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四、滾鍍鋅
普通鋼件鍍鋅屬于典型的陽極保護(hù)性電鍍,當(dāng)基體洞穿后,鋅鍍層與基體組成原電池,鋅作為陽極優(yōu)先被腐蝕,因此保護(hù)了基體金屬。但釹鐵硼材料中約占1/3的釹的電位-2.431V,而鋅的電位-0.766V,則鋅鍍層對釹鐵硼基體難以起到明顯的陽極保護(hù)作用。陽極保護(hù)作用不明顯,則防腐性就要靠鍍層的致密度來保障,而目前釹鐵硼電鍍廣泛使用的酸性鍍鋅工藝,鍍層致密度低,因此不能對基體起到有效的保護(hù)作用。試驗結(jié)果表明,同等情況下釹鐵硼鍍鋅層的耐蝕性不如鍍鎳層,而普通鋼件則相反。并且,鋅鍍層(相對于鎳、鉻等鍍層)不能長久保持漂亮的外觀,這使其裝飾性作用也會大打折扣。所以,釹鐵硼鍍鋅一般用在檔次不高且使用環(huán)境不太差的的產(chǎn)品上以降低成本。
1.鍍鋅
鍍鋅是釹鐵硼鍍鋅應(yīng)用、泛的一種鍍鋅工藝,多年來使用效果不錯,一般采用5kg滾筒,滾鍍1.5-2小時,鍍層厚度8-10um,藍(lán)白鈍滿足24小時甚至更高中性鹽霧實驗的要求沒有問題,彩鈍會更好些。
鍍鋅工藝成熟、穩(wěn)定、操作方便,電流效率高、鍍速快,可以獲得結(jié)合力不錯的鍍層。但由于鍍液大量使用具有增溶和細(xì)晶作用的表面活性劑,這些表面活性劑在細(xì)化結(jié)晶的同時,會在鍍層中大量夾附而使鍍層純度下降,則鍍層防腐能力下降。另外,受表面活性劑的影響,鈍化膜也容易變色,彩鈍膜色淡、結(jié)合力不牢等。所以,目前釹鐵硼廣泛使用的鍍鋅得到的其實是一種純度不高、防腐不佳的鍍層。
沒有添加劑的鍍鋅無法獲得細(xì)致光亮的鍍層,但添加劑中的表面活性劑又會給鍍層質(zhì)量帶來不良影響(如防腐差、彩膜不牢、不粘膠等),所以為盡量減少這種影響,生產(chǎn)中應(yīng)對添加劑進(jìn)行合理控制。
①嚴(yán)格控制添加劑的用量,本著夠用就行的原則,不片面追求鍍層亮度,需知,鍍層亮度越高,鍍層中表面活性劑夾附就越多,質(zhì)量就越差。
②嚴(yán)格控制補加方式,本著少加勤加的原則,采用自動添加機(jī),這樣可避免鍍液中添加劑忽高忽低,以穩(wěn)定鍍層質(zhì)量。
另外,加強(qiáng)鍍后操作或采取措施,可以使本就脆弱的鍍鋅層的耐蝕性得到一定程度的補救。
①鍍后鈍前的清洗
鍍件出槽后表面會吸附很厚的表面活性劑,這些表面活性劑如果不清洗干凈,會給鈍化膜質(zhì)量帶來很大的隱患??梢圆捎枚嗟浪?、熱堿水洗或1%~2%稀硝酸水洗等辦法加強(qiáng)清洗。
②采用優(yōu)質(zhì)三價鉻鈍化液
優(yōu)質(zhì)三價鉻鈍化液可能含有改善膜層外觀和提高耐蝕性的物質(zhì),或兼有封閉的作用,從而可提高鈍化膜的防腐能力,但成本較高。
③鈍后清洗、干燥、包裝
鈍化后清洗要,否則零件表面會殘留酸性物質(zhì),這些酸性物質(zhì)在干燥時尚無多大影響,一旦遇到潮濕環(huán)境,即會吸濕將鈍化膜腐蝕。清洗后要盡快進(jìn)行干燥、老化,并進(jìn)行密封包裝,以限度地杜絕外部環(huán)境對鍍層質(zhì)量造成影響。
關(guān)于鍍鋅的工藝配方、操作條件、常見故障及處理方法等內(nèi)容,很多資料上都有,不再贅述。
2.硫酸鹽鍍鋅+鍍鋅
釹鐵硼鍍鋅雖然可以獲得質(zhì)量不錯的鍍層,但生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),這種鍍層在存放一段時間后結(jié)合力會變差。而采用硫酸鹽鍍鋅打底,加厚仍采用鍍鋅,這種情況得到了較大程度的改善。這種硫酸鹽鍍鋅的工藝規(guī)范如下。
硫酸鋅(ZnSO4·7H2O) 250~450g/L
硼酸(H3BO3) 20~30g/L
光亮劑 若干
PH 值 3.5~5.5
溫度 10~50oC
陰極電流密度 10~30A/dm2
從以上工藝配方中可以看出,這其實是一種適合線材、帶材、板材等形狀簡單零件連續(xù)電鍍的鍍鋅工藝,或適合于簡單零件的滾鍍。其優(yōu)點是主鹽濃度高、沉積速度快,鍍層細(xì)致、光亮、整平度也不錯。但鍍液分散能力、深鍍能力差,不適應(yīng)形狀復(fù)雜零件的電鍍。那么,用這種工藝打底為什么能有效改善鍍層與磁鐵基體的結(jié)合力呢?分析認(rèn)為。
①鍍層沉積速度快
硫酸鹽鍍鋅沉積速度快,可使釹鐵硼零件在電鍍開始后,表面上鍍的速度限度地大于氧化(或腐蝕)的速度,從而有效提高了鍍層與基體的結(jié)合力。
②沒有氯的腐蝕
鍍鋅溶液中的氯可能會在磁鐵上鍍前,對其表面進(jìn)行腐蝕,而硫酸鹽鍍鋅則不會。這種猜測目前尚未得到證實,但采用硫酸鹽鍍鋅至少可以消除這種隱患。
然而,這種線材硫酸鹽鍍鋅工藝本來是不適合滾鍍的,這不僅因為該工藝分散性能差,還因為在用于釹鐵硼滾鍍時,鍍層或鍍液會出現(xiàn)這樣或那樣的問題,比如鍍層起皮、鍍液變質(zhì)等。分析認(rèn)為,這可能跟鍍液主鹽含量高、添加劑濃度高、滾鍍使用的體積電流密度大等有關(guān)系。所以,如果這種工藝用于釹鐵硼滾鍍時不進(jìn)行改良,使其適應(yīng)滾鍍的特點,就只用于打底,加厚仍然采用鍍鋅。畢竟使用頻率越低,問題就越少。
另外,因為僅僅是打底,對鍍層光亮度不做要求,所以可選擇無光或啞光硫酸鹽鍍鋅工藝。無光或啞光工藝有機(jī)物含量少,則鍍層質(zhì)量好,對提高鍍層結(jié)合力也有一定的好處。
3.光亮硫酸鹽滾鍍鋅
這種工藝是在上述鍍層組合存在硫酸鹽鍍鋅不適合滾鍍、需要兩次鍍等缺陷的基礎(chǔ)上提出的。在上述硫酸鹽鍍鋅的基礎(chǔ)上,降低主鹽硫酸鋅的含量,適量增加導(dǎo)電鹽,降低添加劑濃度,使其更適合滾鍍的特點。這樣的話,采用這種工藝就可以打底、加厚一肩挑了,不是可以省掉部分設(shè)施及倒槽的繁瑣嗎?
介紹一種成功地用于鋼件的光亮硫酸鹽滾鍍鋅工藝,可供改良釹鐵硼現(xiàn)有的硫酸鹽鍍鋅工藝時參考。該工藝的導(dǎo)電性、分散能力及深鍍能力等均優(yōu)于線材硫酸鹽鍍鋅工藝,因此更適合于滾鍍。其工藝規(guī)范如下:
硫酸鋅,ZnSO4·7H O 200~250g/L
,KCl 30~35g/L
硼酸,H3BO3 25~35g/L
添加劑 若干
溫度 室溫
PH值 3~5.5
陰極電流密度 0.5~2A/dm2
配方中的添加劑與鍍鋅添加劑、線材硫酸鹽鍍鋅添加劑等同屬一個體系。若用于釹鐵硼預(yù)鍍或直接鍍,為排除磁鐵被氯腐蝕的風(fēng)險,配方中的導(dǎo)電鹽應(yīng)做他選。
另外,這種工藝仍避免不了大量使用表面活性劑,因此與鍍鋅相比,鍍層質(zhì)量并沒有得到改善。如果能將水溶性添加劑技術(shù)成功地運用于該工藝,則鍍層及鈍化膜質(zhì)量會有一個質(zhì)的提升。不行的話,可以選用優(yōu)質(zhì)的三價鉻鈍化液或封閉劑(視情況而用)來進(jìn)行一定程度的補救。
4.堿性鋅酸鹽鍍鋅
釹鐵硼鍍鋅難以對基體起到明顯的陽極保護(hù)作用,因此鍍層的致密度對其防腐性就顯得尤為重要。堿性鋅酸鹽鍍鋅層致密度高,且不大量使用增溶主光亮劑的表面活性劑,鍍層純度也高,因此防腐性要優(yōu)于酸性鍍鋅。并且,因不受表面活性劑的影響,鈍化膜質(zhì)量也高,尤其彩鈍膜,采用三價鉻鈍化工藝(比酸性鍍鋅)更易獲得色彩鮮艷、附著力好的鈍化膜。另外,鋅酸鹽鍍鋅溶液成分簡單,容易操作與維護(hù),廢水處理也簡單,利于清潔生產(chǎn),有“環(huán)保鋅”之稱。
但鋅酸鹽鍍鋅陰極電流效率低,通常只能達(dá)到60%~80%,這對釹鐵硼通常采用小滾筒電鍍,在效率上影響還不是太明顯,只是因為電流效率低,難以在疏松多孔的釹鐵硼基體上直接電鍍。所以,若采用鋅酸鹽鍍鋅,需要先酸性鍍鋅預(yù)鍍,但需要注意的是,由于釹鐵硼材質(zhì)活性較強(qiáng),預(yù)鍍層應(yīng)達(dá)到一定的厚度,否則基體有受到后續(xù)鍍液強(qiáng)堿腐蝕的風(fēng)險。另外,鋅酸鹽鍍鋅液含濃堿,操作環(huán)境不如酸性鍍鋅。
5、鋅鎳合金
鋅合金鍍層比純鋅層耐蝕性好得多,常用的鋅合金鍍層有鋅鐵合金、鋅鎳合金等,其中以鋅鎳合金耐蝕性。雖然鋅鎳合金對釹鐵硼的陽極保護(hù)作用也不明顯,但含鎳10%~15%的鋅鎳合金為穩(wěn)定的γ相單相組織,該合金相在大氣環(huán)境中具有的鈍化能力,表面易生成一層極薄的、致密的NiO鈍化膜,且膜層破裂后會迅速修復(fù)。所以,鋅鎳合金鍍層具有的耐蝕性,可比純鋅層提高約10倍,是改進(jìn)釹鐵硼鍍鋅防腐性的一個的途徑。但釹鐵硼若采用電鍍鋅鎳合金,存在以下問題。
①堿性鋅鎳合金:不易獲得高含鎳量(10%~15%)的鍍層,則耐蝕性不像期望的那么高;不能直接在釹鐵硼基體上施鍍,需要先酸性鍍鋅預(yù)鍍,這點和釹鐵硼堿性鍍鋅相同;外觀不如酸性鍍鋅層討人喜歡。
②酸性鋅鎳合金:滾鍍難度大,不易成功;需要陽極分控,操控難度大;直接鍍有遭受氯腐蝕、影響結(jié)合力的風(fēng)險,這點和釹鐵硼鍍鋅相同。