新型添加劑堿性鋅酸鹽鍍鋅工藝研究，本文從試驗前準(zhǔn)備、霍爾槽試驗原理、試驗與分析等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的講解，希望能給大家?guī)碇R的擴展，我們不妨進(jìn)來詳細(xì)的了解一下吧！

電鍍鋅是利用電解原理在鋼鐵制品表面形成均勻、致密、結(jié)合良好的鋅層的過程。鍍鋅層是一種應(yīng)用最為廣泛的功能防護性鍍層。經(jīng)過鈍化處理的鍍鋅層不僅可獲得各種色彩，增加裝飾效果，而且會大大提高鍍層的耐蝕性。鍍鋅應(yīng)用相當(dāng)廣泛，是電鍍生產(chǎn)量最大的鍍種之一。由于堿性鋅酸鹽不含氰化物、鋅金屬濃度低的特點，對于三廢的治理有很大的幫助。而且堿性鋅酸鹽相較其他鍍鋅體系，在運行成本、設(shè)備壽命等方面具有明顯優(yōu)勢。但傳統(tǒng)DE型添加劑鍍液，存在光亮范圍窄、分散能力差、覆蓋能力弱的工藝缺點，且鍍件返工率高，鍍液不易維護，不利于過程掌控和質(zhì)量保障。為進(jìn)一步提升裝備質(zhì)量、優(yōu)化鍍鋅工藝，本文選擇了兩個行業(yè)內(nèi)知名廠家的兩種新型添加劑，通過經(jīng)濟快捷的霍爾槽試驗，對鍍液的光亮范圍、分散能力、覆蓋能力及鍍層結(jié)合力等方面的性能進(jìn)行了測定,并與傳統(tǒng)DE型堿性鋅酸鹽鍍液進(jìn)行了比較，優(yōu)選了新型添加劑鍍鋅工藝。

試驗前準(zhǔn)備

材料：氫氧化鈉、氧化鋅、A廠家新型添加劑、B廠家新型添加劑、傳統(tǒng)DE型添加劑、硝酸，銅板陰極試片(100mm×70mm×0.5mm)、低碳鋼板陽極試片(63mm×70mm×5mm)、φ16mm(內(nèi)徑)×100mm的低碳鋼管、碳鋼鋼板(100mm×50mm×0.5mm)。設(shè)備：直流電源、250mL標(biāo)準(zhǔn)霍爾槽、測厚儀、托盤天平、燒杯、量筒、溫度計、電吹風(fēng)。鍍液配方：試驗采用的3種鍍液配方見表1,Zn2+濃度為12g/L,NaOH濃度為120g/L,其余添加劑均為各自范圍上限值。

 

表1  3種鍍液配方

霍爾槽試驗原理

霍爾槽(見圖1)也叫哈氏槽或梯形槽，是由美國的R.0.Hull于1939年發(fā)明的，是一種試驗效果好、操作簡單、所需溶液體積小的小型電鍍試驗槽。由于霍爾槽試片兩端到陽極的距離有很大差別，加上在角部的屏蔽效應(yīng)，使同一試片從近陽極端和遠(yuǎn)陽極端的電流密度有很大的差異，并且電流密度的分布呈現(xiàn)由大(近陽極)到小(遠(yuǎn)陽極)的線性分布。根據(jù)通過霍爾槽總電流大小的不同，其遠(yuǎn)近兩端電流密度的大小差值達(dá)50倍。它可以較好地獲得外觀合格鍍層的電流密度范圍，還可以測定鍍液的分散能力、覆蓋能力等。因此，霍爾槽試驗在電鍍工藝試驗研究和現(xiàn)場生產(chǎn)質(zhì)量控制方面都得到了廣泛的應(yīng)用。

 

圖1 霍爾槽結(jié)構(gòu)

試驗與分析

3.1 電流密度范圍比較選取100mm×70mm×0.5mm的銅試片，經(jīng)過鍍前處理后，在溫度20～30℃無攪拌狀態(tài)下，電流密度1A/dm2,用霍爾槽進(jìn)行電鍍試驗10min,電鍍出光、水洗后，吹干待檢。根據(jù)試驗后試片的鍍層外觀繪制示意圖(見表2)。從表2中可以看到，使用A型鍍液試驗后得到的試片在高區(qū)開端處有10mm寬的灰暗及點蝕區(qū)，在低區(qū)有20mm寬的灰暗區(qū);B型鍍液試驗后得到的試片表面整體光亮無條紋，無漏鍍及灰暗區(qū);DE型鍍液試驗后得到的試片在高區(qū)有5mm寬的灰暗區(qū)，在低區(qū)有20mm寬的半光亮區(qū)、10mm寬的灰暗區(qū)、10mm寬的條紋區(qū)、10mm寬的粗糙區(qū)。

 

表2 鍍層外觀示意圖對比表3種鍍鋅工藝光亮區(qū)對應(yīng)的電流密度范圍(見表3)可通過經(jīng)驗公式(式1)計算得出：

 

式中，Dk是陰極某處的電流密度值，單位為A/dm2;I是試驗時所采用的電流強度，單位為A;L是陰極上某處與近端的距離，單位為mm。

 

表3 不同鍍鋅工藝電流密度范圍通過表3可以發(fā)現(xiàn)，A、B型鍍鋅工藝電流密度范圍廣，而DE型堿性鍍鋅工藝電流密度范圍窄。3.2 分散能力比較選取銅試片，經(jīng)過鍍前處理后，在溫度20～30℃無攪拌狀態(tài)下，電流密度2A/dm2,用霍爾槽進(jìn)行電鍍試驗20min后，將試片水洗干凈，吹干待測。試驗后將試片劃分成8個部分，然后測出1～8號方格中心部位鍍層的厚度δ?～δg,根據(jù)式2計算分散能力：

 

式中，8;為2～8方格中任一選定的鍍層厚度;δ1為1號方格中的鍍層厚度。試驗結(jié)果見表4。

 

表4 霍爾槽法測量溶液的分散能力結(jié)果由表4可知，A型鍍液的平均分散能力為77.5%,B型鍍液的平均分散能力為92.4%,DE型鍍液的平均分散能力為67.1%。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，B型鍍液的分散能力。結(jié)合圖2所示不同鍍液獲得鍍層的厚度分布曲線，可以明顯看出，用B型鍍鋅配方電鍍后獲得的鍍層分布更加均勻，可以避免在實際生產(chǎn)中因尖端效應(yīng)所致的鍍層厚度分布不均勻現(xiàn)象。

 

圖2 不同鍍液獲得鍍層的厚度分布曲線3.3 覆蓋能力比較選取低碳鋼管，經(jīng)過鍍前處理后，在溫度20～30℃無攪拌狀態(tài)下，電流密度2A/dm2,用霍爾槽進(jìn)行電鍍試驗20min后，洗凈吹干后待測。試驗時，鋼管水平放置于鍍槽中間，內(nèi)孔正對陽極。內(nèi)孔法測覆蓋能力示意圖如圖3所示。試驗后將鋼管縱向切開，測量內(nèi)孔中鍍層的長度L,用其和內(nèi)孔徑D之比評定覆蓋能力，根據(jù)下式計算覆蓋能力：

 

式中，L是鋼管縱向切開后，內(nèi)孔中鍍層的長度，單位為mm;D是內(nèi)孔直徑，單位為mm。

 

圖3  內(nèi)孔法測覆蓋能力示意圖覆蓋能力試驗結(jié)果見表5,從表5中可以看出，B型添加劑的覆蓋能力最優(yōu)。

 

表5  覆蓋能力測試結(jié)果3.4 鍍層結(jié)合力比較1)鍍層結(jié)合力檢驗。選取銅試片，經(jīng)過鍍前處理后，在溫度20～30℃無攪拌狀態(tài)下，電流密度2A/dm2,用霍爾槽進(jìn)行電鍍試驗20min后，將試片水洗，吹干待測。按照WJ2550—2000《兵器產(chǎn)品金屬電鍍層通用規(guī)范》4.5.4條中"鍍層結(jié)合力檢驗方法中的彎曲法”進(jìn)行結(jié)合力檢驗，將試樣夾在臺鉗上，反復(fù)彎曲直至基體金屬斷裂，斷裂后觀察端口附近的鍍層情況(見圖4)。

 

圖4 彎曲試驗后試件外觀圖從圖4中可以看出，按照3種不同的鍍鋅工藝電鍍后的試樣經(jīng)彎曲檢驗后，其斷口長度95%的鍍層均未出現(xiàn)起皮、脫落的現(xiàn)象，均符合要求。2)鍍層脆性檢驗。鋅是一種脆性較大的金屬，鍍鋅層一般都具有一定的脆性。用碳鋼鋼板按照鍍鋅工藝流程鍍鋅，使鍍層厚度大于20μm,用彎曲法檢驗鍍鋅層脆性，將試片彎曲180°直到斷裂，檢查斷裂處鍍層狀況，經(jīng)檢測。當(dāng)鍍層≥25μm時，A、B型鍍鋅工藝鍍層沒有出現(xiàn)鍍層脫落現(xiàn)象，DE型鍍鋅工藝斷口鍍層脫落。工藝表明，A、B型鍍鋅工藝鍍鋅層的脆性較小，DE鍍鋅工藝鍍層脆性大。鍍鋅層脆性檢驗結(jié)果見表6。

 

表6  鍍鋅層脆性檢驗結(jié)果

結(jié) 語

通過上述研究可以得出如下結(jié)論。1)兩種新型添加劑與傳統(tǒng)添加劑相比，電流密度范圍、分散能力、覆蓋能力均不同程度有提高，其中B型添加劑鍍液具有更寬的電流密度范圍，是DE型添加劑的2.5倍;分散能力、覆蓋能力分別提升25.3%和500%,能適應(yīng)形狀復(fù)雜的零件電鍍，有利于提高工件表面鍍層的整體質(zhì)量。2)在鍍層厚度較小時添加劑對鍍層結(jié)合力和鍍層脆性的影響較小，但在鍍層超過25μm時，采用傳統(tǒng)添加劑獲得的鍍層脆性明顯增大，不能適應(yīng)鍍層厚度要求高的零件電鍍，采用新型B型添加劑可完全避免該類問題的發(fā)生。3)本文系統(tǒng)性詳細(xì)地通過霍爾槽試驗的方法測定了鍍液各項性能，為今后的添加劑選擇試驗奠定。

以上便是新型添加劑堿性鋅酸鹽鍍鋅工藝研究，通過具體的詳情講解，相信大家對其進(jìn)行了大致的了解，以上內(nèi)容希望能幫助到大家。文章來源：《新技術(shù)新工藝》作者單位：山西北方機械制造有限責(zé)任公司。


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