帶縫隙工件銨鹽鍍鋅后返酸問題的研究

鄧建青*，張俊榮，何海軍

（株洲時代新材料科技股份有限公司汽車產(chǎn)品事業(yè)部制造中心，湖南 株洲 412000）

因鐵件鍍鋅后焊接會產(chǎn)生強刺激性煙霧，焊接操作難以忍受，故螺栓和平板配合件(如圖1所示)通常 焊接后整體電鍍鋅，螺栓和平板接觸不可避免地存在縫隙。該類帶縫隙工件電鍍鋅(銨鹽體系)后或儲存一段時間后在縫隙內(nèi)部及其周圍出現(xiàn)鍍層變色、腐蝕等異?，F(xiàn)象(如圖2所示)。這種現(xiàn)象在螺栓配合中經(jīng)常出現(xiàn)。因為銨鹽電鍍過程中除脫脂和水洗工序之外，其他工序中的溶液均為酸性，縫隙中所藏液體也一般呈酸性，所以在生產(chǎn)中常將因縫隙藏液導(dǎo)致的腐蝕稱為“返酸”?？p隙處鍍層不完整，并殘留水分，即使干燥后也有鹽分殘留，這些殘留物導(dǎo)致的快速腐蝕使產(chǎn)品存在很大的安全隱患。本文對縫隙返酸現(xiàn)象進行了試驗驗證，從鍍鋅工藝調(diào)整、烘烤、縫隙寬度等方面進行分析，希望給生產(chǎn)提供參考。

圖1 螺栓和孔板的配合間隙 Figure 1 Space between bolt and aperture on plate

圖2 返酸缺陷樣品照片 Figure 2 Photo showing the “acid return” defect

1 實驗

1.1 實驗樣品

一般帶螺栓鐵件以及按規(guī)定螺栓配合縫隙寬度要求焊接螺栓和孔板(參考圖1)。

1.2 主要設(shè)備

銨鹽鍍鋅槽及配套整流柜、NF85-4A 臺式熱風(fēng)循環(huán)爐、1 mm × 1 cm 風(fēng)嘴。

1.3 銨鹽鍍鋅工藝

檸檬酸50 ～ 70 g/L、氯化銨220 ～ 250 g/L、氯化鋅30 ～ 40 g/L、硫脲1 ～ 2 g/L、聚乙二醇1 ～ 2 g/L，pH 5 ～ 6，溫度5 ～ 35 °C，電流密度1.0 ～ 1.5 A/dm2。

1.4 實驗方案

1.4.1 工藝流程的調(diào)整

縫隙內(nèi)藥液殘留是導(dǎo)致產(chǎn)品鍍鋅后腐蝕的根源[1-2]，加強縫隙內(nèi)清洗有可能減少返酸現(xiàn)象。工藝調(diào)整方案為：由“鍍鋅─流動水洗─鈍化─流動水洗─烘烤(熱風(fēng)敞開烘烤)”調(diào)整為“鍍鋅─超聲波水洗─鈍化─高壓水沖洗縫隙─高壓氣吹縫隙─烘烤(熱風(fēng)敞開烘烤)”。按調(diào)整后工藝試做100 件。

1.4.2 烘烤干燥效果的驗證

水和氧的存在是金屬腐蝕的重要條件[3]，烘烤有利于縫隙干燥，除去水分，減少腐蝕。將產(chǎn)品按1.4.1 中調(diào)整后的工藝鍍鋅，不再采用熱風(fēng)敞開烘烤，而是60 °C封閉烘烤60 min；實驗數(shù)量50 件。

1.4.3 縫隙寬度對返酸的影響

流體具有一定黏度，其流動與接觸界面和空間有關(guān)[4]，所以縫隙大小顯著影響流體在縫隙內(nèi)的流動。目測將產(chǎn)品按螺栓和鐵件縫隙寬度小于0.2 mm、0.2 ～ 0.4 mm、0.4 ～ 0.6 mm、0.6 ～ 0.8 mm、0.8mm 以上進行分組(由于是目測，邊緣尺寸可能分組不準確)，每組20 件樣品，再按1.4.1 中調(diào)整后的工藝進行鍍鋅。

1.4.4 縫隙封閉試驗

鍍鋅后縫隙殘留鹽主要是氯化鈉，根據(jù)氯化鈉等鹽類有吸濕性的特點，對縫隙內(nèi)表面進行封閉處理將有利于減少殘留鹽分吸濕，從而減少潛在的腐蝕風(fēng)險，具體方案是按1.4.3 將產(chǎn)品進行分組，再按1.3.1 中調(diào)整后鍍鋅工藝鍍鋅，鍍鋅烘干后用丙烯酸聚氨酯清漆涂刷縫隙周圍，清漆濃度根據(jù)其滲透性調(diào)整，要求讓其較好地滲入縫隙；每組各試驗50 件。

1.5 檢驗

試驗樣品分別放置24 h 和7 d 后觀察螺栓縫隙處的返酸情況，無返酸為合格。

2 結(jié)果與討論

2.1 工藝調(diào)整試驗結(jié)果

一般帶螺栓鐵件工藝調(diào)整試驗的結(jié)果見表1。從中可以看出，大部分產(chǎn)品在鍍鋅后放置不久即出現(xiàn)明顯返酸異常，部分產(chǎn)品需存放較長時間才顯現(xiàn)異常，不能及時有效地判斷產(chǎn)品是否返酸。從7 d 后觀察返酸率的 增加情況可以看出，調(diào)整工藝前后返酸率隨時間變化的規(guī)律基本一致。根據(jù)實際觀察，產(chǎn)品放置一周后返酸率仍有上升，一般放置一月后返酸率就趨于穩(wěn)定。調(diào)整后工藝的效果相對于原工藝有較明顯改善，返酸率下降為原來的一半左右，但還是不能滿足實際生產(chǎn)要求。另外，存放過程中出現(xiàn)腐蝕的多為表觀配合較緊的工件。其原因是縫隙越小，殘留在縫隙中的藥液就越難清除，部分縫隙小的產(chǎn)品仍然有藥液殘留在縫隙中。從工藝調(diào)整試驗可以看出：超聲波清洗、高壓水沖洗縫隙和高壓空氣吹干縫隙有利于降低鍍鋅后縫隙返酸的程度，因為超聲波清洗和高壓沖洗縫隙可使縫隙內(nèi)所藏藥液排出，而高壓氣吹縫隙還可實現(xiàn)快速干燥?？p隙內(nèi)殘留藥液減少以及干燥速度加快的結(jié)果就是鍍鋅層腐蝕可能性降低。

表1 工藝調(diào)整前后的返酸率對比 Table 1 Comparison between “acid return” rates before and after technological improvement

2.2 密閉烘烤干燥試驗結(jié)果

一般帶螺栓鐵件密閉烘烤試驗的結(jié)果見表2。試驗過程中發(fā)現(xiàn)，烘烤后即出現(xiàn)明顯異?，F(xiàn)象，并且鋅層表面出現(xiàn)輕微的發(fā)暗、失光。與2.1 調(diào)整后工藝的敞開烘烤試驗結(jié)果對比后可知，密閉烘烤不能減少返酸率，異?，F(xiàn)象反而有小幅上升。密閉烘烤后產(chǎn)品放置12 h和放置7 d 后的返酸率相同，而原工藝(電鍍后不烘烤)所做產(chǎn)品放置12 h 和放置7 d 后的返酸率相差25 個百分點以上。由此可見，烘烤能讓缺陷在短時間內(nèi)一次性暴露出來，有利于異?，F(xiàn)象的統(tǒng)計和判斷。其原因是：烘烤可以在短時間內(nèi)干燥縫隙，但縫隙中的藥液是酸性的，在加熱的情況下會很快地腐蝕其周圍鋅層，所以烘烤可以在短時間內(nèi)將返酸情況暴露出來。

表2 不同烘烤方式下的返酸率 Table 2 “Acid return” rates for different baking methods

2.3 縫隙寬度對返酸的影響

縫隙寬度試驗結(jié)果見表3。從中可以得知：返酸率隨縫隙寬度增大而下降，縫隙寬度大于0.6 mm 就不再出現(xiàn)返酸的異?，F(xiàn)象；而且縫隙寬度越大，返酸率隨放置時間的變化就越小。其原因應(yīng)該是：縫隙寬度越大，縫隙中的殘留藥液就越容易被清洗出來，縫隙也 越容易干燥；因此，縫隙寬度越大，縫隙內(nèi)殘留藥液就越少，干燥就越快，縫隙內(nèi)的環(huán)境就越接近中性，而在中性及干燥的環(huán)境中鋅層不易被腐蝕。

表3 縫隙寬度對返酸率的影響 Table 3 Effect of gap width on “acid return” rate

2.4 縫隙封閉試驗結(jié)果

縫隙封閉試驗結(jié)果見表4。從表3和表4的對比可知：返酸率隨縫隙擴大而下降，并且縫隙寬度大于0.6 mm 后就不再出現(xiàn)返酸現(xiàn)象；而縫隙封閉后的返酸率比未封閉時下降1/3 以上。對于縫隙封閉后的產(chǎn)品，其存放過程中的返酸率隨時間的變化比不封閉的產(chǎn)品要小，產(chǎn)品放置1 個月和放置1 周后返酸率無明顯變化，即鍍鋅后1 周內(nèi)大多有返酸傾向的產(chǎn)品都已經(jīng)表現(xiàn)出異常。

表4 縫隙封閉處理后的返酸率 Table 4 “Acid return” rate after gap sealing

縫隙中的水分干燥后會留下鹽分，鹽分會因吸濕而導(dǎo)致鋅層腐蝕(甚至加速其腐蝕)，所以未封閉產(chǎn)品在存放過程中的返酸率變化較大?？p隙封閉后，縫隙內(nèi)表面被清漆覆蓋，清漆對縫隙內(nèi)表面起保護作用，防止腐蝕的發(fā)生，所以縫隙經(jīng)封閉后的產(chǎn)品在存放過程中的返酸率無明顯變化。

3 結(jié)論

(1) 加強縫隙清洗可以減少縫隙產(chǎn)品鍍鋅后的返酸率，鍍鋅后烘烤干燥可以馬上得知較準確的產(chǎn)品返酸率。

(2) 縫隙產(chǎn)品鍍鋅后的返酸率隨存放時間延長而增加，大多會在存放一周內(nèi)表現(xiàn)出異常。

(3) 縫隙產(chǎn)品鍍鋅后的返酸率隨縫隙寬度增加而下降，縫隙寬度達到一定值后將不會出現(xiàn)鍍鋅后返酸的現(xiàn)象。

(4) 鍍鋅后用清漆對縫隙進行封閉處理能大幅減少產(chǎn)品返酸率，并且確保產(chǎn)品存放過程中的質(zhì)量穩(wěn)定性。

[1]張允誠,胡如南,向榮.電鍍手冊[M].3 版.北京: 國防工業(yè)出版社,2008: 16-17.

[2]鄭瑞庭.電鍍實踐900 例[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2007: 16.

[3]虞兆年.腐蝕與防護全書: 防腐蝕涂料和涂裝[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,1996: 139-143.

[4]陳玉璞.流體動力學(xué)[M].南京: 河海大學(xué)出版社,1990: 6-11.