象，零件的右端。若電流過(guò)大產(chǎn)生陽(yáng)極鈍化，再繼續(xù)電鍍即會(huì)結(jié)合力不良導(dǎo)致脫皮，而左端充當(dāng)陰極，鎳層處于活化狀態(tài)，結(jié)合力良好。此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生局部脫皮。

經(jīng)過(guò)排查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)零件裝載量偏下限時(shí)易產(chǎn)生局部脫皮。觀察零件下限時(shí)滾筒內(nèi)裝載情況，發(fā)現(xiàn)容量?jī)H占滾筒容積的1/5～1/4，裝量偏少，遂提高裝載量下限試鍍，未再產(chǎn)生局部脫皮不良。此種情況就是因?yàn)榱慵b量過(guò)少，滾鍍過(guò)程中零件與導(dǎo)電頭分離，使零件處于陰陽(yáng)極之間，受雙性電極影響導(dǎo)致脫皮。

圖1 零件筒內(nèi)裝載情況

2 鍍層白斑

白斑是指鍍層表面局部發(fā)白，鍍層粗糙、蒼白無(wú)光亮。而正常光亮鍍鎳后的鍍層應(yīng)是光滑平整的。之所以出現(xiàn)這種局部白斑，是由于零件鍍前生銹，生銹處鐵基材發(fā)生氧化，在酸洗環(huán)節(jié)中洗去鐵銹后，表面微觀產(chǎn)生不規(guī)則凹坑，難以通過(guò)電鍍填平，鍍后就產(chǎn)生白斑。

圖2 白斑樣件

因此杜絕白斑不良的方法即避免來(lái)料生銹。首先，鐵件毛坯的存放周期不宜過(guò)長(zhǎng)，盡快安排電鍍。其次，無(wú)法短時(shí)間內(nèi)電鍍的零件要采用加防銹油等防護(hù)措施進(jìn)行防銹，但此種方式會(huì)增加前處理除油的壓力。已經(jīng)產(chǎn)生鐵銹的零件，較為輕微的可以采用振光進(jìn)行處理，提高平整度。

3 鍍后發(fā)黃

鐵件鍍鎳發(fā)黃一直是滾鍍鎳最為常見(jiàn)的一個(gè)問(wèn)題。發(fā)黃的種類(lèi)繁多，不同的發(fā)黃性狀有不同的產(chǎn)生原因。

3.1 水跡印發(fā)黃

此種發(fā)黃表現(xiàn)性狀為鍍層表面有不規(guī)則發(fā)黃印記，可以通過(guò)擦拭或者燙洗，發(fā)黃產(chǎn)生在鍍層表面，并非基材生銹溢出。

圖3 發(fā)黃樣件

水跡印發(fā)黃產(chǎn)生在鍍層表面，產(chǎn)生原因在后處理工序，現(xiàn)鍍鎳后處理流程圖入下所示：

圖4 鐵件鍍鎳后處理流程圖

若產(chǎn)品出現(xiàn)水跡印發(fā)黃，可從后面四道工序進(jìn)行排查：

（1）純水洗、熱水洗不凈導(dǎo)致水跡印發(fā)黃，水洗不凈包括多種原因：堿中和濃度過(guò)高，后道帶入量過(guò)多；水洗本身流量偏小，清洗雜質(zhì)累計(jì)及純水水質(zhì)不純均可導(dǎo)致水洗不凈，可以根據(jù)不同的產(chǎn)生原因?qū)ΠY下藥。

（2）甩干、烘干環(huán)節(jié)未徹底甩干、烘干零件，零件表面殘留水漬導(dǎo)致水跡印。

可從甩干的頻率、時(shí)間及烘干的溫度、時(shí)間進(jìn)行排查分析。

3.2 異物發(fā)黃

異物發(fā)黃分為兩種情況：

（1）零件毛坯表面含有異物，前處理未清洗干凈或難以清洗去除，電鍍時(shí)異物無(wú)法溶解，且干擾鍍層沉積，導(dǎo)致鍍層薄或無(wú)鍍層。此種發(fā)黃包括異物本身發(fā)黃及基材無(wú)法受保護(hù)鐵銹溢出發(fā)黃。

（2）零件鍍層內(nèi)含有異物，多為光亮劑分解物，呈現(xiàn)黃白色。

3.2.1 毛坯表面異物發(fā)黃

一般情況下，鐵基材毛坯表面的油污、氧化皮及其他可溶性雜質(zhì)通過(guò)常規(guī)的除油、酸洗工序即可溶解消除，但同樣存在一些無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的前處理工藝徹底清除的異物附著在零件表面，導(dǎo)致鍍后發(fā)黃。

筆者在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)一款零件鍍后總是存在發(fā)黃，發(fā)黃位置不規(guī)則，且為區(qū)域性發(fā)黃。更換前處理亦無(wú)法消除，鍍液打片也未發(fā)現(xiàn)異常。對(duì)前處理及鍍液進(jìn)行排查未發(fā)現(xiàn)異常后，對(duì)不良樣件進(jìn)行電鏡及金相分析，通過(guò)定性分析進(jìn)行原因確認(rèn)。

通過(guò)電鏡及金相分析，發(fā)黃處鍍層不完整，基材存在異物干擾鍍層沉積，異物電鏡分析含Si、Al等異常元素。通過(guò)定性分析結(jié)果再往前排查，發(fā)現(xiàn)熱處理前為去除毛刺采用磨料進(jìn)行振光，而磨料同樣含有Si、Al元素，判斷異物來(lái)源于磨料。后振光后進(jìn)行超聲清洗后再進(jìn)行熱處理，試驗(yàn)多批電鍍后均未產(chǎn)生此類(lèi)發(fā)黃。

此種發(fā)黃就是由于振光磨料粉粘附在零件表面，未清洗干凈便進(jìn)行熱處理，磨料粉高溫?zé)Y(jié)，常規(guī)的前處理工藝無(wú)法徹底清除，從而導(dǎo)致異物發(fā)黃?？梢詮恼窆夂笄逑垂に囍指纳啤Ｒ虼?，解決此類(lèi)發(fā)黃應(yīng)通過(guò)電鏡、金相等定性分析異物種類(lèi)，才好對(duì)癥下藥，排查出癥結(jié)所在。

3.2.2 鍍層異物發(fā)黃

同理，鍍層異物發(fā)黃跟毛坯表面異物發(fā)黃一樣，對(duì)其進(jìn)行定性分析，分析異物種類(lèi)，異物存在的位置。從而做到對(duì)癥下藥。一般情況下，異物多為有機(jī)物，來(lái)源于有機(jī)添加劑分解產(chǎn)物。其特征為鍍層中含有光亮劑中C、O、S等元素。因?yàn)楫愇飦?lái)源于鍍槽，也可鍍液進(jìn)行打片確認(rèn)。此種不良需對(duì)鍍液進(jìn)行活性炭-雙氧水大處理，清除鍍液內(nèi)有機(jī)分解物，處理完畢后調(diào)整鍍槽濃度及pH值，再進(jìn)行打片確認(rèn)。

圖5 鍍層夾雜有機(jī)物樣件及電鏡分析

3.3 針孔黃點(diǎn)

針孔黃點(diǎn)是鍍鎳發(fā)黃中最為普遍的。鐵上鍍鎳屬于陰極性鍍層，鍍層對(duì)基材只有機(jī)械防護(hù)作用，而鎳鍍層孔隙率較高，只有在25μm以上才能達(dá)到無(wú)孔。繼電器零部件加工鍍層厚度一般只有3μm～7μm，電流低區(qū)甚至更低，鍍層孔隙率大，基材氧化生銹從孔隙冒出，形成針孔黃點(diǎn)。采用暗鎳-亮鎳雙層鎳體系，并憑借光亮劑的整平、細(xì)化晶粒的作用，提高陰極極化，可以一定程度上降低孔隙，防止鍍后小黃點(diǎn)。

在實(shí)際生產(chǎn)中，前處理不良，電流密度過(guò)大，鍍槽鐵雜質(zhì)及有機(jī)雜質(zhì)過(guò)高、光亮劑失調(diào)或者過(guò)低等都會(huì)引起鍍后小黃點(diǎn)。因此在遇到問(wèn)題時(shí)，應(yīng)一道一道進(jìn)行排查，找出真實(shí)原因。

5 結(jié)語(yǔ)

在鐵件鍍鎳生產(chǎn)中， 各工藝槽要嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行維護(hù)，尤其是鍍槽，主鹽濃度應(yīng)定期滴定分析，pH值、溫度每天應(yīng)進(jìn)行點(diǎn)檢；添加劑添加遵循少量多次原則，定期對(duì)鍍液進(jìn)行打片分析，嚴(yán)格控制鍍液有機(jī)雜質(zhì)及金屬雜質(zhì)。遇到問(wèn)題，應(yīng)堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合，分析不良原因，不斷提高鍍層質(zhì)量。