防止橡膠金屬復合件開膠的鍍鋅新工藝

李斌，鄧建青，周同理

（株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412000）

鍍鋅是目前廣泛運用且行之有效的防腐方式，多數(shù)形狀復雜的小尺寸橡膠金屬復合制品都是通過電鍍鋅來防腐的。橡膠金屬復合制品的常規(guī)鍍鋅工藝是將鐵件和橡膠硫化粘合后整體進行脫脂、除銹、電鍍鋅、出光、鈍化和后處理(如封閉)。采用該工藝時經(jīng)常出現(xiàn)橡膠和金屬粘合不牢的現(xiàn)象，導致大量產(chǎn)品報廢。本文介紹了一種橡膠金屬復合件鍍鋅的新工藝，以供同行參考。

1 橡膠金屬復合制品鍍鋅新工藝

新工藝流程如圖1所示，圖中虛線部分根據(jù)實際需要選擇是否進行，不需要則直接進入下一道工序。先對鐵件電鍍鋅(出光、但不鈍化)，與橡膠硫化粘合后進行表面處理(中性脫脂)、清洗、出光、鈍化、后續(xù)處理。該工藝的電鍍鋅在硫化粘合之前進行，既可避免長時間電鍍導致粘合不牢，又可按需選擇對鐵件進行除氫，進而滿足高強度負荷產(chǎn)品的要求。

圖1 新鍍鋅工藝流程Figure 1 Flowchart of the novel zinc electroplating process

1.1 鍍鋅

鐵件鍍鋅是關(guān)鍵工序之一，鍍鋅層應呈均勻光亮的銀白色(見圖2)，厚度應在工藝要求的中上限，并且結(jié)合力良好(采用熱震法檢測，220 °C下保溫30 min后立即放入10～25 °C水中，要求鋅層無起泡、脫落、開裂等異常)，以防后續(xù)除氫或硫化過程中出現(xiàn)起泡、脫落等異常(見圖3)。

圖2 正常鍍鋅產(chǎn)品Figure 2 Qualified zinc-electroplated products

圖3 鍍鋅產(chǎn)品在除氫或硫化時出現(xiàn)起泡和脫落現(xiàn)象Figure 3 Blistering and peeling of a zinc-electroplated product during hydrogen removal or vulcanization

1.2 除氫

對鍍鋅鐵件除氫可以檢驗鍍鋅層的結(jié)合力，更重要的是消除氫脆，進而滿足高承載強度產(chǎn)品的要求。 由于橡膠不能經(jīng)受長時間的高溫烘烤，因此鍍鋅鐵件除氫必須在硫化前進行。顯然，橡膠金屬復合件的常規(guī)鍍鋅工藝不適用于制備高承載強度產(chǎn)品。

1.3 硫化前處理

鍍鋅鐵件硫化前處理的目的是獲得具有一定粗糙度的清潔表面，以增強橡膠與金屬之間的粘合強度。硫化前無需脫脂，直接噴砂，噴砂時應保護好非涂膠部位的鋅層，并控制好邊緣涂膠，避免膠粘劑在鋅層上殘留?？傊?，硫化前處理過程中需盡量減少對鋅層的損壞，以及避免雜物在鋅層上的殘留。

1.4 硫化

按正常工藝硫化，注意避免裝模、出模及搬運過程劃傷鋅層，并防止油污等殘留在鋅層表面(見圖4)。

圖4 硫化后的正常產(chǎn)品(a)和劃傷了的產(chǎn)品(b)Figure 4 Surface states of the qualified product (a) and the scratched product (b) after vulcanization

1.5 鋅層表面處理

硫化后鋅層表面會發(fā)生氧化，并且難免會有雜質(zhì)殘留，必須將氧化膜和雜質(zhì)除去，以保證后續(xù)鈍化的效果。油污等用中性除油劑超聲處理5 min左右可除去，殘留的膠粘劑可用400號砂紙輕輕打磨掉，氧化膜用3%～5%(質(zhì)量分數(shù))硝酸浸泡5～10 s即可除去。待鋅層表面處理完畢，若鋅層完好無損，則可按正常工藝直接進行水洗、鈍化等后續(xù)操作；若鋅層損壞較嚴重，則應整體鍍鋅以修補破損處的鋅層。

1.6 鋅層修補

對于鋅層損壞較嚴重的工件或膠粘劑殘留面積過大的工件，為保證破損處鋅層的防腐能力，在鋅層表面處理后需整體鍍鋅一定時間，以保證破損處的鋅層厚度達到5 μm左右。修補鋅層后按正常工藝進行水洗、出光、鈍化等后續(xù)處理。

1.7 其他后處理工序

其他后處理工序(如封閉)可按各自的工藝正常操作，鍍鋅工藝的后處理一般只影響外觀，不會導致產(chǎn)品粘合不牢。

2 常見問題及其處理

2.1 鋅層修補

鋅層修補的目的是保證鋅層破損處恢復一定的防腐能力。先按照1.5節(jié)對鋅層進行表面處理，再整體短時間(10～20 min)鍍鋅，宜采用對橡膠金屬粘合影響較小的酸性鍍鋅工藝。對于鋅層破損面積大于5%的工件，建議退除鋅層后重新整體鍍鋅。

2.2 殘留膠粘劑的去除

鋅層表面殘留膠粘劑并不影響防腐效果，如果對外觀要求不嚴格，可不處理；若對外觀要求嚴格，則應采用400號或更細的砂紙輕輕打磨掉，又或用棉布拋光輪除去。

2.3 鋅層起泡等異常硫化產(chǎn)品的處理

對于硫化后鋅層起泡、開裂等異常的產(chǎn)品，應徹底褪除鋅層后重新鍍鋅。要盡量采用機械打磨或機械拋光的方式代替酸洗褪鋅，并宜采用對橡膠金屬粘合影響較小的酸性鍍鋅工藝。

3 新工藝所制產(chǎn)品的防腐性能

新工藝已經(jīng)大批量應用于實際生產(chǎn)中，圖5是其外觀。新工藝所制鍍鋅層的防腐性能與常規(guī)工藝相當，如圖6所示，中性鹽霧試驗72 h后產(chǎn)品表面出現(xiàn)黑斑，黑斑的腐蝕面積分數(shù)約為0.1%，144 h后黑斑腐蝕面積分數(shù)也僅為0.4%。

圖5 新工藝產(chǎn)品外觀Figure 5 Appearance of the products electroplated with zinc by the novel process

圖6 新工藝所制鍍鋅產(chǎn)品在中性鹽霧試驗不同時間后的表面狀態(tài)Figure 6 Surface states of the products electroplated with zinc by the novel process after neutral salt spray test for different time

4 結(jié)語

本工藝將鍍鋅工序調(diào)整到硫化前，從根本上避免了橡膠金屬硫化粘合后整體鍍鋅出現(xiàn)粘合不牢的風險，同時保證了產(chǎn)品鍍鋅層的外觀和防腐性能。