鐵基粉末冶金鍍鋅工藝

劉虹驛，鄭微

（煙臺(tái)東星集團(tuán)有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

鐵基粉末冶金是以各種金屬粉末為原料，經(jīng)過(guò)磨具壓制成型，再通過(guò)高溫?zé)Y(jié)獲得毛坯件，接著進(jìn)行熱處理、拋丸、噴砂等工序所得的成品，近幾年被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造中的齒輪、含油軸承等零件。鍍鋅是鐵基粉末冶金件的常用表面防腐技術(shù)。但鐵粉和其他金屬粉末在壓制成型過(guò)程中產(chǎn)生了大量的孔隙，這給鐵基粉末冶金件的電鍍帶了不少困難。因此，鐵基粉末在電鍍前必須進(jìn)行封孔，以保證電鍍過(guò)程中溶液不滲入基體孔隙，以及電鍍后的裝配過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)“吐酸”等不良故障。

1 粉末冶金鍍鋅工藝的選擇

粉末冶金在壓制成型過(guò)程中產(chǎn)生大量孔隙，在選擇鍍鋅工藝時(shí)可根據(jù)其壓制后的密度來(lái)決定。壓制密度高的粉末冶金可以選擇堿性鋅酸鹽體系，壓制密度低的粉末冶金則選擇氯化鉀體系。筆者所在公司的鐵基粉末冶金壓制后的密度為(6.95 ± 0.05) g/cm3，因此選擇氯化鉀體系鍍鋅工藝。

2 鍍鋅工藝流程

封孔→拋丸→超聲波去灰→熱水洗→冷水洗→活化→冷水洗→純水洗→氯化鉀鍍鋅→冷水洗→熱水洗→冷水洗→出光→冷水洗→藍(lán)白鈍化→冷水洗→冷水洗→封閉→吹干→烘干→檢驗(yàn)包裝[1]。

2.1 封孔

分別采用浸熔融硬脂酸鋅、水蒸氣氧化和浸滲有機(jī)樹(shù)脂3種封孔工藝。

2.1.1 浸熔融硬脂酸鋅

硬脂酸鋅是白色輕質(zhì)粉末，熔點(diǎn)130 °C，自燃點(diǎn)900 °C，不溶于水。將硬脂酸鋅粉末置于鐵槽中，加熱至180～200 °C并保溫，將鐵基粉末冶金件浸入其中20～30 min，由于毛細(xì)作用，液態(tài)硬脂酸鋅會(huì)逐漸滲入粉末冶金件孔隙中。注意加熱時(shí)溫度不能超出硬脂酸鋅的自燃點(diǎn)，以免引起火災(zāi)。

2.1.2 水蒸氣氧化

水蒸氣氧化是將粉末冶金件置于580～600 °C蒸汽爐中處理1～4 h，使其外表面氧化生成連續(xù)、致密的Fe3O4膜，從而起到阻塞外表孔隙的作用[2]。筆者在試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨水蒸氣氧化處理時(shí)間延長(zhǎng)，零件表面硬度升高，同時(shí)脆性增大，在組裝過(guò)程中容易出現(xiàn)斷裂問(wèn)題。最終選擇處理溫度為600 °C，處理時(shí)間為1 h。

2.1.3 浸滲有機(jī)樹(shù)脂

將粉末冶金件置于甲基丙烯酸酯類(lèi)物質(zhì)組成的樹(shù)脂中，在常溫常壓下浸泡1 h，令樹(shù)脂滲入粉末冶金件的孔隙。浸滲完要用熱水固化，再拋丸、電鍍。由于該樹(shù)脂不耐強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，因此采用該法封孔的零件不能采用強(qiáng)堿除油、強(qiáng)酸酸洗以及堿性鍍鋅[3]。

2.2 拋丸

為了去除零件封孔時(shí)表面產(chǎn)生的凝固物，同時(shí)作為機(jī)械封閉法精準(zhǔn)關(guān)閉外表孔隙。拋丸時(shí)應(yīng)根據(jù)零件形狀、厚度以及客戶(hù)要求的表面粗糙度來(lái)選擇鋼砂粒徑和拋丸時(shí)間。本工藝選用粒徑為0.6 mm的鋼砂作為磨料，滾拋處理10 min。

2.3 超聲波去灰

粉末冶金件不存在表面涂油的問(wèn)題，所以無(wú)需脫脂，直接通過(guò)超聲波處理拋丸留下的灰塵和砂礫即可。本工藝采用pH = 8的弱堿性去污劑超聲處理5 min。

2.4 活化

零件在電鍍過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生浮銹，尤其是夏季，零件經(jīng)過(guò)超聲波處理后裸露在空氣中極易生銹，必須用弱酸除去表面浮銹，再迅速過(guò)純水洗后電鍍。由于本工藝的粉末冶金件C質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.9%，酸洗時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則容易洗出碳灰。最終選擇用體積分?jǐn)?shù)為0.5%的鹽酸處理10～30 s。

2.5 鍍鋅

硼酸(30 ± 10) g/L，氯化鉀(250 ± 20) g/L，氯化鋅(65 ± 5) g/L，pH 5.5 ± 0.7，溫度(25 ± 5) °C，電流密度1 A/dm2，時(shí)間(40 ± 10) min。

2.6 藍(lán)白鈍化

采用體積分?jǐn)?shù)為(4 ± 1)%的ST-500HQ三價(jià)鉻藍(lán)白鈍化液(由上海滌寶公司生產(chǎn))，pH 2.5 ± 0.5，溫度(25 ± 5) °C，時(shí)間(25 ± 5) s。

2.7 封閉工藝

采用體積分?jǐn)?shù)為30%的水溶性有機(jī)樹(shù)脂封閉劑，溫度(25 ± 5) °C，時(shí)間10～40 s。

2.8 烘干

采用烘干爐固化，溫度70～90 °C，時(shí)間5～10 min。

3 鍍鋅產(chǎn)品性能

表1示出了采用不同封孔工藝時(shí)鍍鋅鐵基粉末冶金零件的照片、返黑斑情況和不良品率?？梢?jiàn)未封孔就進(jìn)行鍍鋅時(shí)不良品率達(dá)100%。因此，鐵基粉末冶金件鍍鋅前必須進(jìn)行封孔。通過(guò)浸滲有機(jī)樹(shù)脂進(jìn)行封孔時(shí)產(chǎn)品合格率最高。

表1 采用不同封孔工藝時(shí)所得鍍鋅產(chǎn)品的外觀(guān)和不良品率 Table 1 Appearance and defect rate of zinc-electroplated products when using different sealing processes

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)浸滲有機(jī)樹(shù)脂對(duì)鐵基粉末冶金件進(jìn)行封孔能夠很好地解決鍍鋅后返黑斑的問(wèn)題。雖然合格率未能達(dá)到100%，但可通過(guò)增加浸滲次數(shù)來(lái)提高封孔效果，也可以在藍(lán)白鈍化前增加超聲波清洗，徹底清洗零件表面殘留溶液，從而保證產(chǎn)品的合格率。