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鑄鐵件酸性電鍍鋅鎳合金的操作要點(diǎn)

返回列表 來源:無錫市鑄造廠 瀏覽:- 發(fā)布日期:2018-07-27 08:20:33【

鑄鐵以耐磨性好、成本低、工藝簡單、生產(chǎn)效率高、消振性好、缺口敏感性低以及容易切削加工等優(yōu)點(diǎn),在汽車、航天、造船等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但鑄鐵表面容易銹蝕,生銹后很難處理,裝飾性差,需要通過后續(xù)處理來改善其表面性能。電鍍可有效改善鑄鐵件的外觀和耐腐蝕性能,已成為推廣應(yīng)用和研究的熱點(diǎn)。

1·鑄鐵件的特殊性和電鍍對策

與軋制、鍛造鋼等其他基材相比,鑄鐵件加工工藝特殊,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,電鍍也相對困難。針對鑄鐵件的特殊性,采取的電鍍對策是:

(1)鑄鐵件表面含碳量高,表面殘留大量型砂或碳硅化合物,氫在碳上的過電位低,易析出而產(chǎn)生大量氣泡[1],在給定電流下難以達(dá)到金屬沉積的電位,鍍層不易生長,因此鑄鐵件電鍍鋅鎳合金只能選擇電流效率高的酸性系統(tǒng)(酸性鋅鎳合金電流效率為90%左右,堿性鋅鎳合金僅在50%左右)。鑄鐵件的結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜,因此也要采用分散性強(qiáng)和覆蓋能力好的電鍍?nèi)芤骸?

(2)鑄鐵基材結(jié)構(gòu)疏松,多孔,存在大量砂眼和縮孔,表面粗糙,凹凸不平,因此微觀電鍍表面積比宏觀面積大很多,導(dǎo)致實(shí)際電流密度比表觀電流密度小得多,因此不僅要采用酸性電鍍體系,起始電流也應(yīng)比其他鋼基材大1~2倍。通過大電流沖擊瞬間激活表面,才能使疏松表面被致密鍍層覆蓋[2]。

(3)鑄鐵件表面在高溫鑄造過程中會(huì)形成一層不導(dǎo)電的氧化膜,阻礙鋅鎳合金鍍層生長。因此電鍍之前必須徹底去除表面的氧化皮。鑄鐵件的一般加工過程為:鑄造─拋丸─機(jī)加工。拋丸是鑄鐵件電鍍的重要處理步驟,主要利用噴砂機(jī)械打擊表面,不僅可去除氧化皮,而且使?jié)茶T時(shí)形成的高碳層脫落,造成微觀粗糙,有利于提高鍍層結(jié)合力,因此拋丸的質(zhì)量直接影響鑄鐵件的電鍍質(zhì)量。

(4)在加工過程中,鑄鐵件表面會(huì)殘留大量的油脂、潤滑油和冷凍劑,以及來自鑄模的殘留物,噴砂殘留的砂粒和鐵屑在儲(chǔ)存過程中受外界影響會(huì)生成氧化膜等不溶性污染物,而且鑄鐵表面本身就存在大量石墨,因此鑄鐵件需要通過特殊的酸洗和超聲波清洗等前處理工序,才能形成潔凈、均勻潤濕、導(dǎo)電性好、容易電鍍的表面。

2·鑄鐵件電鍍工藝

目前鑄鐵件較多采用工藝和設(shè)備相對簡單的酸性鍍鋅工藝,但鍍鋅層防腐能力較差,不能滿足汽車等行業(yè)的高耐蝕性要求,鋅鎳合金鍍層雖然可大大提高耐腐蝕性能,但由于酸性電鍍鋅鎳合金工藝比較復(fù)雜,過程控制比較困難,一直難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。近年來,隨著化學(xué)和機(jī)械制造工藝的快速發(fā)展,鑄鐵件酸性電鍍鋅鎳合金工藝性能大大提升,生產(chǎn)過程控制也日益成熟,成了這幾年的研究熱點(diǎn),并逐漸大規(guī)模推廣。

鑄鐵件電鍍鋅鎳合金主要有2種方式:酸性鍍鋅+堿性電鍍鋅鎳合金,或直接酸性電鍍鋅鎳合金。前者為了解決鑄件不能直接堿性電鍍的問題,采用酸性鍍鋅打底,但在冷熱交替的情況下,雙鍍層之間結(jié)合力不好,容易脫落,并且工藝過程更復(fù)雜,厚度、鎳含量等質(zhì)量控制風(fēng)險(xiǎn)較大。不同電鍍工藝的特點(diǎn)見表1。


3·酸洗電鍍鋅鎳合金工藝

3.1工藝流程

超聲波清洗─水洗─熱浸除油─水洗─酸洗─水洗─超聲波清洗─水洗─電解除油─水洗─40%(體積分?jǐn)?shù))鹽酸活化─水洗─電鍍─水洗─2%(體積分?jǐn)?shù))硝酸出光─水洗─鈍化─水洗─封閉─流平─干燥。

3.2鍍前處理

3.2.1超聲波清洗

鑄鐵組織結(jié)構(gòu)疏松、孔隙率高,表面殘留的灰塵、砂粒等不溶性的污染物通過一般的清洗方式難以徹底清除。超聲波清洗利用強(qiáng)大的沖擊波能滲透到工件表面孔隙里,使鑄鐵件表面徹底清洗干凈[3]。如圖1a和圖1b所示,經(jīng)超聲波清洗后,鑄鐵件表面較為潔凈。


3.2.2熱浸除油

熱浸除油直接決定了鑄鐵件前處理和電鍍的成敗,因?yàn)樗岷退寂c油脂表面不相容,除油不徹底不僅會(huì)導(dǎo)致后續(xù)酸洗失敗,而且會(huì)形成不均勻的潤濕表面,造成電鍍?nèi)毕?。如何評價(jià)鑄鐵件粗糙表面熱浸除油的效果也是比較困難的,一般可以通過評價(jià)銹蝕的辦法來判斷。評判方法和步驟為:(1)熱浸除油后,把零件從掛具上取下,完全浸于水中清洗;(2)對清洗后的工件進(jìn)行酸洗,再超聲波清洗;(3)將工件置于空氣中30min,檢測銹蝕情況。如圖2所示,鑄鐵件表面銹蝕均勻表示除油比較徹底。經(jīng)過有效的除油工序后,鑄鐵件表面形成了如圖1c中所示均勻的可潤濕表面。影響除油效果的主要因素有溫度、時(shí)間、攪拌、堿含量以及表面活性劑。溫度太低、時(shí)間太短、攪拌不充分、表面活性劑含量太低等都會(huì)導(dǎo)致除油不徹底。堿一般選用微量NaOH,含量太低時(shí)除油不徹底,含量太高又會(huì)破壞基材,影響電鍍質(zhì)量。


3.2.3酸洗

酸洗是保證鍍層結(jié)合力良好的關(guān)鍵,從圖1d中可以看出,其主要作用有4點(diǎn):(1)去除鑄件表面的氧化皮和銹蝕;(2)去除表面加工后殘留的鐵屑;(3)腐蝕掉一部分鐵基體,使碳粒露出表面,便于后續(xù)碳粒脫落;(4)使表面的微孔由閉孔狀態(tài)轉(zhuǎn)化為開孔狀態(tài),便于后續(xù)清洗和電鍍。酸洗一般采用稀鹽酸,時(shí)間為5~10min。時(shí)間太短,達(dá)不到酸洗的效果;時(shí)間太長,表面會(huì)裸露太多的碳,影響電鍍質(zhì)量。

3.2.4超聲波清洗

酸洗后,鑄鐵表面殘留了大量碳粒和石墨,會(huì)降低氫的過電位,導(dǎo)致大量析氫,阻礙金屬沉積,因此必須去除表面的碳。如圖1e所示,利用超聲波振蕩清洗(非化學(xué)過程),使表面碳粒、石墨脫落,露出可電鍍的金屬表面。超聲波頻率一般為25~40kHz/min,頻率過高或過低都會(huì)影響脫碳效果。經(jīng)超聲波清洗和未經(jīng)超聲波清洗的表面明顯不同,如圖3所示。未超聲波清洗的表面比較黑,可能是由于表面存在大量黑色碳粒和石墨,而經(jīng)過超聲波清洗的表面呈金屬光澤。超聲波清洗是鑄鐵件前處理必須采用也是最為重要的工序之一,直接決定了鑄鐵件電鍍的成敗。


3.2.5電解除油

電解除油是為了進(jìn)一步清潔鑄鐵件表面,特別是徹底去除前面工序沒有溶解的細(xì)小雜質(zhì)顆粒,使之形成如圖1f所示的更加均勻、潤濕的表面,以提高鍍層的結(jié)合力。鑄鐵件一般采用陰極電解除油,清洗劑采用堿性螯合物,對電極一般為低碳鋼,電流約5.5A/dm2。應(yīng)注意控制陰極電解除油的時(shí)間和電流,避免發(fā)生氫脆而影響鑄鐵件強(qiáng)度。

3.3電鍍

鑄鐵件酸性電鍍鋅鎳合金主要有硫酸鹽體系和氯化物體系,氯化物電鍍體系具有導(dǎo)電性好、分散性好、電流效率高、沉積速率快、氫脆性低、光亮度好、易實(shí)現(xiàn)常溫操作等優(yōu)點(diǎn)而研究得較多[4-5]。目前投入實(shí)際生產(chǎn)的電鍍生產(chǎn)線也大都采用氯化物體系。電鍍設(shè)備方面,與堿性電鍍鋅鎳合金相比,酸性電鍍鋅鎳合金更加復(fù)雜。如圖4所示,堿性電鍍鋅鎳合金一般采用鋅陽極,鎳通過溶液添加,而酸性電鍍鋅鎳合金一般采用兩組可溶性陽極,即鋅陽極和鎳陽極,二者的面積比一般為(4∶1)~(8∶1),并采用2個(gè)整流器,電流比一般也為(4∶1)~(8∶1)。建議的鍍液體系為:KCl210~250g/L,ZnCl240~70g/L,NiCl2·6H2O90~120g/L,H3BO320~30g/L,配位劑、光亮劑和緩蝕劑適量。


3.4后處理

鑄鐵件電鍍后一般選用稀硝酸(約3%)進(jìn)行化學(xué)拋光,可提高鍍層光亮度和平整度,改善鈍化膜外觀和牢固度。鑄鐵件表面為多孔結(jié)構(gòu),孔內(nèi)極易殘留酸堿溶液,不僅造成鍍層發(fā)黑、發(fā)暗,而且會(huì)大大降低鍍層的耐腐蝕性能,因此鑄鐵件的鍍后清洗非常重要。一般采用熱水和冷水交替清洗2~3次,再進(jìn)行鈍化處理。熱水清洗時(shí),可使?jié)B入鑄鐵孔隙內(nèi)的鍍液因受熱膨脹而溢出,用冷水清洗時(shí)恰好相反,即冷水進(jìn)入孔隙內(nèi),可防止表面泛白。注意熱水清洗的水溫不能過高,一般為80°C;時(shí)間不能太長,一般為1~2min,否則會(huì)使鍍層表面生成氧化膜,第一個(gè)熱水槽容易受電鍍液污染,必須經(jīng)常更換。與其他基材電鍍鋅鎳合金一樣,鍍層必須經(jīng)過鈍化和封閉處理,以提高防腐性能,改善外觀,并獲得均勻的銀色、黑色等不同顏色和光澤。

3.5常見故障的原因及對策

3.5.1鍍層黑斑

(1)前處理不干凈,微孔內(nèi)殘留的油等污染物在烘干后滲出,污染了鍍層,應(yīng)加強(qiáng)前處理。

(2)鈍化液有雜質(zhì),應(yīng)去除雜質(zhì)或更換鈍化液。

(3)電鍍液有雜質(zhì),應(yīng)加強(qiáng)鍍液維護(hù)。

(4)電鍍后清洗不充分,鍍液殘留在孔洞中,在一定濕度下殘液遷移到表面,腐蝕鍍層而產(chǎn)生黑斑。應(yīng)加強(qiáng)電鍍后清洗。

3.5.2鍍層發(fā)暗

(1)鈍化時(shí)間太長,應(yīng)縮短鈍化時(shí)間。

(2)電鍍后熱水清洗時(shí)間太長,應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)那逑磿r(shí)間。

(3)添加劑不足,應(yīng)補(bǔ)充添加劑。

3.5.3鍍層有針孔、麻點(diǎn)

(1)基材表面孔洞太多,導(dǎo)致基材太粗糙,應(yīng)改善鑄造工藝。

(2)基材拋丸不良,應(yīng)調(diào)整拋丸壓力、時(shí)間等參數(shù)及丸粒的材料、尺寸和硬度。

(3)前處理不干凈,表面存在污染物或石墨,應(yīng)加強(qiáng)前處理。

(4)鍍液中含有固體雜質(zhì),應(yīng)加強(qiáng)鍍液的過濾處理。

3.5.4鍍層鼓泡、起皮

(1)基材前處理不徹底,表面殘留氧化膜、石墨等雜質(zhì),應(yīng)加強(qiáng)前處理工序。

(2)電鍍后清洗溫度不合理,過度熱脹冷縮,應(yīng)選擇合適的冷熱水清洗溫度。

(3)酸洗液濃度過高,或者陰極電解時(shí)間太長,電流太大,導(dǎo)致前處理析氫嚴(yán)重,電鍍后烘干時(shí)氣體膨脹,形成氣泡。應(yīng)適當(dāng)降低酸洗濃度,調(diào)整陰極電解的時(shí)間和電流。

(4)鍍槽中有機(jī)物等雜質(zhì)多,應(yīng)加強(qiáng)鍍液維護(hù)。

3.5.5鍍層局部不上鍍

(1)零件結(jié)構(gòu)太復(fù)雜,或掛具設(shè)計(jì)不合理,工件局部形成電流盲區(qū)。應(yīng)調(diào)整掛具,優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

(2)初始電流密度太小,應(yīng)適當(dāng)提高初始電流密度。

(3)前處理不當(dāng),表面有油污、石墨、氧化皮殘留,導(dǎo)致無法形成鍍層,應(yīng)加強(qiáng)除油、酸洗、超聲波清洗工序。

3.5.6鍍層脆性大

(1)鍍層鎳含量太高,應(yīng)調(diào)整陽極面積和電流密度比例。

(2)鍍液中有機(jī)雜質(zhì)多,應(yīng)去除鍍液中的雜質(zhì)。

(3)鍍液溫度過高,應(yīng)適當(dāng)降低鍍液溫度。

4·結(jié)語

鑄鐵件電鍍雖然難度較大,工藝相對復(fù)雜,生產(chǎn)過程問題多,但通過采用自動(dòng)化的控制設(shè)備,加強(qiáng)每道工藝的過程控制,便可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的批量化生產(chǎn)。國內(nèi)的鑄鐵件酸性鋅鎳合金工藝雖然研究得較早[6-7],但實(shí)際應(yīng)用進(jìn)展比較緩慢。近年來隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,酸性鋅鎳合金大規(guī)模地應(yīng)用于汽車制動(dòng)鉗,出現(xiàn)了一些自動(dòng)化程度較高的鋅鎳合金電鍍線,但其技術(shù)仍被國外鍍液廠商壟斷,成本較高,因此國內(nèi)電鍍廠商需要不斷研究國產(chǎn)電鍍鋅鎳合金工藝的實(shí)用性,通過優(yōu)化鍍液體系,提高國產(chǎn)電鍍設(shè)備的自動(dòng)化程度,以提高質(zhì)量穩(wěn)定性,降低生產(chǎn)成本。

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