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鄭凱，韓玉華，胡曉輝，仲光亮，曹鵬，張海云
(南京工程學院環(huán)境工程系，江蘇南京211167)
摘要:采用覆蓋能力和分散能力好的電鍍液對鑄鋼件進行電鍍鋅。按照國家相關(guān)標準對鍍層進行質(zhì)量檢測，結(jié)果表明該鍍層附著力強、光澤度好。通過電子掃描電鏡對鍍層表面形貌進行分析，結(jié)果表明該鍍層厚度均勻、致密度好，鍍層向基體金屬方向呈現(xiàn)鋅減少、鐵增多的趨勢。
關(guān)鍵詞:鍍鋅;厚度;致密度;鑄鋼件
中圖分類號:TQ153.15文獻標識碼:A
文章編號:1001-3849(2011)11-0008-03
引言
鑄造碳鋼具有較高的強度和較好的塑性，鑄造性能和焊接性能良好，可切削性差，可用作軋鋼機機架、軸承座、連桿、箱體、曲拐及缸體等[1-3]。由于鑄鋼件具有優(yōu)良的機械加工性能，能壓鑄成幾何形狀復雜的工件，而且價格便宜，所以在機械制造領域應用廣泛。鑄鋼件通常需要進行鍍鋅處理，在電鍍過程中，氫易于析出，造成嚴重析氫，不利于金屬離子在工件表面沉積，鍍層容易脫皮、起泡、粗造度差，質(zhì)量達不到國家規(guī)定的有關(guān)標準[4-6]。采用通常的方法對鑄鋼件表面電鍍，電鍍時間較長，鍍層厚度的均勻性難以保證，同時色澤會變得灰暗;若增大電流密度，會導致鍍層部分燒焦[7-9]。針對存在的問題，本文采用一種對鑄鋼件表面覆蓋能力和分散能力良好的電鍍液及工藝，對表面積為2 dm2的ZG270-500鑄鋼件鍍鋅。并采用掃描電鏡、能譜儀等對鍍層的厚度與成分進行分析，并對鍍層的外觀、鍍層與基體的附著力進行試驗。
1·實驗部分
1.1基材成分及前處理
鑄鋼件的尺寸為13 cm×4.5 cm×0.8 cm。試驗基材為ZG270-500鑄鋼件，其成分(均為質(zhì)量分數(shù))為:0.40%C、0.50%Si、0.90%Mn、0.04%P與S、98.16%Fe。
鑄鋼件在12%～15%NaOH、5%碳酸鈉、7%磷酸鈉、0.5%乳化劑(OP-10)溶液中，θ為60～65℃，t為20 min脫脂處理后，水洗，再經(jīng)10%～20%鹽酸、0.3%六次甲基亞胺、0.2%乳化劑(OP-10)溶液中，θ為20～25℃，t為15 min酸洗，然后放入3%～8%的鹽酸溶液活化2～8 s，水洗后電鍍鋅。
1.2電鍍?nèi)芤?/p>
鍍鋅溶液配方如下:
KCl 60 g/L
ZnCl2 40 g/L
NH4 Cl 20 g/L
蘋果酸 3 g/L
OP-20乳化劑 1 g/L
肉桂酸(柔軟劑) 0.1g/L
亞芐基丙酮(主光亮劑) 0.2 g/L
聚乙二醇(整平劑) 1 g/L
pH 1.8～2.4
分別采用亞芐基丙酮、鄰硝基苯甲醛及香草醛作為主光亮劑對鑄件鍍鋅，通過對鍍鋅層的比較表明，亞芐基丙酮適用于此種鑄件的鋅鍍層制備。
1.3電鍍工藝過程
將鑄鋼件放入制備好的掛鉤上鍍鋅，維持Jκ為0.5 A/dm2，預鍍5 min;然后在Jκ為1 A/dm2，加入預先配好的主光亮劑與柔軟劑混合溶液; 不斷調(diào)整電流密度，維持鍍鋅液的pH在1.8～2.4，電鍍20～30 min，鑄鋼件表面形成均勻的鋅鍍層。
1.4電鍍后處理
1)鈍化。鈍化液成分:1 g/L硫酸，0.2 g/L硝酸，60 g/L鉻酐;將鍍鋅的鑄鋼件放入鈍化液中8 s，熱水洗滌10 s;
2)干燥。將鈍化后的鑄鋼件放入60℃的干燥箱干燥10 min。
1.5電鍍層質(zhì)量測試
1)附著力。按照GB/T5270-2005金屬基體上的金屬覆蓋層電沉積和化學沉積層附著強度試驗方法評述標準，對鍍鋅層附著強度進行檢測試驗;
2)厚度與致密度。JSM-6360LV掃描電子顯微鏡檢測;
3)外觀。按照GB/T9799-1997金屬覆蓋層鋼鐵上的鋅電鍍層標準，對鋅鍍層的外觀與厚度進行檢測;
4)鍍層成分分析。采用Genesis2000XM60SEDAX(Energy Dispersive Analysis System of X-ray)能譜儀對電鍍層化學成分進行分析;
5)耐腐蝕性試驗。鹽霧試驗(GB/T10125-1997)。
2·實驗結(jié)果與討論
2.1鍍層鋅鐵含量分布
圖 1為從掃描電鏡(SEM)中選定待測金屬含量的鍍層區(qū)域，圖1中虛線表示的為檢測選定的區(qū)域，采用 Genesis2000XM60S EDAX(Energy Disper-sive Analysis System of X-ray)能譜儀對選定區(qū)域的電鍍層進行化學成分分析。圖2為鍍層成分分析，表1為鍍層中元素化學成分。
從圖2及表1可以看出，鍍層的鋅合金中，鋅、鐵的質(zhì)量分數(shù)分別為95.25%、4.75%，其中鋅、鐵的原子數(shù)分數(shù)分別為94.84%、5.52%。表明鍍層中主要成分為鋅，有極少部分為鐵，圖3分析了沿著電鍍層向基體方向的金屬分布曲線，從圖3可以看出，沿著基體金屬向鍍層方向，鋅的質(zhì)量分數(shù)在遞增，鐵在遞減，這是由于電鍍過程起始階段，基體金屬上的鐵原子與鋅形成合金，隨著電鍍進程的深入，鍍層主要以鋅與高分子配合物形成高分子配合物為主，基體金屬被鋅層所覆蓋，因而距離基體金屬較遠處的鍍層，主要是鋅，這也加強了基體的防腐性能。
2.2鍍層致密度檢測
圖4表示電鍍層在放大5 000倍時的表面形貌，照片中下面部分表示基體金屬，中部為鍍鋅層，最上面為SEM測試時鑲嵌的組織，從圖4可以看出，電鍍層致密度良好，確保了鍍層附著力與NSS試驗的良好防腐性能。
2.3鍍鋅層的厚度檢測
圖5為采用SEM測量的鍍鋅層厚度。從圖5可以看出，測量鍍鋅層不同部位的δ為6～7μm，達到國家規(guī)定的標準，而且厚度均勻。
2.4電鍍層的附著力試驗
1)剝離試驗。將25 mm的3M纖維膠帶，用2kg的輥子把膠帶的粘附面貼于試驗的覆蓋層上，排除所有的氣泡，間隔10 s后，在帶上一個垂直于覆蓋層表面的穩(wěn)定拉力，把膠帶拉去，未發(fā)現(xiàn)覆蓋層從基體剝落，表明覆蓋層與基體的結(jié)合力較強。
2)劃痕試驗。采用30。銳刃的硬質(zhì)鋼劃刀，相約2 mm劃6根平行線，在劃平行線時，以足夠的壓力一次刻線即穿過覆蓋層切割到基體金屬，未發(fā)現(xiàn)覆蓋層從基體上脫落現(xiàn)象，表明覆蓋層與基體結(jié)合緊密。
2.5鍍層的外觀檢測
將鍍件放在光線充足或等同60瓦日光燈，不超過1 m距離相當照明條件下，距離30 cm，進行觀察，未發(fā)現(xiàn)鍍層有起泡、孔隙、粗糙、裂紋或局部無鍍層現(xiàn)象，但是鋼鑄件本來表面不平整的現(xiàn)象依然存在，這屬于基體金屬缺陷。
2.6鍍層鹽霧試驗
NSS試驗96 h沒有出現(xiàn)腐蝕點。表明鑄件表面的鍍鋅層比較致密，厚度均勻，有效發(fā)揮了防止腐蝕的功能。
3·結(jié)論
利用SEM和能譜儀對鑄鋼件的鍍鋅層厚度及成分進行了分析，結(jié)果表明，鍍鋅層最薄處δ達到7～8μm，鍍層厚度均勻，鍍鋅層結(jié)合緊密，無孔隙。
對鑄鋼件表面的鍍鋅層進行附著檢驗與外觀檢驗，結(jié)果表明，鍍鋅層與基體結(jié)合緊密，外觀無起泡、孔隙、粗糙、裂紋或局部無鍍層現(xiàn)象。
通過對鑄鋼件鍍鋅層的檢測表明，鍍鋅層與基體結(jié)合緊密，鍍鋅層金屬含量分布合理，外觀檢驗符合國家規(guī)定的相關(guān)標準。該電鍍工藝效果良好，具有極大的使用與推廣價值。
參考文獻：略
