緊固件表面處理工藝和選型

 

  表面處理是在基體材料表面上人工形成一層與基體的機械、物理和化學性能不同的表層的工藝方法。表面處理的目的是滿足產品的耐蝕性、耐磨性、裝飾或其他特種功能要求。 對于金屬鑄件,我們比較常用的表面處理方法是,機械打磨,化學處理,表面熱處理,噴涂表面,表面處理就是對工件表面進行清潔、清掃、去毛刺、去油污、去氧化皮等。
  今天,東明緊固件將與大家分享一篇十分實用的文章:緊固件行業中有關表面處理基礎知識。好文章,記得和大家分享哦~

 

 

一、電鍍原理與基礎

 

1、電鍍的定義:


  電鍍是鍍液中主鹽金屬離子,在直流電場作用下,因擴散、對流、電遷移等傳質手段到達作為陰極工作表面,得到電子而還原為金屬原子,并進一步結晶排列為金屬層的過程。(狹義)


2、電鍍原理:


  電鍍裝置示意圖﹐被鍍的零件為陰極﹐與直流電源的負極相連﹐金屬陽極與直流電源的正極聯結﹐陽極與陰均浸入鍍液中。當在陰陽兩極間施加一定電位時﹐則在陰極發生如下反應﹕從鍍液內部擴散到電極和鍍液界面的金屬離子Mn+從陰極上獲得n個電子﹐還原成金屬M;另一方面﹐在陽極則發生與陰極完全相反的反應﹐即陽極界面上發生金屬M的溶解﹐釋放n個電子生成金屬離子Mn+。



3、電鍍液成分簡介

 

1)主鹽


  主鹽是指鍍液中能在陰極上沉積出所要求鍍層金屬的鹽﹐用于提供金屬離子。鍍液中主鹽濃度必須在一個適當的范圍﹐在其它條件不變時,主鹽濃度增加或減少﹐都會對電沉積過程及最后的鍍層組織有影響。比如﹐主鹽濃度升高﹐電流效率提高﹐金屬沉積速度加快﹐鍍層晶粒較粗﹐溶液分散能力下降。(氯化鋅)

 


2)絡合劑


  有些情況下﹐若鍍液中主鹽的金屬離子為簡單離子時﹐則鍍層晶粒粗大﹐因此﹐要采用絡合離子的鍍液。獲得絡合離子的方法是加入絡合劑﹐即能絡合主鹽的金屬離子形成絡合物的物質。絡合物是一種由簡單化合物相互作用而形成的“分子化合物”。在含絡合物的鍍液中﹐影響電鍍效果的主要是主鹽與絡合劑的相對含量﹐即絡合劑的游離量﹐而不是絕對含量。(在堿性條件下電鍍,由于絕大多數金屬離子都會呈氫氧化物沉淀,因而必須采用配合物電鍍,此時洛合劑是鍍液的必備成份。鋅酸鹽鍍鋅液中的氫氧化鈉和三乙醇胺。)


3)附加鹽


  附加鹽是電鍍中除主要鹽外的某些堿金屬或堿土金屬鹽類﹐主要用于提高電鍍液的導電性﹐對主鹽中的金屬離子不起絡合作用。有些附加鹽還能改善鍍液的深鍍能力﹐分散能力﹐產生細致的鍍層。(氯化鉀、氯化鈉質量不太好)


4)緩沖劑


  緩沖劑是指用來穩定溶液酸堿度的物質。這類物質一般是由弱酸和弱酸鹽或弱堿和弱堿鹽組成的﹐能使溶液遇到堿或酸時﹐溶液的pH值變化幅度縮少。(硼酸)


5)陽極活化劑


  鍍液中能促進陽極活化的物質稱陽極活化劑。陽極活化劑的作用是提高陽極開始鈍化的電流密度﹐從而保證陽極處于活化狀態而能正常地溶解。陽極活化劑含量不足時陽極溶解不正常﹐主鹽的含量下降較快影響鍍液的穩定。(氰化鍍銅時用)


6)添加劑


  添加劑是指不會明顯改變鍍層導電性﹐而能顯著改善鍍層性能的物質。根據在鍍液中所起的作用﹐添加劑可分為﹕光亮劑﹐整平劑﹐和抑霧劑等。


4、影響電鍍質量的因素


  影響電鍍質量的因素很多﹐包括鍍液的各種成分以及各種電鍍工藝參數。下面就其中某些主要因素進行說明。


 

1)pH值的影響


  鍍液中的pH值可以影響氫的放電電位﹐堿性夾雜物的沉淀﹐還可以影響絡合物或水化物的組成以及添加劑的吸附程度。但是﹐對各種因素的影響程度一般不可預見。最佳的pH值往往要通過試驗決定。在含有絡合劑離子的鍍液中﹐pH值可能影響存在的的各種絡合物的平衡﹐因而必須根據濃度來考慮。電鍍過程中﹐若pH值增大﹐則陰極效率比陽極效率高﹐pH值減少則反之。通過加入緩沖劑可以將pH值穩定在一定范圍。


2)添加劑的影響


  鍍液中的光亮劑﹐整平劑﹐潤濕劑等添加劑能明顯改善鍍層組織。對此添加劑有無機和有機之分。無機添加劑起作用的原因是由于它們在電解液中形成高分散度的氫氧化物或硫化物膠體﹐吸附在陰極表面阻礙金屬析出﹐提高陰極極化作用。有機添加劑起作用的原因是這類添加劑多為表面活性物質﹐它們會吸附在陰極表面形成一層附膜﹐阻礙金屬析出﹐因而提高陰極極化作用。另外﹐某些有機添加劑在電解液中形成膠體﹐會與金屬離子絡合形成膠體-金屬離子型絡合物﹐阻礙金屬離子放電而提高陰極極化作用。


3)電流密度的影響


  任何電鍍都必須有一個能產生正常鍍層的電流密度范圍。當電流密度過低時﹐陰極極化作用較小﹐鍍層桔晶粗大﹐甚至沒有鍍層。隨著電流密度的增加﹐陰極極化作用隨著增加﹐鍍層晶粒越來越細。當電流密度過高﹐超過極限電流密度時﹐鍍層質量開始惡化﹐甚至出現海綿體﹐枝晶狀﹐燒焦及發黑等。電流密度的變化的上限和下限是由電鍍液的本性﹐濃度﹐溫度和攪拌等因素決定的。一般情況下﹐主鹽濃度增大﹐鍍層溫度升高﹐以及有攪拌的條件下﹐可以允許采用較大的電流密度。


4)電流波形的影響


  電流波形的影響是通過陰極電位和電流密度的變化來影響陰極沉積過程的﹐它進而影響鍍層的組織結構﹐甚至成分﹐使鍍層性能和外觀發生變化。實踐證明﹐三相全波整流和穩壓直流相當﹐對鍍層組織幾乎沒有什么影響﹐而其它波形則影響較大。


5)溫度的影響


  鍍液溫度的升高能擴散加快﹐降低濃差極化﹐此外﹐升溫還能使離子的脫水過程加快。離子和陰極表面活性增強﹐也降低了電化學極化﹐導致結晶變粗。另一方面﹐溫度升高能增加鹽類的溶解度﹐從而增加導電和分散能力﹔還可以提高電流密度上限﹐從而提高生產效率。


6)攪拌的影響


  攪拌可降低陰極極化﹐使晶粒變粗﹐但可提高電流密度﹐從而提高生產率。此外攪拌還可增強整平劑的效果。


  產品表面狀態的清潔、平整的基件表面鍍層效果越好,產品形狀也影響電流分布,位置定位等。


 

二、電鍍的分類與作用

 

1、按使用方法大致可分成五類


電化學方法:這種方法的特點是利用電極反應,在零件表面上形成鍍覆層,其中應用最廣的是:電鍍與陽極氧化。


化學鍍方法:這種方法的特點是在沒有電流通過的情況下,利用物質互相作用,在零件表面上形成鍍覆層,主要工藝過程有:化學鍍(化學鍍鎳、化學鍍銅);化學轉化膜處理(鋅的鉻酸鹽鈍化、鋼鐵的磷化、氧化)。


熱加工方法:以熱鍍鋅為主。


高真空方法。


其他物理方法。


2、按作用可以分五類


  • 提高零件的耐蝕性能:例如鋼鐵產品表面鍍鋅、鋅鋁等。


  • 提高零件的耐磨性能:例如鍍鉻、鍍鎳提高耐磨性,陽極氧化提高鋁制品的耐磨性。


  • 提高零件的防護和裝飾性能:例如鍍鉻、鍍鎳、鍍銅、金屬表面著色等。


  • 修復零件尺寸:例如軸、齒輪、花鍵等重要機械零部件使用后磨損,可采用鍍鐵、鍍鉻修復尺寸。


  • 賦予某些零件特殊的功能:例如鍍銅鍍銀可以提高導電性能;鍍鎳-鈷、鎳-鐵提高導磁性;鍍錫可提高其耐酸性。

 

3、按加工方式可以分四類


4、鍍鋅溶液的分類



氰化物鍍鋅:鍍層結晶細致,除氫后不會發黑、鍍液分散能力好、溫度范圍較寬及廢水治量簡便;電流效率低,不宜鍍鑄鐵件,毒性大,易分解,使操作有不安全感。


鋅酸鹽鍍鋅:對鋼鐵備無腐蝕作用,可用氰化物鍍鋅液轉換,維護費底,鍍層晶細致,對盡可能質敏感性底,廢水處理方便;缺點是電流效率低,電鍍時氣體刺激性都較大,需裝抽風設備。


氯化物鍍鋅:電流效率高(95%)鍍層質量好,電鍍過程滲氫少,可鍍彈性件,能在鑄件或高碳鋼上直接電鍍,鍍液對操作工員影響小,不需抽風裝置,管理維護也方便;缺點是對鋼件設備有較大腐蝕性,鈍化膜會發生“變色”現象,氯化氨廢水難處理。采用無氨鍍可改善。


硫酸鹽鍍鋅:鍍液簡單,成本低,電流效率高,沉積速度快,適合在線材、帶材上高速電鍍。與其他類型鍍液相比,它的陰極極化小,鍍層結晶粗,分散覆蓋能力差,只適用外形簡單的零件。

 

 

三、緊固件表面處理工藝選擇與簡介

 

1、緊固件表面處理工藝選擇


  選擇何種表面處理,是每一個設計者都面臨的問題??蛇x擇的表面處理類型很多,但原則只有一個”經濟、實用”。


  由于幾乎所有商業緊固件都是由碳鋼、合金鋼制成,一般的緊固件都希望能防止腐蝕,此外,表面處理的鍍層必須附著牢固,不能在安裝和卸下的過程中脫落,對螺紋緊固件,鍍層還需足夠薄,使得鍍后螺紋仍能旋合。一般鍍層的溫度限制比緊固件材料要低,因此還需考慮緊固件所處的工作溫度要求。


  對于表面處理,人們一般關注的是美觀和防腐,但緊固件的主要功能是緊固零部件,而表面處理對緊固件的緊固性能也有很大的影響,所以,選擇表面處理時,也應考慮緊固性能的因素,即安裝扭矩—預緊力的一致性。


  一名高水平的設計者,不僅應考慮設計,還因注意到裝配的工藝性,甚至環保要求。


  下面根據上述因素簡要介紹一些緊固件常用的鍍層,以供緊固件從業人員參考。



電鍍鋅


  電鍍鋅是商業緊固件最常用的鍍層。它比較便宜,外觀也較好看,可以有黑色、軍綠色。然而,它的防腐性能一般,其防腐性能是鋅鍍(涂)層中最低的。一般電鍍鋅中性鹽霧試驗在72小時之內,也有采用特殊封閉劑,使得中性鹽霧試驗達200小時以上,但價格貴,是一般鍍鋅的5~8倍。


  電鍍鋅加工過程易產生氫脆,所以10.9級以上的螺栓一般不采用鍍鋅的處理.雖然鍍后可以用烘箱去氫,但因鈍化膜在60℃以上時將遭破壞,因此去氫必須在電鍍后鈍化前進行。如此可操作性差,加工成本高。在現實中,一般生產廠不會主動去氫,除非特定客戶的強制要求。


  電鍍鋅的緊固件扭矩—預緊力一致性較差,且不穩定,一般不用于于重要部位的連接。為了改善扭矩—預緊力一致性,也可采用鍍后涂覆潤滑物質的方法改善和提高扭矩—預緊力一致性。


磷化


  一項基本原則磷化相對鍍鋅便宜,耐腐蝕性能比鍍鋅差。磷化后應涂油,其耐腐蝕性能的高低與所涂油的性能有很大的關系。例如,磷化后涂一般的防銹油,中性鹽霧試驗也只有10~20小時。涂高檔的防銹油,則可達72~96小時。但其價格是一般磷化涂油的2~3倍。


  緊固件磷化常用的兩種,鋅系磷化和錳系磷化。鋅系磷化潤滑性能比錳系磷化好,錳系磷化抗腐蝕性,耐磨性較鍍鋅好。它的使用溫度可達華氏225度到400度(107~204℃)。


  特別是一些重要零部件的連接。如,發動機的連桿螺栓、螺母,缸蓋、主軸承、飛輪螺栓,車輪螺栓螺母等。


  高強度螺栓采用磷化,還可以避免氫脆問題,所以在工業領域10.9級以上的螺栓一般采用磷化表面處理。


氧化(發黑)


  發黑+涂油是工業緊固件很流行的鍍層,因為它最便宜,并且在油耗盡之前看起來不錯。由于發黑幾乎無防銹能力,所以無油后它很快就會生銹。就是在有油狀態下,其中性鹽霧試驗也只能達到3~5小時。


電鍍鎘


  鎘鍍層耐腐蝕性能很好,特別是在海洋性大氣環境下的耐腐蝕性較其他表面處理好。電鍍鎘的加工過程中的廢液處理費用大,成本高,其價格約是電鍍鋅的15~20倍。所以在一般行業不使用,只用于一些特定的環境。如,用于石油鉆井平臺和海航飛機用緊固件。


電鍍鉻


  鉻鍍層在大氣中很穩定,不易變色和失去光澤,硬度高耐磨性好。在緊固件上用鉻鍍層一般是作為裝飾作用。在防腐性要求較高的工業領域很少使用,因為好的鉻電鍍緊固件與不銹鋼同樣昂貴,只是使用不銹鋼強度不夠時,才用鍍鉻緊固件代替。


  為了防止腐蝕,鍍鉻前應首先鍍銅和鎳。鉻鍍層可以承受華氏1200度(650℃)的高溫。但也與電鍍鋅一樣存在氫脆問題。


鍍鎳


  主要用于既要防腐,又要導電性好的地方。如車輛電瓶的引出端子等。


熱浸鋅


  熱浸鋅為鋅加熱到液體下熱擴散涂層。其鍍層厚度在15~100μm,并且不易控制,但耐腐蝕性好,多用于工程中。熱浸鋅加工過程中污染嚴重,有鋅廢料和鋅蒸汽等。


  由于鍍層厚,在緊固件中引發了內外螺紋難以旋合的問題。


  因熱浸鋅加工的溫度原因,(340-500C)它不能用于10.9級以上的緊固件。


滲鋅


  滲鋅為鋅粉固態冶金熱擴散涂層。其均勻性好,螺紋、盲孔內都能獲得均勻層。鍍層厚度為10~110μm,并且誤差可控制在10%。它與基體的結合強度和防腐性能在鋅涂層中(電鍍鋅、熱浸鋅、達克羅)是最好的。其加工過程無污染,最環保。


 

達克羅


  不存在氫脆問題,并且扭矩—預緊力一致性能很好。如不考慮六價鉻的環保問題,它實際上最適用于高防腐要求的高強度緊固件。

 

 

緊固件表面處理常用工藝簡介---電鍍鋅

 

1. 鍍前處理分類



電化學除油:也叫電解除油,將零件置于陰極或陽極上,通以直流電在電流的作用下,使油與溶液界面的表面張力大大的降低,并且產生的氧氣對表面的附著物具有強烈的撕裂作用。


  電化學除油按工件性分陰極法與陽極法,還有陰陽極聯合法,陰極法除油效果效率比陽極法高,基體不受腐蝕,但容易滲氫,適用于鋁鋅錫鉛銅等有色金屬及合金件除油,陽極除油效率比陰極低,對有色金屬腐蝕大,適用于高碳鋼、彈性材料零件。


化學除銹:化學除銹多采用酸性溶液,因而又叫酸洗,又稱為侵蝕,分強侵蝕,弱侵蝕(活化)


2. 鍍前處理流程




3. 鍍鋅工藝簡介


氯化鉀鍍鋅的工藝特點:


  氯化鉀鍍鋅對零件材料的適鍍性鉸廣,電流效率高,很適宜于緊固件的滾鍍生產。另外,氯化鉀鍍鋅可允許較寬的電流密度,并且鍍液穩定,不含絡合物,廢水處理簡單。因此大部廠家都采用氯化鉀鍍鋅工藝。

 

4. 操作要點


1)零件的裝載量及電流的控制:


  產品的大小、長短各異,而且相差較大,為了便于操作,適應工藝要求,特別規定了產品裝載量:各種規格產品都以上圓為30厘米,下圓為25厘米,高25厘米的錐形水桶,裝滿4桶為一個電鍍槽(即3個滾桶)的裝載量。再根據此量計算得出各種零件的總表面積,然后乘以工藝要求的電流密度,確定零件鍍鋅的電流范圍,各規格產品的電流控制詳見附表,以供參考。


參考附件:標準件鍍鋅電流對照表



2)鍍層厚度與電鍍時間的控制


  • 在產品的裝載量和電流大小都控制在一定值時,鍍層厚度只取決于電鍍時間的長短。時間越長鍍層厚度越厚。鍍層厚度要求與時間的控制如下表:

     

     

 

鍍層厚度(μm

電鍍時間(分鐘)

5

60-80

5-7

80-100

7-9

90-120

9-12

120-140

12-15

140-150

15-18

150-170

 

3)光亮劑的添加


  為了獲得光亮的鍍層,在每班要加入光亮劑和柔軟劑。添加時以5-10倍的水稀釋加入。光亮劑加入太少會得不到光亮、理想的鍍層;如果加入過多,就會引起鍍層發脆、疏松,甚至因光亮過量而析出有機雜物,夾附于鍍層,導致鍍層起泡、脫皮。光亮劑添加量與通電時間、電流大小成正比,以消耗量60-120ml/KAh的范圍內適量添加。每班以4小時計:加柔軟劑200ml,光亮劑1000ml。


5. 鍍液的維護


a) 氯化鉀鍍液較穩定,槽液成份單班生產時每周化驗一次,兩班生產時三天分析一次,根據分析結果作必要的補充。并作好鍍液工藝檢查記錄。


b) 每班測量一次鍍液的PH值,PH上升可用稀鹽酸調整至5-6,并檢查鋅板消耗情況,并及時補充。


c) 每天下班前都要吸撈槽底的金屬物,防止金屬溶于溶液影響其性能和鍍層的質量。


d) 定期進行大處理,一般規定為1-2個月處理一次,并作好鍍液工藝檢查記錄。


6. 鍍(鋅)后工藝簡介


  零件在酸洗、陰極電解除油及電鍍過程中都有可能在鍍層和基體金屬的晶格中滲氫,造成晶格扭曲,內應力增大,產生脆性稱為氫脆。


  • 除氫處理


  為了消除氫脆,一般采用鍍后熱處理,使氫逸出。溫度越高時間越長,除氫越徹底,但超過250℃鋅結晶組織將變形,發脆,耐蝕性明顯下降。實踐溫度:200±10 ℃,不同標準件產品除氫工藝見下表:

 

零件名稱

最短時間h

10.9級產品

4

12.9級產品

6

硬度HV400-500彈性墊圈

8

硬度HV500-600彈性墊圈

12

自攻釘

2

自攻鎖緊螺釘

6

*注意:鍍后四小內進行,爐溫均勻一致


  • 鈍化處理


a. 鋅的化性質活潑,在空氣中很容易氧化變暗,生成“白銹”腐蝕。鍍鋅后經鉻酸鹽處理,可以在鋅層上生成一層化學轉化膜,使活潑的金屬鋅處于鈍態,這層厚度小于0.5UM的鉻酸薄膜,能使鍍鋅層的耐腐蝕能力提高6-8陪。并賦予美麗的裝飾外觀和抗污染能力。


b. 鈍化液深度分三種:高中低,為滿足不同客戶的要求,鈍花色澤分為蘭白、五彩、黑色、軍綠色、金黃色、三價蘭白和三價五彩等。


  • 鉻酸純化鹽三要素


  鈍化配方雖然很多,但任何有實用價值的配方必須包括主鹽、活化劑和一定的氫離子濃度。


  • 注意事項


  (1)鍍層質量要求細致、光澤較好。因低濃度鈍化液無化學拋光能力,故必須保持鋅鍍層的質量一致。


  (2)鈍化溫度以15℃~35℃最好。溫度低,成膜慢,色淡膜??;溫度高,膜厚而疏松,附著不牢。自動線生產最好控制在25℃左右,以確保在一定時間內獲得同一色彩。


  • 鈍化時間


  依主鹽濃度、pH值、活化劑濃度和溫度而定。自動線尤其要保持上述因素在規范范圍內。在其他條件相同時,夏季鈍化時間相應縮短;冬季則適當延長。


  (1)鈍化時零件與鈍化液要相對運動,有利于溶液的對流擴散,防止零件粘疊,使膜層均勻一致。自動線上鈍化一定要用壓縮空氣劇烈攪拌。


  (2)清洗一定要徹底,熱水的溫度應不超過50℃,否則易掉膜。


  (3)彩色鈍化一定要經烘烤老化,以提高膜層的附著力和耐蝕性能。但老化溫度不得超過65℃。溫度高時膜層脫水開裂,耐蝕性明顯降低。采用紅外線干燥時除注意溫度外,老化時間也不得超過15min,否則耐蝕性也下降。


 

緊固件表面處理常用工藝簡介---磷化/氧化


磷化

 

  • 定義:金屬在含有錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液中進行化學處理,使金屬表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護膜。


  • 磷化,屬化學轉化膜處理(鋅的鉻酸鹽鈍化、鋼鐵的磷化、氧化)


  • 磷化相對鍍鋅便宜,耐腐蝕性能比鍍鋅差。


  • 緊固件磷化常用的兩種,鋅系磷化和錳系磷化。鋅系磷化潤滑性能比錳系磷化好,錳系磷化抗腐蝕性,耐磨性較鍍鋅好。它的使用溫度可達華氏225度到400度(107~204℃)。


  • 高強度螺栓采用磷化,還可以避免氫脆問題,所以在工業領域10.9級以上的螺栓一般采用磷化表面處理。特別是一些重要零部件的連接。如,發動機的連桿螺栓、螺母,缸蓋、主軸承、飛輪螺栓,車輪螺栓螺母等。


1. 磷化的分類及應用


  按磷化成膜體系分:鋅系、鋅鈣系、鋅錳系、錳系、鐵系、非晶相鐵系。


  按磷化膜厚(膜重)分類)(GB/T6807-2001):次輕量級(0.1-1.0g/m2);輕量級(1.1-1.4)次重量級(4.6-7.5)重量級(>7.5 一般作為涂裝底層參考依據,越厚越不適用。


  處理溫度常溫即室溫;低溫:25-45℃;中溫:60-76 ℃;高溫:大于80℃。


  磷化處理方式分類:刷涂方式、全浸泡方式、全噴淋方式、噴淋-浸泡結合方式。


  還有按促進劑例型分類……..


  磷化膜功能分類涂裝打底、防蝕磷化、冷加工潤滑、耐磨磷化。


2. 標準件常用磷化液配方及工藝(參考)


磷化簡化流程除油---酸洗---(黑化)---磷化---封閉---老化---干后侵油


 

普通標準件配方

車輪螺栓及要求細膜磷化配方

磷酸二氫鹽:30-50g/l

磷酸二氫鹽:40-55g/l

碳酸錳:50-70g/l

碳酸錳:30-60g/l

硝酸鋅:80-100g/l

硝酸鋅:70-90g/l

總酸度(點):50-70

硝酸鈣:20-30g/l

游離酸度(點):5-7

銷酸銅:0.1-0.5g/l

溫度60-70

總酸度(點):50-70

時間:8-15分鐘

游離酸度(點):5-7

PH值:2-2.5(0.5-5PH精密試紙)

溫度60-70

 

時間:8-15分鐘

 

PH值:2-2.5(0.5-5PH精密試紙)


氧化


  • 定義:發藍或發黑,鋼鐵在含有氧化劑的溶液中進行處理,使其表面生成一層均勻的藍黑到黑色膜層的過程


  • 分類:


a. 高溫化學氧化(堿性化學氧化)

b. 常溫化學氧化(酸性化學氧化)


  • 工藝

 

a. 在強堿(氫氧化鈉)溶液里添加氧化劑(亞硝酸納),在135~145℃,60~90min → 肥皂液,3~5min → 水洗、干燥及浸油。


b. 表面生成極薄的Fe3O4為主要成分的氧化膜、0.5~1.5μm。


  • 功能:提高零件的耐蝕性、潤滑性、改善外觀。

 

  • 適用于質量外觀要求不嚴的農機產品。

 


 

附贈電鍍專業知識


1、電解液為什么能夠導電?

答:電解液導電與金屬導體的導電方式是不一樣的。在金屬導體中,電流是靠自由電子的運動輸送的,在電解中則是由帶電的離子來輸送電流。當我們對電解液施加電壓時,由于強大的電場的吸引力,離子分別跑向與自己極性相反的電極。陽離子跑向陰極,陰離子跑向陽極。它們的運動使電流得以通過,這就是電解液導電的原理。

 

2、什么是電解?

答:當電流通過電解液時,在電極上發生的氧化還原反應使電解質在電流作用下被分解的過程就叫做電解。通電時電解質的陽離子移向陰極,并在陰極得到電子而被還原成新物質;陰離子移向陽極,并在陽極上失去電子而被氧化成新物質

 

3、金屬為什么要進行電鍍?

答:金屬在各種不同環境下使用時,由于外界介質在金屬表面上的化學和電化學作用而產生了金屬腐蝕。金屬腐蝕的結果,不僅是金屬本身的損失,而且由于金屬制品結構的損壞而失去使用價值造成人力物力的浪費,其價值比金屬本身要大很多倍。因此,在大量生產金屬和金屬制品的同時,就必須與金屬的腐蝕進行斗爭。電鍍工藝是增加金屬防護性能及改善金屬表面質量的最有效的方法之一。金屬制品電鍍就是為了保護金屬不受腐蝕、改善金屬制品的性能和增加制品表面的美觀。

 

4、什么是電鍍?

答:借電解作用,在金屬制件表面上沉積一薄層其它金屬的方法,就叫做電鍍。電鍍包括鍍前處理(除油、除銹)、鍍上金屬層和鍍后處理(鈍化、除氫)等過程。用于防止金屬制品腐蝕,修復磨損部分,增加耐用性、反光性、導電性和美觀等。電鍍時將金屬制件作為陰極,所鍍金屬板或棒作為陽極,分別掛于銅制的極棒上面浸入含有鍍層成分的鍍液中,通入直流電。在個別情況下,也有用不溶性陽極,例如鍍鉻時用鉛或鉛梯合金陽極。

 

5、試述電鍍溶液配制過程。

答:(1)將計量好的所需電鍍藥品先分別放入開料槽(小槽)內,再加入適量的清水溶解充分后,才能將溶液倒入鍍槽內。

(2)溶液所含的雜質,可以先用各種化學方法清除,并以活性炭處理。

(3)已處理靜置好的溶液,濾入清潔的鍍槽中,加水至標準量

(4)調節好鍍液工藝規范(pH值、溫度、添加劑)。

(5)最好用低電流密度進行電解處理,以除去其它重金屬離子(雜質),直至溶液適合操作為止

 

6、鍍液中光亮劑越多鍍層越光亮,所以光亮劑越多越好。對嗎?

答:不對,太多了,鍍層會發霧,甚至使鍍層脆性增高。

 

7、如何正確地掌握添加劑的用量?

答:(1)所有商品電鍍添加劑都有關于消耗量的指標,通常是以安培·小時作為單位,因此使用電鍍添加劑的鍍種要配有安培·小時計,或由操作者對每天的電鍍時間和通電量進行記錄。達到設定的安培/小時數,就補入相應的消耗量。當然不能等添加劑完全消耗完以后再補加,而是在消耗了1/3~1/2的時候,就應該補入這個量。

(2)在電鍍生產一段時間后,由于鍍液中光亮劑(或添加劑在電極上)被氧化(或還原)成為有機雜質,當積累到一定量時會對鍍層性能起到不良的作用。此時,應對鍍液進行大處理(用雙氧水和活性炭處理)將多余的有機添加劑或殘留物去除。與此同時,要調整鍍液的組成并補加添加劑(用霍爾槽試片來確認補加量)。

 

8、試述電鍍槽液加料方法及其注意事項

答:(1)加料要以“勤加”、“少加”為原則。

(2)固體物料補充的方法及其注意事項:某些有機固體料先用有機溶液溶解,,再慢慢地加入以提高增溶性(若直接加入往往會使鍍液混濁)。一般的固體物料,可用鍍槽中的溶液來分批溶解(即取部分電鍍液把要加的料在攪拌下慢慢加入,待靜止澄清,把上層清液加入鍍槽。未溶解的部分,再加入鍍液,攪拌溶解。這樣反復作業,直到全部加完)。在不影響鍍液總體積的情況下,也可以用離子水或熱的去離子水攪拌溶解后加入鍍槽。有些固體物料溶解時易形成團狀(或結塊),影響溶解過程。所以,應先用少量調成稀漿糊狀,再逐步沖稀以避免團狀(或結塊)的形成。

(3)液體物料補充的方法及其注意事項:可以用去離子水適當稀釋或用鍍液稀釋后在攪拌下慢慢加入。嚴禁將添加劑光亮劑的原液直接加入鍍槽。

(4)補充物料的時機:加料最好停鍍時進行。加入后經過充分攪勻再投入生產。在生產中加料,要在工件剛出槽后的“暫休”時段加入??稍谘h泵的出液口一方加入,加入速度要慢,物料隨著出液口的沖擊力很快分散出來。

(5)加料方法不當可能造成的后果:如果加入的光亮劑沒有充分分散,則易造成此槽工件色澤差異。如果加入是沒有溶解的固體料,則易造成鍍層毛刺或粗糙。如果是加入酸調節鍍液pH值,由于沒有充攪勻就會造成槽液內部pH值不均勻而局部造成針孔。

 

9、產生針孔的條件是什么?是否產生氣泡就會有針孔形成?

答:針孔的產生主要是由于氣泡滯留于鍍件表面而造成的,但產生氣泡并不一定有針孔形成。因為形成針孔必須有兩個條件:第一要有氣泡(主要是氫氣)產生;第二所產生的氣泡,能吸附于鍍件上。如果產生的氣泡不能在鍍件表面上滯留,則不會產生針孔。如氰化鍍銅及鍍鉻等,在電解過程中,它們都產生大量的氫氣泡;但它們產生之后,都急劇溢出了液面,難于在鍍件表面上滯留,故極少會形成針孔。

 

10、析氫對電鍍有何影響?

答:析氫在電鍍過程中,幾乎是不可避免的。析出的氫滲入鍍層和基體金屬產生氫脆,影響零件的機械性能。如果析出的氫以氣泡形式停留在零件表面,則會造成鍍層的孔隙和麻點。消除的方法是加入氧化劑、濕潤劑及鍍后除氫處理等。有機雜質的存在對氫有吸附作用,使氫氣泡滯留在陰極表面不易逸出,則更易出現針孔和麻點。

 

11、如何消除鍍層中的針孔?

答:針孔的產生是一個相當復雜的問題,因為操作條件或溶液成分不合規范而產生針孔,則補救尚易,只需改改操作條件或調整溶液成分使之適合要求便可能解決。如在溶液中有有機雜質的污染而產生針孔,則必須找出其根源。在沒有有機雜質的情況下,一個簡單而有效的方法是加入防針孔劑,在光亮鍍鎳液中可加入潤濕劑(如十二烷基硫酸鈉,用量為0.01~0.05g/L)。在普通鍍鎳中,可在每天工作完畢之后加入雙氧水0.1mL/L,加入后將溶液予以徹底攪拌。在雙氧水(或其它氧化劑)的存在下,本來H在陰極還原成H的反應由氧化劑在陰極上的還原而取代之,使氫氣泡無以產生,針孔亦可避免。但鍍液內如含有過多的有機雜質,則這些措施的效果亦受到影響,甚至無效,這時就應對鍍液進行凈化大處理(雙氧水氧化和活性炭吸附聯合處理)。

 

12、以硼酸為例說明緩沖劑的作用機理。

答:硼酸是一種弱酸,在鍍液中存在多級電離,當溶液中氫離子升高,酸度增大時,硼酸根會和氫離子形成電離常數較小的硼酸,從而消耗了多余的氫離子,使溶液pH值保持穩定。溶液中氫氧根離子濃度增大時,硼酸會離解出較多氫離子,與氫氧根結合形成水,消耗了多余的氫氧根離子,亦使鍍液pH值保持穩定。

 

13、如何計算應給某一鍍槽的總電流量?

答:掛入電鍍槽內所有零件的表面積之和(即陰極總面積),再乘上工藝規定的陰極電流密度/(A/dm2),可得到該槽應給的總電流量。

 

14、如何計算出某一鍍槽的產品陽極電流密度?

答:掛入電鍍槽內所有被鍍液浸沒的陽極板表面積之總和,就是陽極總面積,如該槽的總電流量被陽極總面積除,可得到陽極電流密度/(A/dm。

 

15、為避免工件下端電流過于集中而產生燒焦,請問電鍍槽的陽極下端應高于工件下端多少為好?

答:10~15cm為好。

 

16、試述溶液密度(波美度)測定方法及其注意事項

在電鍍生產中,常用密度計或波美計測試溶液密度。密度與波美度可以通過下列公式轉換。對重于水的液體密度=145/(145-波美度),在用波美計測試時,其量程要從小開始試測。若波美計量程選擇不當,會損壞波美計。測試密度不要在鍍槽內進行,應取出部分鍍液在槽外進行。在鍍槽中測試,當比重計或波美計萬一損壞,鍍液會被鉛粒污染。應將待測液取出1.5L左右(用2000m燒杯),熱的溶液可用水浴冷卻。然后將樣液轉移至1000m直形量筒中,裝入量為距筒口約20mm處,就可用比重計測量。

 

17、經常測定溶液密度有何意義?

答:新配制的鍍液或其它輔助液,都要測定它的密度并作為檔案保存起來供以后對比、鍍液的密度一般隨著槽液使用時間增加而增加。這是由于鍍液中雜質離子、添加劑分解產物等積累的結果。因此,可以把溶液密度與溶液成分化驗數據一起綜合進行分析判斷槽液故障原因以利排除。

 

18、在生產過程中為什么不要輕意以提高電流或提高電壓進行電鍍?

答:(1)到目前為止,現場生產計算鍍層厚度仍是根據電量(A×h)和電鍍種類來決定的。所以,在現場如使用同樣電流密度,若想增加鍍層厚度的話,只有延長時間,當然為了搶急件趕時間也有同時提高電流密度的作法,不過要保證質量為前提。

(2)在電鍍工廠交電費粗略地說可以按照A×h,可是實際上往往是按功率×h交納的,如鍍件收費按A×h,而工廠交電費又按V×A×h,這樣收支相差很大的。因此,電鍍生產中若使用高電壓,勢必要帶來高的成本,因此,要盡量不使用高電壓。

(3)提高陰極電流密度,陰極電流效率可能往下降,反而會增加生產成本。

(4)提高陰極電流密度的同時,陽極電流密度也隨之提高。鍍液中部分的添加劑有可能在陽極起氧化反應,從而增加添加劑的消耗量。如果陽極電流密度過大,還可能造成陽極鈍化,使鍍液中主鹽成分下降,最終導致無法正常生產。

(5)在實際生產中有時為提高電流,而提高電壓,這是有問題的。電流上不去,應考慮是不是母線的粗細,容量不夠,或材質問題,或接觸點電阻大,陽極面積不夠或電解液組成等問題。電壓高不僅耗電,而且還要影響到產品的質量及鍍液的溫度等等。

 

19、要獲得厚度均勻的鍍層,與掛具的形狀無多大關系,最主要的是延長電鍍時間。對嗎?

答:錯,要獲得厚度均勻的鍍層,與掛具的形狀設計有著主要的關系;延長電鍍只能增加鍍層的厚度,而不能解決鍍層厚度均勻地增加。

 

20、攪拌對鍍層有何影響?

答:攪拌會加速溶液的對流,降低濃差極化,也降低了陰極極化,有使鍍層結晶變粗的可能。但是,攪拌可使陰極附近的溶液濃度減小,操作電流密度加大,因而增加了溶液的陰極極化,從而可使用較高的電流密度進行電鍍。

 

21、液溫對鍍層有何影響?

答:在其它條件不變情況下,溫度升高,離子運動加快,濃度極化降低,陰極極化也降低。同時,離子脫水過程加快,離子和陰極表面活性增強,鍍層結晶變粗大。但是,在一定條件下,溶液主鹽和陰極電流密度配合恰當,還是可以得到結晶細致的鍍層的,并可提高生產效率。溫度升高,還可以改善陽極的溶解,提高溶液的導電性,減少鍍層的吸氫量。

 

22、陰極電流密度對鍍層有何影響?

答:陰極電流密度過低時,陰極極化小,鍍層結晶較粗大;增大陰極電流密度時,極化作用增強,鍍層結晶細致緊密;過大時,鍍層會燒焦。

 

23、電鍍各工序之間多設有“清洗”工序,其主要目的是什么?

答:清除工件表面附著殘液,以防交叉污染后續鍍液。

 

24、在電鍍過程中用什么措施驅除工件表面上附著的氫氣泡?

答:應采用陰極移動或空氣攪拌,以減少氫氣泡在鍍件上滯留。

 

25、在生產過程中為什么不要輕意以提高電流或提高電壓進行電鍍?

答:(1)到目前為止,現場生產計算鍍層厚度仍是根據電量(A×h)和電鍍種類來決定的。所以,在現場如使用同樣電流密度,若想增加鍍層厚度的話,只有延長時間,當然為了搶急件趕時間也有同時提高電流密度的作法,不過要保證質量為前提。

(2)在電鍍工廠交電費粗略地說可以按照A×h,可是實際上往往是按功率×h交納的,如鍍件收費按A×h,而工廠交電費又按V×A×h,這樣收支相差很大的。因此,電鍍生產中若使用高電壓,勢必要帶來高的成本,因此,要盡量不使用高電壓。

(3)提高陰極電流密度,陰極電流效率可能往下降,反而會增加生產成本。

(4)提高陰極電流密度的同時,陽極電流密度也隨之提高。鍍液中部分的添加劑有可能在陽極起氧化反應,從而增加添加劑的消耗量。如果陽極電流密度過大,還可能造成陽極鈍化,使鍍液中主鹽成分下降,最終導致無法正常生產。

(5)在實際生產中有時為提高電流,而提高電壓,這是有問題的。電流上不去,應考慮是不是母線的粗細,容量不夠,或材質問題,或接觸點電阻大,陽極面積不夠或電解液組成等問題。電壓高不僅耗電,而且還要影響到產品的質量及鍍液的溫度等等。