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四、滾鍍鋅

普通鋼件鍍鋅屬于典型的陽極保護性電鍍,當基體洞穿后,鋅鍍層與基體組成原電池,鋅作為陽極優先被腐蝕,因此保護了基體金屬。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作用。陽極保護作用不明顯,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作用。試驗結果表明,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境不太差的的產品上以降低成本。

1.氯化鉀鍍鋅

氯化鉀鍍鋅是釹鐵硼鍍鋅應用最早、最廣泛的一種鍍鋅工藝,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。

氯化鉀鍍鋅工藝成熟、穩定、操作方便,電流效率高、鍍速快,可以獲得結合力不錯的鍍層。但由于鍍液大量使用具有增溶和細晶作用的表面活性劑,這些表面活性劑在細化結晶的同時,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、結合力不牢等。所以,目前釹鐵硼廣泛使用的氯化鉀鍍鋅得到的其實是一種純度不高、防腐不佳的鍍層。

沒有添加劑的氯化鉀鍍鋅無法獲得細致光亮的鍍層,但添加劑中的表面活性劑又會給鍍層質量帶來不良影響(如防腐差、彩膜不牢、不粘膠等),所以為盡量減少這種影響,生產中應對添加劑進行合理控制。

①嚴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,質量就越差。

②嚴格控制補加方式,本著少加勤加的原則,最好采用自動添加機,這樣可避免鍍液中添加劑忽高忽低,以穩定鍍層質量。

另外,加強鍍后操作或采取措施,可以使本就脆弱的氯化鉀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清洗。

②采用優質三價鉻鈍化液

優質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,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

鈍化后清洗要徹底,否則零件表面會殘留酸性物質,這些酸性物質在干燥時尚無多大影響,一旦遇到潮濕環境,即會吸濕將鈍化膜腐蝕。清洗后要盡快進行干燥、老化,并進行密封包裝,以最大限度地杜絕外部環境對鍍層質量造成影響。

關于氯化鉀鍍鋅的工藝配方、操作條件、常見故障及處理方法等內容,很多資料上都有,不再贅述。

2.硫酸鹽鍍鋅+氯化鉀鍍鋅

釹鐵硼氯化鉀鍍鋅雖然可以獲得質量不錯的鍍層,但生產中發現,這種鍍層在存放一段時間后結合力會變差。而采用硫酸鹽鍍鋅打底,加厚仍采用氯化鉀鍍鋅,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電鍍的鍍鋅工藝,或適合于簡單零件的滾鍍。其優點是主鹽濃度高、沉積速度快,鍍層細致、光亮、整平度也不錯。但鍍液分散能力、深鍍能力差,不適應形狀復雜零件的電鍍。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合力呢?分析認為。

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,表面上鍍的速度最大限度地大于氧化(或腐蝕)的速度,從而有效提高了鍍層與基體的結合力。

②沒有氯的腐蝕

氯化鉀鍍鋅溶液中的氯可能會在磁鐵上鍍前,對其表面進行腐蝕,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,鍍層或鍍液會出現這樣或那樣的問題,比如鍍層起皮、鍍液變質等。分析認為,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系。所以,如果這種工藝用于釹鐵硼滾鍍時不進行改良,使其適應滾鍍的特點,就最好只用于打底,加厚仍然采用氯化鉀鍍鋅。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物含量少,則鍍層質量好,對提高鍍層結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上提出的。在上述硫酸鹽鍍鋅的基礎上,降低主鹽硫酸鋅的含量,適量增加導電鹽,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,可供改良釹鐵硼現有的硫酸鹽鍍鋅工藝時參考。該工藝的導電性、分散能力及深鍍能力等均優于線材硫酸鹽鍍鋅工藝,因此更適合于滾鍍。其工藝規范如下:

硫酸鋅,ZnSO4·7H O        200~250g/L

氯化鉀,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

配方中的添加劑與氯化鉀鍍鋅添加劑、線材硫酸鹽鍍鋅添加劑等同屬一個體系。若用于釹鐵硼預鍍或直接鍍,為排除磁鐵被氯腐蝕的風險,配方中的導電鹽應做他選。

另外,這種工藝仍避免不了大量使用表面活性劑,因此與氯化鉀鍍鋅相比,鍍層質量并沒有得到改善。如果能將水溶性添加劑技術成功地運用于該工藝,則鍍層及鈍化膜質量會有一個質的提升。不行的話,可以選用優質的三價鉻鈍化液或封閉劑(視情況而用)來進行一定程度的補救。

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,因此防腐性要優于酸性鍍鋅。并且,因不受表面活性劑的影響,鈍化膜質量也高,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,廢水處理也簡單,利于清潔生產,有“環保鋅”之稱。

但鋅酸鹽鍍鋅陰極電流效率低,通常只能達到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,需要先酸性鍍鋅預鍍,但需要注意的是,由于釹鐵硼材質活性較強,預鍍層應達到一定的厚度,否則基體有受到后續鍍液強堿腐蝕的風險。另外,鋅酸鹽鍍鋅液含濃堿,操作環境不如酸性鍍鋅。

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最好。雖然鋅鎳合金對釹鐵硼的陽極保護作用也不明顯,但含鎳10%~15%的鋅鎳合金為穩定的γ相單相組織,該合金相在大氣環境中具有極強的鈍化能力,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。所以,鋅鎳合金鍍層具有極佳的耐蝕性,最高可比純鋅層提高約10倍,是改進釹鐵硼鍍鋅防腐性的一個絕佳的途徑。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、影響結合力的風險,這點和釹鐵硼氯化鉀鍍鋅相同。

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