現(xiàn)代鍍覆技術(shù) 第四部分──化學(xué)鍍仿金

唐春華

（泉州市創(chuàng)達表面處理公司，福建 泉州 362000）

汽車緊固件(汽車輪胎螺絲螺帽)的傳統(tǒng)鍍覆工藝為鋼鐵氧化、鍍鋅、功能性磷化等，其中功能性磷化滿足汽車緊固件高強度的要求，應(yīng)用極廣。近幾年隨著人們對工業(yè)產(chǎn)品外觀的審美追求，汽車緊固件的鍍覆悄然發(fā)生了變化，最引人注目的是化學(xué)鍍鎳取代了功能性磷化在部分企業(yè)中的應(yīng)用，并有強勁的發(fā)展趨勢。不可否認(rèn)，化學(xué)鍍鎳確實具有某些優(yōu)異性能，其外觀略勝功能磷化一籌。但化學(xué)鍍鎳用于緊固件也有明顯的缺點：一是鎳屬致癌物質(zhì)，生產(chǎn)廢水多，處理難度大，且費用高；二是操作環(huán)境不友好，溶液揮發(fā)量大，有較濃的刺激氣味；三是能耗較大，成本高。因此化學(xué)鍍鎳必然受到環(huán)保制約，這迫使企業(yè)又在尋找新工藝來取而代之。

筆者經(jīng)反復(fù)試驗及現(xiàn)場考驗，開發(fā)了一種用于工業(yè)生產(chǎn)的光亮化學(xué)鍍仿金工藝。這種工藝不但鍍覆外觀美(可謂“光彩奪目”)，更重要的是能滿足緊固件耐磨、耐蝕的要求(與鍍覆后處理密切相關(guān))，深受企業(yè)青睞。經(jīng)批量工業(yè)生產(chǎn)證明，本工藝可成為緊固件鍍覆的花色品種之一，還可取代有氰電鍍仿金。

1 機理[1]

這是以銅為主的硫酸鹽多元合金體系。其中Cu2+及Sn2+與鋼鐵發(fā)生置換反應(yīng)，微量Zn2+參與反應(yīng)起調(diào)色作用，形成化學(xué)仿金鍍層。銅的置換反應(yīng)比錫快得多，只有Cu2+的置換反應(yīng)受到一定的限制或Sn2+置換反應(yīng)得到適當(dāng)?shù)拇龠M，使Cu2+和Sn2+的置換反應(yīng)速度達到平衡時，才能持續(xù)獲得所需的仿金鍍層。添加合適的雙配位劑與銅離子配位，降低銅的電極電位，并借助促進劑加速錫的析出，才可獲得含銅量較低的仿金層。適量添加劑的加入可起到濕潤、平整、光亮的作用，提高仿金層的光澤。操作時要注意控制銅鹽消耗量與補充量得當(dāng)。

2 特點

2.1 環(huán)保性較好

不存在致癌元素、有毒物的廢水排放；省去酸蝕(以拋丸代替酸蝕[2])，避免了酸氣、酸液的污染； 化學(xué)鍍液在常溫下操作，無刺激性氣味，有利于人體健康。

2.2 節(jié)能

除除油、封閉需要加熱外，其他工序為常溫操作，能耗比化學(xué)鍍鎳低得多，與電鍍仿金相比也節(jié)省了電源。

2.3 工藝簡單，易過渡

可利用原有化學(xué)鍍鎳設(shè)備，節(jié)省投產(chǎn)費用。本工藝僅比化學(xué)鍍鎳多了一道工序；比普通電鍍仿金減少3 道工序(預(yù)鍍鎳、酸性鍍銅和光亮鍍鎳[3])。

2.4 成本較低

本工藝在配槽用料、藥劑消耗、藥液壽命等方面的綜合成本(約400 元/t)低于化學(xué)鍍鎳的生產(chǎn)成本(700 元/t 左右)，加之化學(xué)仿金時間短(≤60 s)，化學(xué)鍍鎳時間長(30 min)，有利于省材節(jié)時。

2.5 工藝穩(wěn)定

該仿金液穩(wěn)定，可調(diào)性好。相比之下，化學(xué)鍍鎳液加熱蒸發(fā)量大，槽液補加頻繁，穩(wěn)定性差。

3 工藝流程

3.1 含鉻合金鋼緊固件化學(xué)鍍仿金

一次堿液化學(xué)除油→水洗→二次堿液化學(xué)除油→水洗→活化→水洗→化學(xué)鍍仿金→水洗→預(yù)處理→封閉→水洗→熱水洗→自干→油封。

注：若表面光潔度尚好(經(jīng)拋丸、機加工和磨光，但螺栓頭部、螺帽無法磨光)，鍍前只需活化。

3.2 鋼鐵制件化學(xué)鍍仿金

堿液化學(xué)除油→水洗→酸蝕/拋丸→水洗→活化→水洗→化學(xué)鍍鎳/電鍍鎳→水洗→化學(xué)鍍仿金→水洗→鈍化→水洗→干燥→浸漆→干燥。

注：到底是酸蝕還是拋丸，應(yīng)視工件表面狀況或現(xiàn)場條件而定。

3.3 鋁及鋁合金制件化學(xué)鍍仿金

堿性除油→熱水洗→水洗→堿蝕→水洗→硝酸出光→水洗→一次浸鋅→水洗→褪鋅→水洗→二次浸鋅→水洗→堿性化學(xué)鍍鎳→水洗→酸性化學(xué)鍍鎳→水洗→化學(xué)鍍仿金→水洗→鈍化→水洗→干燥→浸漆→干燥。

注：若使用東莞霖輝金屬表面處理有限公司提供的脫脂堿蝕二合一處理方法，可省去浸鋅工序。

4 工藝說明

4.1 工件裝掛

工件裝入浸塑膠鐵質(zhì)籃筐內(nèi)，每筐盛工件約15 kg，手動電葫蘆行車運行。由于除油時間長，仿金時間短，因此為了保證生產(chǎn)速率的銜接性，除油槽籃筐數(shù)量多于化學(xué)鍍仿金槽的籃筐量。

4.2 表面準(zhǔn)備

鍍前滾光、磨光能使基材表面有較高的光亮平整度，對提高仿金層外光質(zhì)量和抗變色能力起雙重作用。

除油是決定化學(xué)鍍仿金質(zhì)量的先決條件，一定要徹底。因為螺栓、螺帽的滾牙和攻牙以植物油(如花生油、菜籽油等)作潤滑劑，螺帽油污更難除凈，尤其是干固了的油膜。除油時要間歇抖動籃筐，除油后清洗完了要檢查除油質(zhì)量。有條件的最好采用超聲波除油，以提高除油效率和質(zhì)量。

4.3 活化

活化使工件表面呈活態(tài)，尤其是光潔度較高的車、磨表面，鍍前不酸蝕，必須活化。

4.4 化學(xué)鍍仿金

施鍍時間不宜過長，螺栓10 s，螺帽15 s。操作時要適度抖動籃筐，使工件色彩一致，防止產(chǎn)生接觸印跡，盡量減少色差。但螺栓頭部、螺帽因表面非磨光，鍍面色澤偏暗(在質(zhì)量指標(biāo)允許范圍內(nèi))。

4.5 預(yù)處理

為封閉打下良好基礎(chǔ)，對加快封閉速率，增加封閉層厚度和均勻性均有好處。

4.6 封閉

封閉是保證螺栓、螺帽絲牙部位仿金層耐磨性的關(guān)鍵所在。換言之，緊固件仿金層需要封閉處理才能達到使用要求，通過“打風(fēng)炮”檢驗(見6.4 節(jié))。另外，能否通過“打風(fēng)炮”檢驗還取決于緊固件的配套形式：若螺栓、螺帽全部鍍仿金，則它們都需封閉；若只是螺栓鍍仿金，螺帽為黑色磷化(浸黑 + 普通鋅系磷化[4])，則允許螺栓仿金層不封閉，而這種配套更能增強色差，外觀更耀眼，別具一格。配套方式視客戶需要而定，緊固件鍍覆后按客戶需要在出廠前進行包裝。

4.7 熱水防銹

熱水洗能加快封閉層的干燥，并起到防銹作用(水中含適量防銹劑)，便于油封。

4.8 油封

油封對3.1 節(jié)的仿金工藝產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。仿金層油封既要求能起到防銹性(仿金層 + 封閉層 + 油層的功能總和，可以大幅提高鍍覆層的耐蝕性)，同時又不能影響仿金層的外觀(油膜要薄、透明度高)。為此，筆者研究了一種專用仿金層防銹油(擇優(yōu)防銹油與防銹劑配制而成)，其干燥快，便于生產(chǎn)。

5 工作條件與藥液維護

5.1 除油

堿性除油劑60 ～ 70 g/L，溫度80 ～ 85 °C，時間5 ～ 10 min(以螺帽內(nèi)表面完全被水濕潤為止)。工作時需勤撈除油液面油沫，生產(chǎn)前補足除油劑的消耗量，按除油劑35 g/L 補加。5 d 清槽一次，10 d 換槽一次(視槽液變化情況而定)。

5.2 活化

活化劑7 ～ 8 g/L，pH 2，常溫，時間10 s。2 d 換一次槽。

5.3 化學(xué)鍍仿金

化學(xué)鍍仿金液分裝，銅主鹽單獨配制濃劑，其他成分混合配制。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，化學(xué)鍍仿金液的成分全部混合后，放置時間一長就會反應(yīng)慢(成色時間延長至3 ～ 4 min)，且效果不好。改為分裝后，長時間放置也無影響。使用時按配方用量將2 種藥液混合即可。生產(chǎn)中補加藥劑的原則是根據(jù)仿金顏色深淺而調(diào)。藥液處理量(單位容積的槽液可處理工件的質(zhì)量)為130 kg/L。因容積過小，負(fù)載量大，故每生產(chǎn)2 d更換1/2 槽液。

5.4 預(yù)處理

預(yù)處理劑1 g/L，常溫，時間5 s。每天更換一次槽液。

5.5 封閉

封閉劑200 mL/L，溫度70 °C，時間4 min(螺栓)或5 min(螺帽)。生產(chǎn)前補加封閉劑(濃縮型)23 mL/L，1 份濃縮劑加4 份水稀釋后加入。

每天生產(chǎn)前(上下午各一次)補加水至工作面。每4 d 清槽一次，以保持封閉液的清潔度，15 d 換一次槽。

5.6 熱水防銹

防銹劑2 g/L，溫度80 ～ 85 °C。每天補加防銹劑1 g/L，4 d 換一次槽。

5.7 干燥

用無水無油的壓縮空氣吹干或烘干；浸漆后甩干(甩干機)。注意吹掉籃筐底部積水。

5.8 油封

采用干性防銹油，常溫，時間2 min。

5.9 浸漆

浸漆是決定3.2 節(jié)和3.3 節(jié)的化學(xué)鍍仿金抗變色能力的關(guān)鍵因素，其質(zhì)量好壞又與涂料特性及施涂方式密切相關(guān)，最理想的是TA、854、8251-3 護光油等涂料。嚴(yán)格地講，水溶性涂料用于化學(xué)仿金層不理想，這是由于水溶性涂料中含有氨的成分，對銅有腐蝕作用，會導(dǎo)致仿金層變綠[5]。

6 質(zhì)量檢驗

6.1 外觀

呈透明光亮的仿金色(車、磨表面)或緞面金黃色(拋丸表面)，鍍層均勻細(xì)致，不允許有露底、斑點、泛紅、黑點等缺陷，表面應(yīng)無附著物，不掉色。

6.2 抗變色能力

在包裝良好的情況下，要求一年內(nèi)庫存不變色。實際測試表明，可以2 年以上不變色。

6.3 抗腐蝕能力

5% NaCl 連續(xù)噴霧腐蝕48 h 內(nèi)無銹點(允許有個別銹點)。要求包裝后的仿金件在庫存期內(nèi)不銹蝕。

6.4 耐磨性

耐磨性是緊固件的關(guān)鍵檢驗項目，可通過“打風(fēng)炮”來快速檢測。自制的“打風(fēng)炮”裝置由厚板固定架、氣動套筒、空壓機等組成。測試時將螺栓快速旋到螺栓底部，然后又快速旋出至螺栓端頭，重復(fù)旋進旋出4 ～ 5 次后停機，卸下試驗件進行仔細(xì)檢測。若螺帽無卡死，螺栓絲牙無損傷，則耐磨性合格，允許仿金層掉色。本工藝生產(chǎn)的仿金件的耐磨性均在4 次以上，達到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(測時件均為仿金層配套)。