(中國空空導彈研究院,河南 洛陽471009)
氰化物鍍鋅工藝在軍工產品零部件上被廣泛使用。然而,零件本身存在缺陷或槽液故障等都會對加工質量造成一定的影響,從而影響鍍層性能。本文結合實際工作中存在的問題,對加工中容易出現的問題及排除方法進行探討。
對于深孔電鍍而言,由于鍍液本身的深鍍能力存在一定的局限性,所以采用常規的電鍍方法無法保證內孔的鍍層厚度。國家標準、行業標準中都有明確的規定:直徑或寬度不大于10 mm的盲孔或槽、縫,其深度不小于直徑或寬度1倍時,允許無鍍層;小于1倍時,鍍層厚度不做要求。寬度不大于10 mm的直通孔,其深度不小于直徑或寬度2倍時,允許無鍍層;小于2倍時,鍍層厚度不做要求。對于直徑20 mm的鋼球接觸不到的零件表面,鍍層厚度不做要求。對于有特殊要求的鍍層,應采取相應措施進行保證。
由于使用環境的特殊性,有些零件設計要求必須保證內孔有完整的鍍鋅層,而且厚度必須保證在一定的范圍內。以本單位某產品零件為例,材料為30Cr MnSi A,零件如圖1所示,屬于典型的深孔零件。設計圖紙要求為表面鍍鋅8~12μm。由于零件內孔比較深,采用常規電鍍方法無法保證內孔鍍層的完整性。零件在使用中所處的工作環境比較惡劣,內孔出現銹蝕現象,要求內孔必須有鍍鋅層。該零件的內孔比較粗糙,這給內孔電鍍帶來更大的困難。
圖1 深孔零件示意圖
另外,在電鍍過程中,我們也發現了一些問題是由于槽液維護不好、工藝掌握不到位而導致的,如鍍層發暗、沉積速率慢等。結合該零件的實際情況進行了試驗,最終解決了故障,并取得了一些加工經驗。
根據該零件的實際形狀,我們采取的解決辦法是設計合理的輔助陽極,如圖2所示。內陽極的材料為不溶性的鉛棒。為了保證內陽極在零件的正中心,保證內孔鍍層均勻,設計了由絕緣材料組成的中心固定座。這樣做還有一個好處,就是防止零件與陽極棒接觸而導致零件燒傷。在電鍍過程中,為了保證零件上下端面鍍層的不粗糙及內孔鍍層的完整性,還需要上下移動陽極棒。
圖2 零件裝夾示意圖
針對零件內孔比較粗糙、電鍍時析氫嚴重、難以沉積鍍層的問題,在電鍍開始時采用沖擊電流進行沖擊鍍,然后采用正常電流電鍍的方法進行解決。沖擊鍍可以提高氫在基體金屬上的過電位,消除基體粗糙度過大對鍍液分散能力和覆蓋能力的不良影響,從而保證內孔能在短時間內得到均勻的鍍鋅層。
通過對以上這兩種方案的優化,成功地解決了該零件的內孔鍍鋅問題,厚度經檢測達到設計圖紙的要求,保證了零件的加工質量。
在電鍍過程中,經常會出現一些質量問題,如內孔鍍層起皮,耐蝕性差;表面鍍層發暗,鍍液的沉積速率慢;鍍層出現小黑點,鈍化膜發霧等。結合實際工作經驗,對存在的問題進行匯總與分析。
對于零件在鍍鋅過程中出現的鍍層起皮問題,主要原因是零件內表面的油污、氧化銹蝕物未清理干凈。該零件外表面為加工面,內表面為非加工面,比較粗糙,溝紋較深,再加上零件在電鍍前經過熱處理,表面有熱處理氧化物的存在,采用常規辦法進行處理時,部分零件表面的油污、氧化銹蝕物未清理干凈,導致鍍層起皮、結合力不良。為此,我們進行了工藝優化,并取得了明顯的效果。
3.1.1 常規前處理工藝流程
3.1.2 改進后的前處理工藝流程
3.1.3 流程改進說明
常規前處理中通過有機溶劑擦洗除油,除掉了非皂化油脂。在改進后的工藝流程中,利用超聲波振蕩原理,使除油溶液在除油過程中產生振蕩,即液體內部某一瞬間壓力突然減小、接著的瞬間壓力突然增大,如此不斷反復。在壓力突然減小時,溶液內產生許多真空的、很小的空穴,溶解在溶液中的氣體會被吸入空穴中并形成氣泡。小氣泡形成的瞬間,由于壓力的增大,氣泡被溶解,并產生沖擊波,這種波能使油污脫離工件表面。氣泡破裂瞬間,還會產生瞬間高溫高壓,加速液體內部的攪拌和對流,增強除油效果,同時還對零件表面的銹蝕物有一定的松動作用,有利于后續除氧化物。
安裝內部輔助陽極之后再進行電解除油,通過提高內孔溶液的流動性及導電性,大大提高了零件內部的除油效果。
通過以上改進,解決了內孔油污、銹蝕氧化物不易去除的難題,解決了鍍層起皮、結合力不良的故障。
電鍍質量的好壞與槽液維護有直接關系。如果槽液維護得好,對于加工質量、生產效率都可起到事半功倍的效果。在氰化物鍍鋅過程中,也出現了由于槽液維護不好、工藝掌握不到位而出現的諸如鍍層發暗、沉積速率慢的故障。
在故障出現之初,我們認為是電源或槽液成分的問題??墒歉鼡Q電源及化驗調配槽液,問題都沒有解決。后來,通過工藝試驗,終于發現是因為槽液中碳酸鹽及重金屬鉛離子積累過多造成的。為此,我們進行了槽液大處理,解決了槽液故障問題,從而徹底解決了鍍層發暗、沉積速率慢的故障,保證了加工質量。
3.2.1 碳酸鹽及重金屬鉛離子的來源
在氰化物鍍鋅液中,一般不含有碳酸鹽及重金屬鉛離子。但在電鍍過程中,由于氰化物的分解、氫氧化鈉與空氣中氧元素的作用,會不斷積累生成碳酸鹽。當碳酸鹽的質量濃度超過80 g/L時,就會對鍍層產生不良影響。重金屬鉛離子主要是由于所使用的陽極板及化學藥品不純帶來的。
3.2.2 碳酸鹽及重金屬鉛離子對鍍鋅質量的影響
碳酸鹽積累過多時,會使鍍液的黏度增大,導電性降低,陽極板出現鈍化,從而導致零件按正常電流電鍍無法得到理想的鍍層,沉積速率慢,沉積不上鍍層,鍍層發灰、發暗。
重金屬鉛離子積累到一定量時,鍍層出現小黑點,鈍化后呈現土黃色,鍍層的耐蝕性下降。
3.2.3 碳酸鹽及重金屬鉛離子的去除
通過試驗,確定了碳酸鹽及重金屬鉛離子的去除方法,應用于日常槽液的維護管理,效果非常明顯,而且這一成果也獲得了河南省QC質量改進一等獎。
3.2.3.1 碳酸鹽的去除工藝
我們通過工藝試驗,最終決定用沉淀法去除碳酸鹽。采用這種方法不僅效果明顯,而且操作非常簡單。所謂沉淀法,就是向鍍液中加入氫氧化鋇,使之與碳酸鹽充分反應,從而生成碳酸鋇沉淀。
3.2.3.2 重金屬鉛離子的去除工藝
采用硫化鈉沉淀法去除重金屬鉛離子,即向鍍液中加入硫化鈉,使之與鉛離子充分反應,從而生成硫化鉛沉淀。
鍍鋅層經過重鉻酸鹽鈍化處理以后,其耐蝕性得到大幅度提高。但如果在加工過程中掌握不好,或者鈍化液出現故障,鈍化膜就容易出現發霧、脫落等問題,嚴重影響鍍層的耐蝕性。在氰化物鍍鋅加工中,就出現過這類故障。通過工藝試驗,更換了部分鈍化液、改進了鈍化工藝時間,解決了質量問題。具體做法如下:
(1)通過化驗,更換2/3的陳舊鈍化液,降低鈍化液中三價鉻離子的質量濃度。
(2)鍍鋅零件除氫后,鍍層表面清洗干凈(在10~30 g/L的稀硫酸溶液中光化),經去離子水洗干凈后再進行鈍化處理。
(3)嚴格按周期化驗調配鈍化液,嚴格控制鈍化液中鋅離子與三價鉻離子的質量濃度。
(4)鈍化時間嚴格控制在5~15 s之間,鈍化液的溫度嚴格控制在10~35℃之間。此外,在加工過程中,還必須將零件不斷晃動,這樣不僅可以防止零件之間互相黏附,還可以比較均勻地形成鈍化膜。鈍化后不要立即進行水洗,而應在空氣中停留5~10 s,使之老化。在鈍化膜未干燥時,不能用大水沖洗,沖洗時間也不宜過長,防止六價鉻溶解。
(5)鈍化后最好能在60℃左右的熱水中燙干零件,然后及時吹干零件表面的水漬。
我們采取以上幾點措施,取得了明顯的效果,解決了深孔零件鍍鋅鈍化膜發霧、脫落的問題。
通過以上工藝改進,解決了深孔零件在氰化物鍍鋅加工過程中出現的一些質量問題,達到了設計圖紙要求,滿足了鍍層的特殊要求,取得了明顯的效果。