（中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽471009）

0 前言

氰化物鍍鋅工藝在軍工產(chǎn)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(huì)對(duì)加工質(zhì)量造成一定的影響，從而影響鍍層性能。本文結(jié)合實(shí)際工作中存在的問題，對(duì)加工中容易出現(xiàn)的問題及排除方法進(jìn)行探討。

1 深孔零件鍍鋅工藝及加工難點(diǎn)

對(duì)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(guī)的電鍍方法無法保證內(nèi)孔的鍍層厚度。國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中都有明確的規(guī)定：直徑或?qū)挾炔淮笥?0 mm的盲孔或槽、縫，其深度不小于直徑或?qū)挾?倍時(shí)，允許無鍍層；小于1倍時(shí)，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?qū)挾?倍時(shí)，允許無鍍層；小于2倍時(shí)，鍍層厚度不做要求。對(duì)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(duì)于有特殊要求的鍍層，應(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行保證。

由于使用環(huán)境的特殊性，有些零件設(shè)計(jì)要求必須保證內(nèi)孔有完整的鍍鋅層，而且厚度必須保證在一定的范圍內(nèi)。以本單位某產(chǎn)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(shè)計(jì)圖紙要求為表面鍍鋅8～12μm。由于零件內(nèi)孔比較深，采用常規(guī)電鍍方法無法保證內(nèi)孔鍍層的完整性。零件在使用中所處的工作環(huán)境比較惡劣，內(nèi)孔出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，要求內(nèi)孔必須有鍍鋅層。該零件的內(nèi)孔比較粗糙，這給內(nèi)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(fā)現(xiàn)了一些問題是由于槽液維護(hù)不好、工藝掌握不到位而導(dǎo)致的，如鍍層發(fā)暗、沉積速率慢等。結(jié)合該零件的實(shí)際情況進(jìn)行了試驗(yàn)，最終解決了故障，并取得了一些加工經(jīng)驗(yàn)。

2 設(shè)計(jì)合理的工裝，解決內(nèi)孔電鍍的難點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)制作內(nèi)陽極，解決內(nèi)孔電鍍問題

根據(jù)該零件的實(shí)際形狀，我們采取的解決辦法是設(shè)計(jì)合理的輔助陽極，如圖2所示。內(nèi)陽極的材料為不溶性的鉛棒。為了保證內(nèi)陽極在零件的正中心，保證內(nèi)孔鍍層均勻，設(shè)計(jì)了由絕緣材料組成的中心固定座。這樣做還有一個(gè)好處，就是防止零件與陽極棒接觸而導(dǎo)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(nèi)孔鍍層的完整性，還需要上下移動(dòng)陽極棒。

圖2 零件裝夾示意圖

2.2 沖擊電流進(jìn)行沖擊鍍

針對(duì)零件內(nèi)孔比較粗糙、電鍍時(shí)析氫嚴(yán)重、難以沉積鍍層的問題，在電鍍開始時(shí)采用沖擊電流進(jìn)行沖擊鍍，然后采用正常電流電鍍的方法進(jìn)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(duì)鍍液分散能力和覆蓋能力的不良影響，從而保證內(nèi)孔能在短時(shí)間內(nèi)得到均勻的鍍鋅層。

通過對(duì)以上這兩種方案的優(yōu)化，成功地解決了該零件的內(nèi)孔鍍鋅問題，厚度經(jīng)檢測達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙的要求，保證了零件的加工質(zhì)量。

3 鍍鋅過程中常見故障處理

在電鍍過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些質(zhì)量問題，如內(nèi)孔鍍層起皮，耐蝕性差；表面鍍層發(fā)暗，鍍液的沉積速率慢；鍍層出現(xiàn)小黑點(diǎn)，鈍化膜發(fā)霧等。結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)存在的問題進(jìn)行匯總與分析。

3.1 加強(qiáng)前處理，解決鍍層起皮、結(jié)合力不良的故障

對(duì)于零件在鍍鋅過程中出現(xiàn)的鍍層起皮問題，主要原因是零件內(nèi)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(nèi)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(jīng)過熱處理，表面有熱處理氧化物的存在，采用常規(guī)辦法進(jìn)行處理時(shí)，部分零件表面的油污、氧化銹蝕物未清理干凈，導(dǎo)致鍍層起皮、結(jié)合力不良。為此，我們進(jìn)行了工藝優(yōu)化，并取得了明顯的效果。

3.1.1 常規(guī)前處理工藝流程

3.1.2 改進(jìn)后的前處理工藝流程

3.1.3 流程改進(jìn)說明

常規(guī)前處理中通過有機(jī)溶劑擦洗除油，除掉了非皂化油脂。在改進(jìn)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(chǎn)生振蕩，即液體內(nèi)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(fù)。在壓力突然減小時(shí)，溶液內(nèi)產(chǎn)生許多真空的、很小的空穴，溶解在溶液中的氣體會(huì)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(chǎn)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(huì)產(chǎn)生瞬間高溫高壓，加速液體內(nèi)部的攪拌和對(duì)流，增強(qiáng)除油效果，同時(shí)還對(duì)零件表面的銹蝕物有一定的松動(dòng)作用，有利于后續(xù)除氧化物。

安裝內(nèi)部輔助陽極之后再進(jìn)行電解除油，通過提高內(nèi)孔溶液的流動(dòng)性及導(dǎo)電性，大大提高了零件內(nèi)部的除油效果。

通過以上改進(jìn)，解決了內(nèi)孔油污、銹蝕氧化物不易去除的難題，解決了鍍層起皮、結(jié)合力不良的故障。

3.2 加強(qiáng)槽液維護(hù)，解決鍍層沉積速率慢、出現(xiàn)小黑點(diǎn)的故障

電鍍質(zhì)量的好壞與槽液維護(hù)有直接關(guān)系。如果槽液維護(hù)得好，對(duì)于加工質(zhì)量、生產(chǎn)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(xiàn)了由于槽液維護(hù)不好、工藝掌握不到位而出現(xiàn)的諸如鍍層發(fā)暗、沉積速率慢的故障。

在故障出現(xiàn)之初，我們認(rèn)為是電源或槽液成分的問題?？墒歉鼡Q電源及化驗(yàn)調(diào)配槽液，問題都沒有解決。后來，通過工藝試驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)是因?yàn)椴垡褐刑妓猁}及重金屬鉛離子積累過多造成的。為此，我們進(jìn)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(fā)暗、沉積速率慢的故障，保證了加工質(zhì)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(huì)不斷積累生成碳酸鹽。當(dāng)碳酸鹽的質(zhì)量濃度超過80 g/L時(shí)，就會(huì)對(duì)鍍層產(chǎn)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(xué)藥品不純帶來的。

3.2.2 碳酸鹽及重金屬鉛離子對(duì)鍍鋅質(zhì)量的影響

碳酸鹽積累過多時(shí)，會(huì)使鍍液的黏度增大，導(dǎo)電性降低，陽極板出現(xiàn)鈍化，從而導(dǎo)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(fā)灰、發(fā)暗。

重金屬鉛離子積累到一定量時(shí)，鍍層出現(xiàn)小黑點(diǎn)，鈍化后呈現(xiàn)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(yàn)，確定了碳酸鹽及重金屬鉛離子的去除方法，應(yīng)用于日常槽液的維護(hù)管理，效果非常明顯，而且這一成果也獲得了河南省QC質(zhì)量改進(jìn)一等獎(jiǎng)。

3.2.3.1 碳酸鹽的去除工藝

我們通過工藝試驗(yàn)，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(yīng)，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(yīng)，從而生成硫化鉛沉淀。

3.3 鈍化膜發(fā)霧故障去除

鍍鋅層經(jīng)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(xiàn)故障，鈍化膜就容易出現(xiàn)發(fā)霧、脫落等問題，嚴(yán)重影響鍍層的耐蝕性。在氰化物鍍鋅加工中，就出現(xiàn)過這類故障。通過工藝試驗(yàn)，更換了部分鈍化液、改進(jìn)了鈍化工藝時(shí)間，解決了質(zhì)量問題。具體做法如下：

（1）通過化驗(yàn)，更換2/3的陳舊鈍化液，降低鈍化液中三價(jià)鉻離子的質(zhì)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(jīng)去離子水洗干凈后再進(jìn)行鈍化處理。

（3）嚴(yán)格按周期化驗(yàn)調(diào)配鈍化液，嚴(yán)格控制鈍化液中鋅離子與三價(jià)鉻離子的質(zhì)量濃度。

（4）鈍化時(shí)間嚴(yán)格控制在5～15 s之間，鈍化液的溫度嚴(yán)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(dòng)，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(jìn)行水洗，而應(yīng)在空氣中停留5～10 s，使之老化。在鈍化膜未干燥時(shí)，不能用大水沖洗，沖洗時(shí)間也不宜過長，防止六價(jià)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(shí)吹干零件表面的水漬。

我們采取以上幾點(diǎn)措施，取得了明顯的效果，解決了深孔零件鍍鋅鈍化膜發(fā)霧、脫落的問題。

4 結(jié)論

通過以上工藝改進(jìn)，解決了深孔零件在氰化物鍍鋅加工過程中出現(xiàn)的一些質(zhì)量問題，達(dá)到了設(shè)計(jì)圖紙要求，滿足了鍍層的特殊要求，取得了明顯的效果。