酸性鍍鋅軍綠色鈍化工藝的改進

于 波 張 玉 于金圓

（1.山東城聯(lián)環(huán)境科技有限公司，萊州 261427；2.山東省機械設(shè)計研究院，濟南 250031）

酸性鍍鋅由于具有鍍液不含絡(luò)合劑、廢水處理較容易、對設(shè)備腐蝕性小、電流效率高、鍍層整平性和光亮度好等優(yōu)點，該工藝在國內(nèi)外都得到了很快發(fā)展。工件電鍍后鋅層暴露在空氣中，若不進行相應(yīng)處理，鍍層顏色很快就會變暗，并會出現(xiàn)白色腐蝕產(chǎn)物。因此，為減少白色腐蝕產(chǎn)物出現(xiàn)，提高鋅鍍層耐蝕性，降低Zn的化學活性，往往要對鍍鋅層進行鈍化處理，得到豐富多彩的鈍化膜層。這樣既增強了鍍鋅件的耐蝕性，又增加了其裝飾性，大大提高了鍍鋅層的應(yīng)用價值。

鍍鋅鈍化膜層是非常薄的，且容易變色，鹽霧試驗如達不到要求，就限制了其應(yīng)用范圍。近年來，隨著經(jīng)濟貿(mào)易的發(fā)展，國外更多企業(yè)在國內(nèi)尋求合作伙伴，同時對電鍍產(chǎn)品質(zhì)量要求也越來越高，鹽霧試驗一般要求達到72h或以上，不能出現(xiàn)白色銹蝕。因此，鍍鋅鈍化問題越來越受到關(guān)注。

受中國人民解放軍第六四五五工廠的邀請，為其解決鍍鋅軍綠色鈍化工藝問題。該廠加工的汽車用擋蓋工件是出口美國的，由固特異工程橡膠管理（上海）有限公司負責。第一批樣品經(jīng)過美國材料試驗協(xié)會檢測結(jié)果不合格，尤其是耐鹽霧試驗根本達不到所要求的96h。針對檢測結(jié)果并結(jié)合工廠現(xiàn)有條件，我們對酸性鉀鹽鍍鋅軍綠色鈍化工藝進行了改進。

1 改進前存在主要問題

第一，酸洗時，酸洗液酸度過高，且酸洗后至進行電鍍的時間間隔過長，有過腐蝕現(xiàn)象及工件表面鈍化，嚴重影響了鋅鍍層與基體的結(jié)合力。

第二，電鍍?nèi)芤阂夯鞚?，鍍層光亮度差?/p>

第三，鈍化液不穩(wěn)定，且鈍化后色澤不均勻。

第四，鈍化后水洗不規(guī)范，鈍化膜出現(xiàn)破損現(xiàn)象。

第五，工藝程序存在問題，簡單將除氫工序與膜層老化歸為一步。

2 基本思路

針對以上問題，經(jīng)過潛在失效模式分析，逐一提出解決方案，重點放在工藝步驟順序調(diào)整和鈍化液性能的改進上。

第一，除油后酸洗液采用濃度相對較低的混酸，并加適量緩蝕劑。

第二，由于鉀鹽鍍鋅層的晶體結(jié)構(gòu)為層狀，其中夾雜著有機光亮劑，且鍍層表面覆蓋一層有機膜，即使用3%硝酸出光也不能很好地消除，這樣與鈍化膜的結(jié)合力就差，鉛筆劃格試驗時就容易爆皮。因此，采取工件鍍鋅后放入堿性溶液中去除工件表面有機膜層，效果顯著。

第三，擋蓋鍍鋅鈍化后邊緣要經(jīng)內(nèi)翻彎曲處理，再進行鹽霧試驗。為防止氫脆開裂及日后使用過程中引發(fā)事故，必須有除氫工序。酸洗和電鍍過程中都會有氫溶入金屬基體中，這些原子氫富集在晶格缺陷（如空位、位錯、品界、夾雜等），這種性質(zhì)的氫稱為可逆氫，可通過升溫加熱的方式予以排除，達到消除氫脆的目的[1]。工件的抗拉強度在300MPa左右，所以選擇200℃，除氫2h。除氫工序溫度如此高，如六四五五軍工廠那樣將此工序放在軍綠色鈍化后，致使鈍化膜層完全脫水，顯微鏡下觀察出現(xiàn)細小裂紋，耐腐蝕性降低，嚴重影響耐鹽霧試驗性能。

第四，鉀鹽鍍鋅是比較好維護的，一般情況下控制氯化鉀與氯化鋅的質(zhì)量比為3:1，硼酸在30～35g/L，夏天取上限，冬天去下限。有機雜質(zhì)分解可用活性炭吸附，要防止Cu、Fe、Pb等雜質(zhì)進入鍍槽，惡化鍍液性能，處理后鍍液要定期過濾。工件鍍層一旦出現(xiàn)問題，可通過打赫爾槽試片或化驗分析對鍍液進行調(diào)整。

第五，LD型軍綠色鈍化液為本院研制的，根據(jù)擋蓋的材質(zhì)（08Al）將鈍化液中成分做適當調(diào)整，使鈍化膜層質(zhì)量（主要指鹽霧試驗、劃痕試驗、含鉻量不高于6%等）符合采購商要求，增加緩沖體系成分含量，并大大延長了鈍化液的使用壽命。

3 改進后工藝

根據(jù)以上分析結(jié)合現(xiàn)場實際生產(chǎn)狀況，制定工藝流程如下：擋蓋工件→除油→水洗→除繡→水洗→電鍍鋅→水洗→除氫→堿性溶液除膜→水洗→鈍化→封閉→水洗→干燥。

第一，進廠工件一般包裝完好，少數(shù)工件輕銹，除銹液濃度為20～30%鹽酸溶液，為降低滲氫腐蝕程度，加入適量有機緩蝕劑。若工件無銹，除油后在弱酸溶液中活化即可。

第二，對電鍍鋅槽液進行化驗分析調(diào)整，使各成分含量在工藝范圍內(nèi)，用HCl或KOH調(diào)整鍍液pH值。添加劑采用“少加勤加”的方法，并定期用活性炭處理槽液。

第三，堿性除膜溶液分別采用NaOH和NaCO3配制，通過同槽同種工件鈍化后外觀及鹽霧試驗對比發(fā)現(xiàn)，用2%NaCO3溶液浸漬效果要好一些。

第四，LD型軍綠色鈍化工藝是低鉻配方，未調(diào)整前鈍化液pH=1-1.5，較低的pH值使成膜速度加快，但同時降低了膜層光亮度。為使工件更美觀，將pH上調(diào)至2，膜層光澤更柔和，宛若油漆層。同時，加大鈍化液中緩沖物質(zhì)的含量，使緩沖體系更穩(wěn)定，鈍化液壽命大大延長。經(jīng)過改進的鈍化液在維護過程中只需補加有效成分CrO3、H3PO4和HNO3即可。更換鈍化溶液時將槽底沉渣倒掉，上清液與新液攪拌均勻即可生產(chǎn)。

第五，軍綠色鈍化膜主要為磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜和三價鉻轉(zhuǎn)化膜的復(fù)合膜層，由于膜層相對較厚，其中，會有少量Cr6+及其他化合物參加反應(yīng)或吸附于膜層中，這些物質(zhì)是無規(guī)則的，致使膜層中會存在大量空隙。少量Cr6+化合物對膜層的色澤和抗腐蝕性是有好處的，但量大了會對膜的色澤產(chǎn)生影響。分別用CrO3和KCr2O7配成0.5g/L的封閉液，在加熱到55～65℃條件下，浸漬5s，對比發(fā)現(xiàn)KCr2O7溶液的填充效果好，且不需要經(jīng)常更換。

第六，擋蓋為直徑20～30mm的圓盤狀，鈍化后若不封閉直接干燥，無論采用烘干還是晾干，鈍化膜表面均易出現(xiàn)發(fā)霧、發(fā)花現(xiàn)象。這是由于平面上的未干的水會溶解鈍化膜，加上水中鈣鎂等離子影響，膜層外觀更不易控制，除非工件鈍化后接著干燥，但在實際生產(chǎn)中，為降低能耗都是批量生產(chǎn)，不可能單個干燥。而用KCr2O7溶液封閉后，即使不接著干燥，工件也不會出現(xiàn)發(fā)霧、發(fā)花現(xiàn)象。為提高膜層的結(jié)合力封閉后要進行老化處理，即一般在50～60℃條件下烘干10～20min。若工件隔夜烘干老化，封閉后最好用無油、干燥的壓縮空氣吹干。

4 檢驗

檢驗標準按美國材料試驗協(xié)會標準（ASTM）執(zhí)行，如表1、表2所示。

表1 TESTS PERFORMED ON FINISHED PARTS

表2 TESTS PERFORMED ON TEST PANELS

按上述標準對產(chǎn)品進行檢驗，工藝未改進前96h鹽霧試驗外觀如圖1所示。

工藝改進后96h鹽霧試驗外觀如圖2所示。工件滿足上述標準要求，耐鹽霧試驗達96h之多。

圖1 工藝未改進前96h鹽霧試驗外觀

圖2 工藝改進后96h鹽 霧試驗外觀

5 結(jié)論

氯化鉀鍍鋅鈍化膜耐蝕性較差，是由該工藝本身決定的，根據(jù)標準要求，采取適當合理的工藝措施，可大大提高產(chǎn)品質(zhì)量。