??
銅－鉛合金軸瓦電鍍中低溫去油工藝的研制
倪群宇
（上海菲特爾莫古軸瓦有限公司，上海２０００７２）
中圖分類號(hào)：ＴＱ １５３ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ｂ 文章編號(hào)：１０００－４７４２（２０１３）０６－００４８－０２
０ 前言
我公司主要從事各類工礦機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸軸瓦、連桿軸瓦、凸輪軸瓦、襯套、止推片的生產(chǎn)。軸瓦材料主要是鋼背鋁基合金和鋼背銅－鉛合金等復(fù)合材料。
為了提高軸瓦材料的表面性能，必須在軸瓦內(nèi)表面（即合金面）電鍍一層比較軟的減摩鍍層，即電鍍鉛－錫－銅和鉛－錫鍍層。
我公司銅－鉛合金軸瓦電鍍采用的是氟硼酸鹽鍍鉛－錫－銅合金工藝，其中去油工序采用高溫電解去油（溫度在８５～９５℃）。在加熱時(shí)堿霧較多，雖然采用了吸風(fēng)裝置，但還是較嗆人。我公司的掛具絕緣材料采用的是聚丙烯，由于去油溫度高，在使用一段時(shí)間后掛具容易變形破損，掛具表面經(jīng)常會(huì)有鉛－錫－銅合金微粒沉積，影響軸瓦鍍層厚度和電鍍質(zhì)量。為解決這些問題，筆者進(jìn)行了中低溫去油工藝的研究。
１ 工藝配方和工作條件的確定
１．１ 工件表面油污狀況
在電鍍前，軸瓦一般需經(jīng)過以下幾道工序：壓彎整形→車二端面→倒內(nèi)外角→沖缺→拉半徑高→車油槽→沖孔→去毛刺→精鏜內(nèi)徑。在壓彎整形前，要在軸瓦表面涂上一層機(jī)油。通常機(jī)加工的流程需２周，然后才運(yùn)送到電鍍車間進(jìn)行電鍍。如果流轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)的話，還需在軸瓦表面涂上防銹油，以防止鋼背面生銹。因此，電鍍前的軸瓦本身已含有大量的油污，特別是有油槽的軸瓦，其油污更難清洗。另外對(duì)于銅－鉛燒結(jié)軸瓦，由于銅－鉛材料的孔隙率大，滲入到基體的油污用一般的除油方法難以去除。
１．２ 研制新工藝的原則
（１）由于我公司原來的去油溫度太高，既浪費(fèi)能源，又危害操作工人的身體健康。因此，考慮將新工藝的去油溫度控制在中低溫范圍。這樣做具有如下優(yōu)點(diǎn)：降低能耗；改善工人的操作環(huán)境；掛具不易變形，延長(zhǎng)掛具的使用壽命。
（２）由于環(huán)形生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍已定，去油工序的時(shí)間只有１５０ｓ，因此，選用的化學(xué)品必須既有乳化和皂化作用，又能滲入油污使其迅速剝離。
（３）由于生產(chǎn)線的限制，在去油后只有一道清洗工序。如果去油液中含有大量表面活性劑，則會(huì)帶入酸洗液中，影響酸洗效果和鍍層質(zhì)量。而且大量有機(jī)物進(jìn)入電鍍廢水中，會(huì)影響ＣＯＤ的達(dá)標(biāo)排放。所以去油液最好不含大量表面活性劑。
１．３ 試驗(yàn)過程
在試驗(yàn)初期，選用了某化工廠的脫脂劑。電解去油配方及工藝條件：脫脂劑３０ｇ／Ｌ，８Ａ／ｄｍ２，１５０ｓ。電解去油、酸洗、鍍鎳、鍍鉛－錫－銅合金模擬生產(chǎn)線條件。
控制電解去油溫度為５０℃，配制時(shí)即發(fā)現(xiàn)溶液有大量泡沫。電解去油反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生大量泡沫，用一道清洗軸瓦上仍有大量泡沫，需反復(fù)清洗多次。軸瓦合金表面和鋼背面油污去除干凈。按ＪＢ／Ｔ９７６３—１９９９劃痕法檢測(cè)鍍層的結(jié)合力。結(jié)果表明：鍍層的結(jié)合力良好，不剝落。
控制電解去油溫度為６０℃，電解去油反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生大量泡沫，用一道清洗軸瓦上仍有大量泡沫，需反復(fù)清洗多次。軸瓦合金表面和鋼背面油污去除干凈。按ＪＢ／Ｔ ９７６３—１９９９劃痕法檢測(cè)鍍層的結(jié)合力。結(jié)果表明：鍍層的結(jié)合力良好，不剝落。
由上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出：雖然該脫脂劑可以去除油污，但該產(chǎn)品中存在較多表面活性劑，泡沫較多，需要反復(fù)清洗，因而不適合在我公司的自動(dòng)生產(chǎn)線上使用。
翻閱了大量資料，經(jīng)過多次試驗(yàn)。但由于生產(chǎn)條件的局限，要找到合適的工藝并不容易。例如我曾選擇以下工藝進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果都沒達(dá)到要求。
（１）配方１
磷酸三鈉１５ｇ／Ｌ，碳酸鈉２０ｇ／Ｌ，氫氧化鈉１０ｇ／Ｌ，ＴＸ－１０ ５ｇ／Ｌ，８Ａ／ｄｍ２，４５～５５℃，１５０ｓ。采用該配方電解去油后，軸瓦鋼背面的油污未去除干凈，軸瓦合金面的油污去除干凈。
（２）配方２
磷酸三鈉１５ｇ／Ｌ，碳酸鈉２０ｇ／Ｌ，氫氧化鈉１０ｇ／Ｌ，十二烷基硫酸鈉１ｇ／Ｌ，８Ａ／ｄｍ２，４５～５５℃，１５０ｓ。采用該配方進(jìn)行電解反應(yīng)時(shí)，溶液產(chǎn)生大量泡沫，一道清洗后軸瓦表面仍有大量泡沫，軸瓦鋼背面和合金面的油污去除干凈。
最后經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和篩選，并到生產(chǎn)線上試生產(chǎn)，不斷改進(jìn)和完善，確定了適合我公司軸瓦生產(chǎn)的中低溫去油配方：磷酸三鈉１５～３０ｇ／Ｌ，碳酸鈉２０～３０ｇ／Ｌ，氫氧化鈉１０～３０ｇ／Ｌ，ＨＪ添加劑１～５ｇ／Ｌ，８～１０Ａ／ｄｍ２，４５～５５℃，１５０ｓ。
２ 溶液成分及工藝條件的影響
２．１ 溶液成分的影響
２．１．１ ＨＪ添加劑的影響
ＨＪ添加劑是一種含有磺基基團(tuán)的含氮化合物，在溶液中起潤(rùn)濕和乳化作用，可以滲入油污使其迅速剝離，除油效果顯著。ＨＪ添加劑的質(zhì)量濃度過低時(shí)，不能潤(rùn)濕軸瓦鋼背面，去油不干凈；ＨＪ添加劑的質(zhì)量濃度過高時(shí)，在基體表面吸附過強(qiáng)，不易清洗，鍍層出現(xiàn)露基體的現(xiàn)象。ＨＪ添加劑的質(zhì)量濃度可在較大范圍內(nèi)變動(dòng)，為節(jié)約成本，確定其質(zhì)量濃度為１～５ｇ／Ｌ。
２．１．２ 氫氧化鈉的影響
氫氧化鈉在溶液中起皂化作用。它使本來不溶于水的油脂變成可溶于水的肥皂和甘油。反應(yīng)式如下：
（Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯ）３Ｃ３Ｈ５＋３ＮａＯＨ＝３Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯＮａ＋Ｃ３Ｈ５（ＯＨ）３（１）
氫氧化鈉的質(zhì)量濃度過低時(shí)，皂化反應(yīng)幾乎不能進(jìn)行；氫氧化鈉的質(zhì)量濃度過高時(shí)，肥皂的溶解度反而降低，而且會(huì)使金屬表面發(fā)生氧化，腐蝕有色金屬。一般氫氧化鈉的質(zhì)量濃度在１０～１００ｇ／Ｌ范圍內(nèi)均可，但考慮到成本，確定其質(zhì)量濃度為１０～３０ｇ／Ｌ比較適宜。
２．１．３ 碳酸鈉和磷酸三鈉的影響
碳酸鈉在溶液中起緩沖和乳化作用。磷酸三鈉在溶液中起緩沖、乳化和潤(rùn)濕作用。碳酸鈉的質(zhì)量濃度為２０～３０ｇ／Ｌ，磷酸三鈉的質(zhì)量濃度為１５～３０ｇ／Ｌ。
２．２ 工藝條件的影響
２．２．１ 溫度的影響
溫度較低時(shí)，去油反應(yīng)不能很好地進(jìn)行，軸瓦表面的油污除不干凈；溫度較高時(shí)，反應(yīng)過程中會(huì)有嗆人的氣味產(chǎn)生，不利于操作工人的身體健康。因此，確定最佳的溫度在４５～５５℃之間。
２．２．２ 電流密度的影響
我們采用的是陽(yáng)極電解去油，在反應(yīng)時(shí)軸瓦表面析出氧氣，反應(yīng)式如下：
４ＯＨ—－４ｅ＝Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ（２）
反應(yīng)時(shí)軸瓦受直流電的作用發(fā)生極化反應(yīng)，使軸瓦／溶液界面的張力降低，溶液易于潤(rùn)濕并滲入油膜下的軸瓦表面。同時(shí)，析出的大量氧氣猛烈撞擊油膜，對(duì)溶液產(chǎn)生強(qiáng)烈攪拌，加強(qiáng)油膜表面溶液的更新，油膜被分散成細(xì)小油珠脫離軸瓦表面而進(jìn)入溶液中形成乳濁液。
電流密度較低時(shí)，去油反應(yīng)不能很好地進(jìn)行，軸瓦表面的油污除不干凈，鍍層的結(jié)合力不良；電流密度較高時(shí)，反應(yīng)劇烈，合金表面腐蝕嚴(yán)重。因此，確定最佳的電流密度在８～１０Ａ／ｄｍ２之間。
３ 結(jié)論
反復(fù)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐表明：該工藝可完全去除軸瓦的油污，鍍后產(chǎn)品的結(jié)合力良好。由于采用中低溫去油工藝，既降低能耗，又改善操作環(huán)境。而且掛具在該溶液中不易變形，減少了掛具的更換，從而降低電鍍成本。同時(shí)ＨＪ添加劑是非高分子表面活性劑，不會(huì)影響廢水中ＣＯＤ的達(dá)標(biāo)排放。
倪群宇
（上海菲特爾莫古軸瓦有限公司，上海２０００７２）
中圖分類號(hào)：ＴＱ １５３ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ｂ 文章編號(hào)：１０００－４７４２（２０１３）０６－００４８－０２
０ 前言
我公司主要從事各類工礦機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸軸瓦、連桿軸瓦、凸輪軸瓦、襯套、止推片的生產(chǎn)。軸瓦材料主要是鋼背鋁基合金和鋼背銅－鉛合金等復(fù)合材料。
為了提高軸瓦材料的表面性能，必須在軸瓦內(nèi)表面（即合金面）電鍍一層比較軟的減摩鍍層，即電鍍鉛－錫－銅和鉛－錫鍍層。
我公司銅－鉛合金軸瓦電鍍采用的是氟硼酸鹽鍍鉛－錫－銅合金工藝，其中去油工序采用高溫電解去油（溫度在８５～９５℃）。在加熱時(shí)堿霧較多，雖然采用了吸風(fēng)裝置，但還是較嗆人。我公司的掛具絕緣材料采用的是聚丙烯，由于去油溫度高，在使用一段時(shí)間后掛具容易變形破損，掛具表面經(jīng)常會(huì)有鉛－錫－銅合金微粒沉積，影響軸瓦鍍層厚度和電鍍質(zhì)量。為解決這些問題，筆者進(jìn)行了中低溫去油工藝的研究。
１ 工藝配方和工作條件的確定
１．１ 工件表面油污狀況
在電鍍前，軸瓦一般需經(jīng)過以下幾道工序：壓彎整形→車二端面→倒內(nèi)外角→沖缺→拉半徑高→車油槽→沖孔→去毛刺→精鏜內(nèi)徑。在壓彎整形前，要在軸瓦表面涂上一層機(jī)油。通常機(jī)加工的流程需２周，然后才運(yùn)送到電鍍車間進(jìn)行電鍍。如果流轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)的話，還需在軸瓦表面涂上防銹油，以防止鋼背面生銹。因此，電鍍前的軸瓦本身已含有大量的油污，特別是有油槽的軸瓦，其油污更難清洗。另外對(duì)于銅－鉛燒結(jié)軸瓦，由于銅－鉛材料的孔隙率大，滲入到基體的油污用一般的除油方法難以去除。
１．２ 研制新工藝的原則
（１）由于我公司原來的去油溫度太高，既浪費(fèi)能源，又危害操作工人的身體健康。因此，考慮將新工藝的去油溫度控制在中低溫范圍。這樣做具有如下優(yōu)點(diǎn)：降低能耗；改善工人的操作環(huán)境；掛具不易變形，延長(zhǎng)掛具的使用壽命。
（２）由于環(huán)形生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍已定，去油工序的時(shí)間只有１５０ｓ，因此，選用的化學(xué)品必須既有乳化和皂化作用，又能滲入油污使其迅速剝離。
（３）由于生產(chǎn)線的限制，在去油后只有一道清洗工序。如果去油液中含有大量表面活性劑，則會(huì)帶入酸洗液中，影響酸洗效果和鍍層質(zhì)量。而且大量有機(jī)物進(jìn)入電鍍廢水中，會(huì)影響ＣＯＤ的達(dá)標(biāo)排放。所以去油液最好不含大量表面活性劑。
１．３ 試驗(yàn)過程
在試驗(yàn)初期，選用了某化工廠的脫脂劑。電解去油配方及工藝條件：脫脂劑３０ｇ／Ｌ，８Ａ／ｄｍ２，１５０ｓ。電解去油、酸洗、鍍鎳、鍍鉛－錫－銅合金模擬生產(chǎn)線條件。
控制電解去油溫度為５０℃，配制時(shí)即發(fā)現(xiàn)溶液有大量泡沫。電解去油反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生大量泡沫，用一道清洗軸瓦上仍有大量泡沫，需反復(fù)清洗多次。軸瓦合金表面和鋼背面油污去除干凈。按ＪＢ／Ｔ９７６３—１９９９劃痕法檢測(cè)鍍層的結(jié)合力。結(jié)果表明：鍍層的結(jié)合力良好，不剝落。
控制電解去油溫度為６０℃，電解去油反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生大量泡沫，用一道清洗軸瓦上仍有大量泡沫，需反復(fù)清洗多次。軸瓦合金表面和鋼背面油污去除干凈。按ＪＢ／Ｔ ９７６３—１９９９劃痕法檢測(cè)鍍層的結(jié)合力。結(jié)果表明：鍍層的結(jié)合力良好，不剝落。
由上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出：雖然該脫脂劑可以去除油污，但該產(chǎn)品中存在較多表面活性劑，泡沫較多，需要反復(fù)清洗，因而不適合在我公司的自動(dòng)生產(chǎn)線上使用。
翻閱了大量資料，經(jīng)過多次試驗(yàn)。但由于生產(chǎn)條件的局限，要找到合適的工藝并不容易。例如我曾選擇以下工藝進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果都沒達(dá)到要求。
（１）配方１
磷酸三鈉１５ｇ／Ｌ，碳酸鈉２０ｇ／Ｌ，氫氧化鈉１０ｇ／Ｌ，ＴＸ－１０ ５ｇ／Ｌ，８Ａ／ｄｍ２，４５～５５℃，１５０ｓ。采用該配方電解去油后，軸瓦鋼背面的油污未去除干凈，軸瓦合金面的油污去除干凈。
（２）配方２
磷酸三鈉１５ｇ／Ｌ，碳酸鈉２０ｇ／Ｌ，氫氧化鈉１０ｇ／Ｌ，十二烷基硫酸鈉１ｇ／Ｌ，８Ａ／ｄｍ２，４５～５５℃，１５０ｓ。采用該配方進(jìn)行電解反應(yīng)時(shí)，溶液產(chǎn)生大量泡沫，一道清洗后軸瓦表面仍有大量泡沫，軸瓦鋼背面和合金面的油污去除干凈。
最后經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和篩選，并到生產(chǎn)線上試生產(chǎn)，不斷改進(jìn)和完善，確定了適合我公司軸瓦生產(chǎn)的中低溫去油配方：磷酸三鈉１５～３０ｇ／Ｌ，碳酸鈉２０～３０ｇ／Ｌ，氫氧化鈉１０～３０ｇ／Ｌ，ＨＪ添加劑１～５ｇ／Ｌ，８～１０Ａ／ｄｍ２，４５～５５℃，１５０ｓ。
２ 溶液成分及工藝條件的影響
２．１ 溶液成分的影響
２．１．１ ＨＪ添加劑的影響
ＨＪ添加劑是一種含有磺基基團(tuán)的含氮化合物，在溶液中起潤(rùn)濕和乳化作用，可以滲入油污使其迅速剝離，除油效果顯著。ＨＪ添加劑的質(zhì)量濃度過低時(shí)，不能潤(rùn)濕軸瓦鋼背面，去油不干凈；ＨＪ添加劑的質(zhì)量濃度過高時(shí)，在基體表面吸附過強(qiáng)，不易清洗，鍍層出現(xiàn)露基體的現(xiàn)象。ＨＪ添加劑的質(zhì)量濃度可在較大范圍內(nèi)變動(dòng)，為節(jié)約成本，確定其質(zhì)量濃度為１～５ｇ／Ｌ。
２．１．２ 氫氧化鈉的影響
氫氧化鈉在溶液中起皂化作用。它使本來不溶于水的油脂變成可溶于水的肥皂和甘油。反應(yīng)式如下：
（Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯ）３Ｃ３Ｈ５＋３ＮａＯＨ＝３Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯＮａ＋Ｃ３Ｈ５（ＯＨ）３（１）
氫氧化鈉的質(zhì)量濃度過低時(shí)，皂化反應(yīng)幾乎不能進(jìn)行；氫氧化鈉的質(zhì)量濃度過高時(shí)，肥皂的溶解度反而降低，而且會(huì)使金屬表面發(fā)生氧化，腐蝕有色金屬。一般氫氧化鈉的質(zhì)量濃度在１０～１００ｇ／Ｌ范圍內(nèi)均可，但考慮到成本，確定其質(zhì)量濃度為１０～３０ｇ／Ｌ比較適宜。
２．１．３ 碳酸鈉和磷酸三鈉的影響
碳酸鈉在溶液中起緩沖和乳化作用。磷酸三鈉在溶液中起緩沖、乳化和潤(rùn)濕作用。碳酸鈉的質(zhì)量濃度為２０～３０ｇ／Ｌ，磷酸三鈉的質(zhì)量濃度為１５～３０ｇ／Ｌ。
２．２ 工藝條件的影響
２．２．１ 溫度的影響
溫度較低時(shí)，去油反應(yīng)不能很好地進(jìn)行，軸瓦表面的油污除不干凈；溫度較高時(shí)，反應(yīng)過程中會(huì)有嗆人的氣味產(chǎn)生，不利于操作工人的身體健康。因此，確定最佳的溫度在４５～５５℃之間。
２．２．２ 電流密度的影響
我們采用的是陽(yáng)極電解去油，在反應(yīng)時(shí)軸瓦表面析出氧氣，反應(yīng)式如下：
４ＯＨ—－４ｅ＝Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ（２）
反應(yīng)時(shí)軸瓦受直流電的作用發(fā)生極化反應(yīng)，使軸瓦／溶液界面的張力降低，溶液易于潤(rùn)濕并滲入油膜下的軸瓦表面。同時(shí)，析出的大量氧氣猛烈撞擊油膜，對(duì)溶液產(chǎn)生強(qiáng)烈攪拌，加強(qiáng)油膜表面溶液的更新，油膜被分散成細(xì)小油珠脫離軸瓦表面而進(jìn)入溶液中形成乳濁液。
電流密度較低時(shí)，去油反應(yīng)不能很好地進(jìn)行，軸瓦表面的油污除不干凈，鍍層的結(jié)合力不良；電流密度較高時(shí)，反應(yīng)劇烈，合金表面腐蝕嚴(yán)重。因此，確定最佳的電流密度在８～１０Ａ／ｄｍ２之間。
３ 結(jié)論
反復(fù)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐表明：該工藝可完全去除軸瓦的油污，鍍后產(chǎn)品的結(jié)合力良好。由于采用中低溫去油工藝，既降低能耗，又改善操作環(huán)境。而且掛具在該溶液中不易變形，減少了掛具的更換，從而降低電鍍成本。同時(shí)ＨＪ添加劑是非高分子表面活性劑，不會(huì)影響廢水中ＣＯＤ的達(dá)標(biāo)排放。
