受電弓弓角表面處理方式的研究分析

馮 葉，林 平，李 軍，孫 寧，王秋紅

（南車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲412001）

1 前言

某型機(jī)車車用受電弓弓角主要材質(zhì)為碳鋼Q235，表面處理為電鍍鋅白鈍化（Ep·Zn15·c1A），在段運(yùn)行約一定時(shí)期后表面出現(xiàn)較嚴(yán)重的銹蝕現(xiàn)象（如圖1所示）。

為解決高溫酸雨惡劣環(huán)境下碳鋼工件的耐腐蝕能力，現(xiàn)對電鍍鋅鎳的耐腐蝕能力進(jìn)行研究。

圖1 在段運(yùn)行約半年后受電弓弓角

2 電鍍鋅鎳合金

（1）概述：電鍍鋅鎳合金是以電鍍的方式在金屬表面形成一層鋅鎳鍍層，在鍍層中含有13%左右的鎳。

三價(jià)鉻彩色鈍化是電鍍鋅鎳合金在鈍化液的作用下，反應(yīng)生成不溶性鋅鉻氧化物，該復(fù)合氧化物在鍍層表面沉積形成鈍化膜，隔離了空氣中的氧氣和水分的滲透，對電鍍層及母材形成保護(hù)。

（2）試制情況：將弓角進(jìn)行電鍍鋅鎳合金三價(jià)鉻彩色鈍化處理。弓角電鍍鋅鎳合金彩鈍處理后表面外觀良好呈彩色的金屬光澤，鍍層厚度均為15μm以上，如圖2所示。

圖2 電鍍鋅鎳合金三價(jià)鉻彩色鈍化后

（3）鹽霧試驗(yàn)結(jié)果：按國標(biāo)GB/T2423.18-2000進(jìn)行72h鹽霧試驗(yàn)。經(jīng)過72h的鹽霧試驗(yàn)，弓角（如圖3所示）和表面沒有明顯變化。

對弓角進(jìn)行電鍍鋅鎳合金三價(jià)鉻彩色鈍化處理時(shí)，有一樣片進(jìn)行了同樣的處理，隨后對樣片進(jìn)行了快速腐蝕試驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告顯示其通過快速腐蝕試驗(yàn)1h測試（相當(dāng)于中性鹽霧試驗(yàn)1000h）。

（4）電鍍鋅鎳合金的防腐原理：電鍍鋅鎳合金有比較好的防腐性能，目前在海洋船舶、航空電子等行業(yè)廣泛應(yīng)用。根據(jù)資料顯示，鋅鎳合金鍍層的晶體隨著鍍層中鎳含量的不同,其結(jié)構(gòu)也有所不同。不同鎳含量鋅鎳合金的表面形貌不同，如圖4所示。

圖4 不同鎳含量鋅鎳合金的表面形貌

可以認(rèn)為表面微觀晶粒細(xì)致緊密，則其耐腐蝕性較晶粒粗大的表面要好些，分別對鍍鋅及鋅鈍化、鎘鈍化、鍍鎘鈦、鋅鎳合金及其鈍化的鋅鎳合金鍍層進(jìn)行了中性鹽霧試驗(yàn),其結(jié)果如表1所示。

（5）鈍化膜防腐原理及顏色差異：電鍍鋅鎳合金厚度在15μm以上，經(jīng)鈍化處理后，在鋅鎳合金表面形成了一層厚度約0.5～1μm的鈍化膜，該鈍化膜難溶于水，隔離了空氣中的氧氣和水分滲透，對鋅鎳合金電鍍層和Q235母材形成保護(hù)。

表1 不同鍍層的鹽霧試驗(yàn)對比

三價(jià)鉻彩色鈍膜呈紅黃綠相間的彩虹色，目前對其成因沒有特定的解釋。有一學(xué)說是：鈍化膜中三價(jià)鉻呈淡綠色或綠色，六價(jià)鉻呈黃到紅色，當(dāng)六價(jià)鉻含量高時(shí)，膜呈紅黃色，三價(jià)鉻含量高時(shí)，膜呈綠色。另外一種學(xué)說是：從鈍化膜表面的反射光和金屬基體上的反射光發(fā)生了干涉現(xiàn)象（類似于肥皂泡沫的干涉），當(dāng)鈍化膜從薄變厚時(shí)，干涉光的波長依次增大，使鈍化膜顏色依黃紫藍(lán)綠次序變化。由于不同位置鈍化膜厚度會有差異，所以導(dǎo)致鈍化膜彩虹色澤交替出現(xiàn)。

目前行業(yè)應(yīng)用中未對彩鈍顏色有苛刻的要求，現(xiàn)場使用時(shí)，表面只要清爽、防腐蝕性能好即可。電鍍廠對電鍍鋅鎳彩色鈍化制定的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對表面顏色的要求如表2所示：

表2 電鍍鋅鎳合金要求

可見電鍍鋅鎳合金三價(jià)鉻彩色鈍化后出現(xiàn)彩虹色澤屬于彩色鈍化工藝正常現(xiàn)象，是現(xiàn)場生產(chǎn)中所允許的。

3 結(jié)語

經(jīng)過試驗(yàn)及分析，碳鋼表面電鍍鋅鎳的處理方式防銹能力良好，可大大提高在酸雨高溫的惡劣工況下，碳鋼工件的耐腐蝕能力。此處理方式可解決機(jī)車車頂長期存在的碳鋼部件銹蝕問題，提高了機(jī)車在線運(yùn)行的可靠性、安全性。

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