??
0 引言
堿性鋅酸鹽鍍鋅已成為鍍鋅工藝主流。它革除了氰化鍍鋅的毒害,銨鹽鍍鋅存在對鋼鐵設(shè)備的腐蝕及鈍化膜在濕熱大氣中容易變色發(fā)黑等缺點。70年代以來,國內(nèi)堿性鋅酸鹽鍍鋅,采用的添加劑主要為DE或DPE兩種。這兩種添加劑,必須與各自配套的其它輔助光亮劑混合才能使用,極不方便。尤其是DE型和DPE型鍍鋅,允許工作溫度范圍窄,一般為15～40℃,不耐高溫,滾鍍困難;電流效率較低,為70%左右,沉積速度較慢,為0.38μm min。在溫度較低的條件下,為達(dá)到一定的鍍層厚度,需鍍較長時間,生產(chǎn)效率低。鍍層經(jīng)低鉻藍(lán)白鈍化和低鉻彩鈍后,經(jīng)中性鹽霧試驗(GB6458-86)12～16h和72h左右,抗腐蝕性能不太理想;電沉積時會產(chǎn)生刺激性氣體,必須安裝通風(fēng)裝置等缺點。該廠地處山城重慶,冬季氣溫低寒,夏季炎熱氣溫高,對電鍍工作溫度范圍要求寬溫。原DE型堿性鋅酸鹽鍍鋅工藝,冬季生產(chǎn)效率低,夏季滾鍍困難,已無法滿足高技術(shù)指示的批量生產(chǎn)的要求。為此,提出了改進(jìn)堿性鋅酸鹽鍍鋅添加劑的課題。
1996年以來,改用了福州八達(dá)表面工程技術(shù)研究所研制生產(chǎn)的FK 303耐高溫堿性鋅酸鹽環(huán)保鍍鋅光亮劑。此光亮劑為單一型,直接添加使用,平時添加操作與鍍液維護(hù)管理十分簡便;鍍液耐高溫,電流以密度范圍寬,電流效率較高,沉積速度快,均、深鍍能力好,能抑制氣霧,鍍液穩(wěn)定,鍍層耐蝕性高等,解決了高品質(zhì)的摩托車部件鍍鋅的大生產(chǎn)需求。5年來,在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時,還節(jié)約了生產(chǎn)成本。
1 試驗內(nèi)容
標(biāo)準(zhǔn)霍爾槽試驗;鍍液性能試驗;鍍層性能試驗;液鍍試驗;掛鍍試驗。
2 試驗液成分及工藝條件
NaOH 80～120
g LZnO 8～12g L
FK 3034～8ml
LT 10～60℃
SA:SK 1.5～2:1
Dk 1～5A dm2
3 試驗結(jié)果及分析
3.1 霍爾槽試驗
采用JZ-T霍爾槽實驗儀,267ml霍爾槽,放入250ml鍍液,液溫25℃,測量上述鍍液的光亮電流范圍,2A電流的霍爾槽試片可達(dá)到全片光亮;3A電流的霍爾槽試片,高區(qū)未見燒焦。
3.2 鍍液性能試驗
3.2.1 電流效率
液溫25℃。根據(jù)法拉第定律,采用差重法求電流效率:
η=Δm /Itk×100%
式中:Δm為實際析出的物質(zhì)質(zhì)量(g);I通過的電流(A);t通過電流的時間(h);k電化摩爾質(zhì)量(g c或g/A.h,鋅的為1.22g (A.h)。Δm為零件鍍后質(zhì)量與鍍前質(zhì)量之差;用分析天平稱量,試驗結(jié)果見表1。從表1可知,前述鍍液在25℃時,電流效率在80%～85%。
3.2.2 沉積速度
以4A dm2的電流密度,電鍍5cm×10cm的鐵基試片,時間20min,用ZD B智能測厚儀測厚,試驗結(jié)果見表2。由表2可知,鋅的沉積速度為0.55μm min。
3.2.3 分散能力
采用梯形槽,液溫為25℃,測定分散能力。用梯形槽試驗裝置,電流強(qiáng)度1A和2A,電鍍時間15min,將試片按圖1所示,劃分成8部分,然后用ZD B智能測厚儀測出1和5號方格中心部位鍍層的厚度δ1、δ5,根據(jù)下式計算電解液的分散能力:T=δ5/δ1×100%,結(jié)果見表3。由表3可知,槽液分散能力較好,為80%。
3.2.4 深鍍能力
采用內(nèi)孔法測量深鍍能力,如圖2所示。圓管內(nèi)徑為10mm×100mm的低碳鋼管。液溫25℃,以4A dm2的電流密度,電鍍20min后取出,縱向剖開,兩端鍍上鋅層的長度共為55mm,可見其深鍍能力好。
3.2.5 抑氣霧效能
鍍件入掛鍍槽通電受鍍,液面呈泡沫狀覆蓋層,取pH為7的廣泛試紙,于離鍍件處液面10cm處,停置2min,取出肉眼觀察,未見pH試紙變色,說明有一定的抑制刺激性氣體逸出的效能。
3.4 鍍層性能試驗
(1) 外觀 用文中工藝所獲得的鋅鍍層,表面平滑,致密,光亮,均勻。
(2) 低鉻鈍化試驗 采用文中工藝所獲得的鋅鍍層,進(jìn)行低鉻藍(lán)白色和低鉻彩色鈍化,前者膜層光亮藍(lán)白,后者膜層色彩艷麗。
(3) 中性鹽霧試驗 采用文中工藝所獲得的鋅鍍層,經(jīng)低鉻藍(lán)白色鈍化及低鉻彩色鈍化,按GB6458-86做中性鹽霧試驗,分別為21h,10級和180h,10級。
(4) 結(jié)合力試驗 采用文中工藝所獲得的鋅鍍層,鈍化后的工件,置入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi),加熱并恒溫控制在250℃,保溫1h,然后迅速置入水中驟冷,無發(fā)現(xiàn)鍍層脫皮或鼓泡凸起,結(jié)合力好。
3.4 滾鍍試驗
采用文中工藝進(jìn)行滾鍍,液溫10～60℃范圍內(nèi),均可正常生產(chǎn)。由于其沉積速度快,比原滾鍍鋅工藝,節(jié)省滾鍍時間1 3。
3.5 掛鍍試驗
采用文中工藝進(jìn)行掛鍍,鍍液的使用電流密度較寬,Dk在1～10A dm2范圍內(nèi)均可正常工作。深鍍能力佳,即使是形狀復(fù)雜的工件,其深凹低電流密度處,均可得到良好的鍍層,在工件有相互遮蓋的部位,也能鍍上;比原鍍鋅工藝,節(jié)省電鍍時間1/3。
4 經(jīng)濟(jì)效益
我廠是國內(nèi)規(guī)模較大的摩托車生產(chǎn)和知名企業(yè),全年生產(chǎn)62萬輛摩托車。原采用的DE型鍍鋅工藝,年耗添加劑費用為740060元;現(xiàn)改用FK 303型光亮劑鍍鋅后,以同樣年生產(chǎn)62萬輛摩托車計算,僅耗光亮劑費用為297600元,年節(jié)省光亮劑費用442460元,節(jié)約率為60%。若再把應(yīng)用FK 303型光亮劑鍍鋅后,其電流效率高、沉積速度快、鍍件合格率、工效、生產(chǎn)效率的提高及節(jié)約電能、化工原料等綜合計算,可降低生產(chǎn)成本率為148.68%。
5 結(jié) 論
(1) FK 303耐高溫堿性鋅酸鹽環(huán)保鍍鋅,具有如下特點:鍍液工作溫度上限提高了50%,在10～60℃范圍內(nèi),能正常電鍍生產(chǎn);耐高溫,鍍液穩(wěn)定性好,適合于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn),滿足于批量生產(chǎn)的要求。解決了國內(nèi)堿性鋅酸鹽鍍鋅,在高溫條件下不能正常電鍍生產(chǎn)的技術(shù)難題。
(2) 電流效率提高了15%,節(jié)省電鍍時間1 3,節(jié)材節(jié)能并提高生產(chǎn)效率30%。
(3) 均、深鍍能力好,鍍層低鉻藍(lán)白色和低鉻彩色鈍化后的耐腐蝕性能,分別提高50%和150%。
(4) 產(chǎn)品一次性合格率提高了20%,提高了工效,節(jié)約了原料。
(5) 適合于低鉻鈍化,并有抑制刺激性氣體逸出的效能,保護(hù)了環(huán)境,保障了工人身體健康,有一定的環(huán)保社會效益。
