鍍鋅零件外觀缺陷原因分析和改進(jìn)

焦莎，于建政，萬冰華，徐喜剛

（1.航天精工股份有限公司，天津 300300；2.天津市勞動(dòng)保障技師學(xué)院，天津 300000）

某氯化鉀掛鍍鋅彩色鈍化零件在存儲(chǔ)過程中表面變暗、局部發(fā)黑，鈍化膜顏色不均勻(見圖1a)，尾部盲孔及其附近有嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象(見圖1b)。該零件的表面處理加工流程為：除油→水洗→活化→水洗→掛鍍鋅→水洗→出光→水洗→鈍化→水洗→干燥→檢驗(yàn)。本文對(duì)造成上述外觀缺陷的原因進(jìn)行分析，并通過試驗(yàn)加以驗(yàn)證，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

圖1 缺陷產(chǎn)品(a, b)與合格產(chǎn)品(c)的外觀Figure 1 Appearance of defective products (a, b) and qualified products (c)

1 問題定位

從現(xiàn)場(chǎng)了解到，庫房產(chǎn)品用泡沫紙包裝后放于塑料袋中，再用訂書針密封(如圖2所示)。每個(gè)塑料袋中都有缺陷產(chǎn)品，占比約33%。產(chǎn)品都是檢驗(yàn)合格后才出廠發(fā)給客戶，并經(jīng)客戶檢驗(yàn)合格后入庫，故外觀質(zhì)量問題應(yīng)該發(fā)生在存放過程中。主要原因有產(chǎn)品清洗后未徹底干燥，包裝方式不當(dāng)，以及庫房存放環(huán)境不佳。

圖2 產(chǎn)品的包裝方式Figure 2 Packaging method for the products

2 試驗(yàn)驗(yàn)證與分析

2.1 盲孔及其周圍腐蝕問題的分析

通過針管用清水沖洗零件盲孔內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)有黃色液體流出，說明孔內(nèi)有槽液殘留。經(jīng)了解，產(chǎn)品在加工過程中的干燥時(shí)間僅2 ~ 5 min，這么短的時(shí)間并不能將盲孔內(nèi)水分徹底烘干，這為腐蝕埋下了隱患。

2.2 產(chǎn)品變色、局部發(fā)黑問題的分析

為確定造成產(chǎn)品變色和局部發(fā)黑問題的原因，取帶盲孔產(chǎn)品，先用針管吸掉孔內(nèi)水分并烘干，再通過改變包裝方式和存放環(huán)境進(jìn)行第一輪試驗(yàn)，共8組，每組2個(gè)平行試樣，結(jié)果見表1和圖3。

表1 第一輪驗(yàn)證試驗(yàn)的內(nèi)容Table 1 Scheme of the first round of verification experiments

圖3 第一輪試驗(yàn)后產(chǎn)品的外觀Figure 3 Appearance of the products obtained at the first round of experiments

從表1和圖3可以看出，無論如何包裝，產(chǎn)品在自然環(huán)境下存放2.5個(gè)月都無外觀異常現(xiàn)象。但在溫度60 °C、相對(duì)濕度95%的濕熱環(huán)境下存放192 h后，產(chǎn)品表面均發(fā)生了不同程度的變化：未包裝產(chǎn)品表面發(fā)生了不均勻變色，略暗；只用泡沫紙包裝的產(chǎn)品都有較嚴(yán)重的黃色或黑色銹點(diǎn)，在泡沫紙外套上紙盒后銹蝕情況減輕；泡沫紙外套上塑料盒后產(chǎn)品未發(fā)生銹蝕，但存在不均勻變色現(xiàn)象。

由第一輪試驗(yàn)結(jié)果可知，白色泡沫紙包裝及存放環(huán)境對(duì)產(chǎn)品外觀有較大的影響，于是設(shè)計(jì)了第二輪試驗(yàn)，共7組，每組2個(gè)平行試樣，結(jié)果見表2和圖4。

表2 第二輪驗(yàn)證試驗(yàn)的內(nèi)容Table 2 Scheme of the second round of verification experiments

圖4 第二輪試驗(yàn)產(chǎn)品外觀Figure 4 Appearance of the products obtained at the second round of experiments

由表2和圖4可知，盲孔未烘干的產(chǎn)品在室內(nèi)自然環(huán)境下儲(chǔ)存2個(gè)月外觀無明顯變化，但盲孔周圍出現(xiàn)黑斑，這是盲孔中殘留的槽液破壞鈍化膜所致。未包裝產(chǎn)品在濕熱環(huán)境中暴露1個(gè)月后局部出現(xiàn)小白點(diǎn)，此為鈍化膜脫落現(xiàn)象，表明未烘干產(chǎn)品的鈍化膜與鍍層結(jié)合力較差。烘干完全的產(chǎn)品用油麻紙包裝或油麻紙+塑封袋包裝或真空包裝后，在濕熱環(huán)境中存放1個(gè)月都無異常，這與第一輪的泡沫紙效果相反，說明鍍鋅產(chǎn)品不宜用泡沫紙之類的有機(jī)塑料紙包裝。烘干完全的產(chǎn)品浸水后用自封塑料袋包裝，在有光照的自然環(huán)境中存放2個(gè)月表面顏色變淡，說明鈍化膜的耐光性不佳，應(yīng)避光儲(chǔ)存。將烘干的產(chǎn)品浸在室溫的水中20 d，局部出現(xiàn)腐蝕黑點(diǎn)和黃色無光澤水印，說明鈍化膜在潮濕環(huán)境中時(shí)耐蝕性顯著降低。

2.3 分析與討論

2.3.1 包裝和儲(chǔ)存條件對(duì)鈍化膜變色的影響

鍍鋅產(chǎn)品表面鈍化膜中有很多微孔，一些產(chǎn)品甚至存在較深的盲孔，微孔和盲孔中往往含有酸性液體。如果用不透氣的塑料紙或塑料袋密封包裝，在長(zhǎng)期存放過程中(尤其是夏天時(shí))，水分蒸發(fā)，使零件處于酸性氣氛中，導(dǎo)致鈍化膜發(fā)生變色或腐蝕[1-2]。這也印證了用油麻紙包裝后產(chǎn)品表面變色和腐蝕現(xiàn)象得到明顯改善的事實(shí)。

2.3.2 鍍層晶格結(jié)構(gòu)對(duì)鈍化膜變色的影響

氯化鉀鍍鋅是通過光亮劑附著在工件表面作為晶核進(jìn)行結(jié)晶的，因此鍍層晶格結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)。也就是說，鍍層的層與層之間存在鍍鋅光亮劑的有機(jī)薄膜，而這層有機(jī)膜在空氣中極不穩(wěn)定，在冷熱、光照等環(huán)境條件下容易分解，造成鍍鋅層鈍化膜變色并失去光澤[1-3]。

另一種鈍化膜變色原因的解釋為：氯化鉀鍍鋅層中夾雜的有機(jī)物較多，這些有機(jī)物促使鈍化膜中的六價(jià)鉻轉(zhuǎn)化為三價(jià)鉻。高電流密度區(qū)的有機(jī)物夾雜比低電流密度區(qū)更嚴(yán)重，因此高電流密度區(qū)的變色更明顯[1-4]。另外，夾雜的有機(jī)物種類不同，產(chǎn)生的三價(jià)鉻顏色也會(huì)有差異，這解釋了產(chǎn)品表面不均勻變色和耐蝕性變差的現(xiàn)象。

3 改進(jìn)和預(yù)防措施

3.1 清除盲孔中的殘留積液

如圖5所示，為避免出光后盲孔內(nèi)殘留的出光液污染后道工序的鈍化液，用自制水槍沖洗盲孔后才鈍化，鈍化完并水洗后再用自制水槍沖洗盲孔，接著用注射器吸出盲孔內(nèi)的積液(如圖6所示)，再通過壓縮空氣將產(chǎn)品吹至表干，最后在60 °C的烘箱中放置30 min。

圖5 用自制水槍沖洗盲孔Figure 5 Rinsing the blind vias with home-made water gun

圖6 用注射器吸出盲孔內(nèi)積液Figure 6 Drawing the residual solution from the blind vias with a syringe

3.2 增加盲孔干燥度和清潔度的檢測(cè)

為保證盲孔內(nèi)徹底清潔和干燥，交檢時(shí)增加盲孔干燥度和清潔度檢測(cè)項(xiàng)目。如圖7所示，將pH試紙卷成細(xì)棒，插進(jìn)盲孔內(nèi)并旋轉(zhuǎn)2 ~ 3圈，拉出后觀察pH試紙。若pH試紙未浸濕，也無紅褐色現(xiàn)象，說明產(chǎn)品盲孔干燥度和清潔度合格。若pH試紙被浸濕，并且pH在6 ~ 8范圍內(nèi)，則只需繼續(xù)烘干至徹底干燥；若pH超出6 ~ 8，則要重新用自制水槍沖洗，直至合格。

圖7 用pH試紙檢驗(yàn)盲孔內(nèi)的干燥度和清潔度Figure 7 Checking the dryness and cleanliness inside the blind vias with a pH paper

3.3 改善包裝和存放環(huán)境

鍍鋅產(chǎn)品應(yīng)先采用透氣性良好的軟紙包裝，再置于有孔的塑料箱或紙盒中，并存放于通風(fēng)良好的干燥環(huán)境中，避免用塑料紙或泡沫棉之類的材料包裝。

3.4 改善裝配使用環(huán)境

鍍鋅產(chǎn)品鈍化膜對(duì)酸堿和油性環(huán)境極為敏感，因此在檢驗(yàn)、裝配過程中應(yīng)配戴干凈的手套，避免赤手接觸零件，防止汗液、油漬污染鈍化膜。

3.5 避免有機(jī)物殘留

嚴(yán)格控制鍍鋅槽中光亮劑的濃度，定期用活性炭處理鍍液中被分解的小分子有機(jī)物。產(chǎn)品從鍍鋅槽中取出后，應(yīng)采用逆流漂洗清除表面殘留的有機(jī)光亮劑薄膜。

4 結(jié)語

采取上述措施后，產(chǎn)品在儲(chǔ)存過程中外觀保持良好，未發(fā)現(xiàn)有上述不良現(xiàn)象。

在產(chǎn)品加工和存放過程中，忽略任何一個(gè)細(xì)節(jié)都可能會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量問題。因此，預(yù)先識(shí)別過程質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，采取有效預(yù)防措施極其重要。