軸瓦電鍍錫線的設計

張永紅

（重慶躍進機械廠有限公司，重慶 402160）

由于市場銷量擴大，筆者所在公司的舊電鍍錫線已無法滿足供貨的需求，急需新設計1條年產量34萬片的軸瓦電鍍錫自動線。

軸瓦基體是在鋼殼上澆鑄錫銻合金制成的，屬于形狀較復雜的半圓零件。本文通過對近幾年軸瓦電鍍錫工藝的總結，選擇較優(yōu)的軸瓦鍍錫生產工藝，根據(jù)所采用的工藝及規(guī)劃的年生產綱領，進行工藝的設計和相關計算，然后設計鍍錫線平面布置圖、新工藝流程，列出主要工藝設備一覽表。全線采用PLC(可編程邏輯控制器)控制，自動化程度、生產效率和產量都得到了提高。

1 軸瓦電鍍錫新工藝

1.1 工藝流程

上掛→化學除油→熱水洗→冷水洗→電解除油→熱水洗→冷水洗→電解酸洗→逆流水洗→活化→逆流水洗→鍍錫→回收→逆流水洗→中和→逆流水洗→純水洗→熱純水洗→烘干→下掛。

新工藝在舊工藝的基礎上增加了電解酸洗和回收2道工序：電解酸洗用于除銹，解決鍍層結合力不好的問題；回收用于回收鍍錫液，有助于節(jié)約藥品，減少廢水中重金屬錫的排放量。

1.2 主要工序的配方和工藝條件

1.2.1 化學除油[1]

1.2.1.1 主要作用

軸瓦在庫存和機械加工過程中難免會粘附一些潤滑油、防銹油等油污，電鍍錫前必須除去油污，否則鍍層結合力不好，有花斑、麻點等缺陷?；瘜W除油具有工藝簡單、操作容易、成本低廉，除油液無毒、不燃等特點，但它的乳化能力較弱，主要作用是“預除油”。

1.2.1.2 溶液組成和工藝條件

NaOH 30 ～ 50 g/L，Na2CO330 ～ 50 g/L，OP-21 乳化劑 1 ～ 3 g/L，溫度 50 ～ 70 °C，時間 5 ～ 8 min，溶液循環(huán)過濾。

1.2.1.3 注意事項

(1) 化學除油液的使用壽命有限，要定期分析除油液成分，及時補加相關試劑，及時通過過濾清除溶液中的油污。若除油液污染或老化嚴重，應及時更換。

(2) 化學除油液的溫度不宜過高，以50 ～ 70 °C為宜。

(3) 要防止化學除油液蒸發(fā)時工件露出液面的部位因干化而引起鍍層質量問題。工件在除油槽中的深度應恰當，保證除油液稍有蒸發(fā)時也不至于使工件露出液面，平時也要根據(jù)溶液的蒸發(fā)情況隨時補充水分。

1.2.2 熱水洗和冷水洗

1.2.2.1 主要作用

工件完成化學除油后，應先采用50 ～ 70 °C熱水清洗，再用流動冷水洗。熱水洗能夠快速洗去附著在工件表面的油渣和殘液，流動冷水洗可以進一步洗掉殘留液體，防止化學除油液被帶入電解除油中。

1.2.2.2 注意事項

(1) 工件與清洗水應充分接觸。

(2) 不要忽視掛鉤的清洗。清洗槽較淺，帶掛具清洗時若掛具上部未浸入水中，在卸掛和干燥時，掛具上殘留的溶液便會污染工件，引起鍍層發(fā)花，出現(xiàn)斑點。

(3) 工件提出清洗槽后，掛具在槽上方停留片刻，以減少工件表面帶出的堿液。

(4) 清洗時要防止工件遭到機械損傷。

1.2.3 電解除油[1]

1.2.3.1 主要作用

電解除油能進一步清除工件表面的油污，保證鍍層結合力。

1.2.3.2 溶液組成和工藝條件

NaOH 15 ～ 25 g/L，Na2CO320 ～ 30 g/L，Na3PO420 ～ 30 g/L，溫度 50 ～ 70 °C，陽極電流密度 5 ～ 10 A/dm2，時間5 ～ 10 min，陰極為316L不銹鋼板，溶液循環(huán)過濾。

1.2.3.3 注意事項

(1) 電解除油一般采用鐵板作為陰極，但在舊電鍍錫線上生產時發(fā)現(xiàn)鐵板在潮濕環(huán)境中銹蝕嚴重，影響導電，因此新鍍錫線改用316L不銹鋼板作為陰極。

(2) 由于電解除油時陰極表面不斷產生氫氣，工件(陽極)表面不斷產生的氧氣具有乳化作用，因此電解除油液中可以少加或不加乳化劑。過多的乳化劑會在液面形成泡沫并粘附在零件表面，不易清洗，也影響電極表面氣體的逸出。當大量析出的氫氣和氧氣被液面上的泡沫覆蓋，一旦遇到電極與掛具接觸不良而產生電火花時，就會引起爆炸，造成安全事故。

1.2.4 電解酸洗[2]

1.2.4.1 主要作用

電解酸洗不僅可以去除殘留的銹斑，還能對工件內表面產生微觀粗化作用，有利于電鍍層的牢固附著。

1.2.4.2 溶液組成和工藝條件

硫酸40 ～ 60 g/L，陽極電流密度3 ～ 6 A/dm2，時間0.5 ～ 1.0 min，常溫，陰極為316L不銹鋼板，溶液循環(huán)過濾。

1.2.4.3 注意事項

(1) 酸洗槽要配上塑料蓋，并帶有抽風裝置，以減輕酸的揮發(fā)，改善工作環(huán)境。

(2) 嚴格控制酸洗時間，防止工件過腐蝕。

1.2.5 逆流水洗(活化前)

采用自來水進行二級逆流水洗，去除工件表面殘留的酸洗液。

1.2.6 活化

1.2.6.1 主要作用

由于電解酸洗過程中工件表面有氧氣析出，使工件表面發(fā)生輕微氧化，生成肉眼看不到的薄氧化膜，

該氧化膜會顯著降低鍍層結合力，因此活化是電鍍錫前的必要工序。通過氟硼酸的侵蝕活化使工件表面氧化膜溶解，露出活潑的金屬界面，從而提高后續(xù)電鍍層與基體之間的結合力。

1.2.6.2 溶液組成和工藝條件

HBF460 ～ 80 g/L，時間0.5 ～ 1.0 min，常溫，溶液循環(huán)過濾。

1.2.6.3 注意事項

(1) 酸槽要配上塑料蓋，并有抽風裝置，以減輕酸揮發(fā)，改善工作環(huán)境。

(2) 嚴格控制酸洗時間，避免活化不良。

1.2.7 逆流水洗(活化后)

采用自來水進行二級逆流水洗，去除工件表面殘留的活化液。

1.2.8 電鍍錫[3]

采用直流電鍍法，以錫板作為陽極(陰陽極面積比1∶2)，溶液組成和工藝條件為：Sn(BF4)2(氟硼酸亞錫)40 ～ 60 g/L，HBF470 ～ 90 g/L，H3BO320 ～ 30 g/L，對苯二酚 4 ～ 8 g/L，胨 1 ～ 3 g/L，溫度 18 ～ 30 °C(由恒溫裝置控溫)，陰極電流密度0.5 A/dm2，時間4.5 ～ 14.0 min，陰極移動15 ～ 30次/min，溶液循環(huán)過濾。

本工藝要求錫鍍層厚度1 ～ 3 μm，施鍍時間(t)依鍍層厚度而定，依據(jù)法拉第第一定律[4][即式(1)]計算得到。

式中δ是鍍層厚度(單位：cm)，γ是鍍層密度(錫的密度為7.2 g/cm3)，Jk是陰極電流密度(單位：A/cm2)，K是電化學當量[取2.214 6 g/(A·h)]，η是陰極電流效率(取95%)。

1.2.9 回收

電鍍錫溶液回收和利用是降低電鍍成本和減少污染的重要手段。在電鍍水洗線上增設回收槽，工件從電鍍錫液中取出后，先在回收槽的水中浸漬0.5 min，使工件表面約60%的電鍍錫液溶解其中?？蓪⒒厥詹鄣乃芤褐苯友a充到鍍錫槽里，再次利用，既節(jié)省了大量貴重試劑(如氟硼酸亞錫和氟硼酸)，又減少了重金屬錫的排放。

1.2.10 中和

在酸性電鍍錫后用30 ～ 45 g/L的Na2CO3溶液中和軸瓦表面殘留的酸，溫度35 ～ 45 °C，時間0.5 ～ 1.0 min，溶液循環(huán)過濾。

1.3 產品質量要求

(1) 要求錫層厚度在1 ～ 3 μm范圍內。

(2) 結合力良好：先在(160 ± 10) °C的烘箱中恒溫30 min，接著放入室溫水中2 min，取出后肉眼觀察鍍層，應無起泡和剝落。

(3) 錫鍍層呈光亮的銀白色，表面光滑，無結瘤，不允許有鼓泡、起皮、漏鍍、麻點、裂紋、銹跡等缺陷。

2 電鍍錫線的平面布置和主要工藝設備

根據(jù)電鍍錫的工藝流程，產線平面布置如圖1所示，表1列出了主要工藝設備及其參數(shù)。

表1 主要工藝設備一覽表Table 1 List of primary equipment

圖1 電鍍錫線的平面布置圖Table 1 General layout of the production line for tin electroplating

3 廢水處理

3.1 前處理工序酸、堿廢水的處理

化學除油、電解除油、電解酸洗、活化等前處理工序的清洗水合并后流入調節(jié)池，進行自然中和，自然中和后廢水一般呈酸性，還需投藥進行中和。

3.2 鍍錫層漂洗廢水的處理

鍍錫后的漂洗廢水流入單獨的收集池，加入10%石灰水(主要成分是氫氧化鈣)，調節(jié)至中性后加入2%氯化鈣溶液，使廢水中殘余的氟離子與鈣離子結合生成氟化鈣沉淀。此后廢水與沉淀進入一級沉淀池，依次加入混凝劑、重金屬捕集劑和絮凝劑，使氫氧化錫沉淀和氟化鈣沉淀加速聚積，沉淀體積增大。再將廢水與沉淀混合物排入二級沉淀池，進一步分離水和沉淀物。通過污泥泵將沉淀抽入壓濾機中壓濾成餅狀，交由有資質的單位處理。分離出的水調節(jié)pH到6 ～ 9即可排放。

4 廢氣處理

電鍍生產的許多工序都會產生大量廢氣，包括酸洗過程中產生的酸性廢氣，除油過程中產生的堿性廢氣，鍍錫過程中產生的微量酸性廢氣，以及各種酸堿霧，嚴重污染環(huán)境和危害人體健康。因此這些廢氣在排入大氣前必須進行凈化。

車間產生的廢氣分別經槽邊吸風罩吸收匯集到各自的噴淋吸收塔中，廢氣經過填料層與7%氫氧化鈉溶液進行氣液兩相充分接觸并發(fā)生中和反應，酸霧廢氣經過吸收凈化后，再經除霧板脫水除霧，由風機排入大氣。吸收液在塔底經水泵增壓后在塔頂噴淋而下，最后回流至塔底，循環(huán)使用。

5 結語

該軸瓦電鍍錫自動線的廢水和廢氣排放滿足GB 21900-2008《電鍍污染物排放標準》中表3和表5的要求，目前已完成安裝并進入調試階段。