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电镀锌及合金磷化后处理工艺在军事装备工业上应用

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来源:admin    发布日期:2020-01-02

  重庆立道科技有限公司镀锌层是一种应用最为广泛的功能防护性镀层,对钢铁基体具有优良的防护作用,未经钝化处理的镀 锌层在使用环境中化学稳定性不高,经过钝化处理后的镀锌层,不但表面形成化学稳定的钝化膜,还可获 得各种色彩,增加装饰效果。使用氰化物镀锌、铬酸盐钝化工艺,具有成本低廉,工艺简单成熟可靠,故 而在航空、电子和我国大部份军工企业得到了广泛的应用,但是随着环境保护法规的实施,该工艺的应用 已受到限制。随着清洁生产形势的发展,这些工艺将被淘汰。 在武器装备零部件生产中,一些零部件不但要求高的防腐性能,还要求镀层具备防炫光性、有一定的 润滑性等特殊要求,若用钝化处理工艺(Cr6+或Cr弘钝化)钝化膜不能达到这些特殊性能要求,为了满足零件 表面有润滑性要求时,通常采用铁基直接磷化,结果防腐性能只能达到短期储存,对于需进行数年储存军 品装备的要求极不适宜,为了满足军品储存及防腐性能要求,采用对电镀锌及其合金层进行磷化处理,其 磷化膜外观呈银灰色,色泽柔和,膜层具有一定的防炫光性、润滑性,镀锌磷化膜耐蚀好,盐水浸泡大于 300小时,对在严酷环境条件使用的零件,还可以在镀锌磷化膜表面涂覆其他有机涂层,镀锌磷化膜与有 机涂层的结合力大于钝化膜处理工艺,同时也进一步提高了耐蚀性能,满足武器装备长期存储的需求。镀 锌磷化工艺的生产成本比铬酸盐钝化低很多,并且不排放六价铬、三价铬等有害物质,满足清洁生产要求 ,为此我们对电镀锌及其锌合金镀层的磷化工艺应用进行了探索。 1电镀锌及锌合金镀层磷化 1.1磷化工艺流程 电镀锌及锌合金-+水洗-+水洗_表面调整.+水洗_磷化_水洗一水洗_+后处理 1.2表调整处理 表调是镀锌磷化不可缺少的重要工序,采用碱性(pl-[--'9.O~9.5、镀锌专用表调剂,基本不溶解电镀锌 层,表调后能加快磷化成膜速度。通用钢铁件表调剂用于镀锌层磷化将出现发花,磷化膜不完整。 i.3磷化液 1.3.1磷化液体系 由于锌比铁活泼,如果将用于普通钢板的磷化液直接用于镀锌层,就会造成钢板镀锌层的过量腐蚀, 磷化膜性能较差。因此,必需要研究专门应用于镀锌层的磷化剂,镀锌层磷化必须采用“锌系磷化液”才 能形成磷化膜,采用合金磷化和厚膜磷化液形成的磷化膜疏松,附着力差、耐蚀性能也极差。 1-3.2温度 磷化液应在室温下操作,磷化时间3一-.5分钟,提高温度能加快磷化反应速度和成膜速度,同时也促 进磷酸二氢分解,磷化液沉淀增多。 276 1.4酸度的控制 1.4.1游离酸 磷化液的游离酸度控制,对磷化成膜及膜层的耐蚀性影响极大。游离酸过高,磷化液的稳定性与磷 化膜的成膜量都相应降低:成膜速度慢,磷化膜易发花、膜层薄,游离酸含量过低,成膜疏松,磷化膜附 着力下降,一般将游离酸控制在0.8-2.5最佳。 1.4.2总酸 总酸度的大小直接影响磷化膜的形成及耐蚀性,提高总酸度有助于加速磷化反应,使膜层薄而细致均 匀,成膜离子浓度高,有助于成膜,但太高时,膜层薄,影响抗蚀性:总酸度低时成膜速度慢,膜粗糙且薄, 耐蚀性低,外观也较差,生产中应适时将总酸度调整到工艺范围。一般总酸控制在20"-50点,游离酸与总 酸的酸比控制在1:10~15。 t.5清洗 磷化后的清洗至关重要,由于磷化膜多孔,容易吸附盐类,如果表面的金属盐清洗不净,残留渗入膜 孔中,便会影响磷化膜的耐蚀性能。 1.6磷化后处理 镀锌工件经上述的磷化液磷化处理后,表面有针状的磷酸锌晶体形成,使得晶体之间存在无法消除的 残余孔隙,从而影响了膜层的耐蚀性能,为减少膜层孔隙率与提高磷化膜的耐蚀性,磷化后的镀锌工件应 进行钝化封闭处理,使残余孔隙被填补,从而提高磷化膜的防护性。 根据零部件的用途及性能要求,通常磷化膜后处理采用铬酸盐封闭、机油封闭,需要进一步提高外观装 饰性和耐蚀性能的可涂装电泳漆、烤漆。 目前水性聚合物封闭剂的使用越来越广泛,能在金属镀层表面聚合形成一层不溶于水、酸、碱的坚固 皮膜,具有防温、防潮、防酸、防碱的性能,具有极强的抗盐雾能力,选择水溶性封闭剂时应注意它的PH 值,用于磷化膜的封闭剂PH应控制在6.5~9.5,否则效果适得其反。 277 1.7性能检测 模拟零件使用环境,用蒸馏水配制人造海水溶液: NaCl 26 MgCl26g/L, KCl lg/L, CaCl2 1g/L, pH=6.5.-一7.2,定容至1升。 锌酸盐碱性镀锌零件磷化处理后。进行人造海水盐水浸泡试验达360小时,在海洋气候环境下使用的 零部件,采用该工艺体系抗蚀性能明显提高。 2电镀工艺对磷化质量的影响 防腐镀层常采用电镀锌和电镀锌铁合金以及锌镍合金,在军事工业上常使用碱性镀锌后磷化的工艺, 也有采用电镀锌铁和锌镍合金后再磷化的。镀锌工艺成熟操作易控制,进行磷化处理后磷化膜外观一致。 锌合金镀层耐蚀性能优良,镀液维护控制较复杂,生产过程中对镀层合金含量的控制是否在最佳范围,将 直接影响磷化膜成膜质量。 2.1锌合金镀层的磷化 锌一镍合金抗蚀性能虽好,但镀液控制调整复杂。运行成本较高,限制了其广泛大量使用。在实际生 产应用中主要使用镀锌铁合金。 锌铁合金电镀层不仅防护性能优于普通镀锌与热浸镀锌,镀层含铁控制在0.2~0.8%的锌铁合金具有 良好的焊接加工性、抗蠕变性、易磷化性,其抗蚀性为纯锌层3-5倍。锌铁合金镀层进行磷化处理后,能 获得一层稳定的保护膜,可抑制其表面活性,提高涂层与基体镀层的结合力,是钢铁涂装的最佳选择。 .锌铁合金镀层进行磷化时,镀层铁含量在O.4~O.6%时,镀层易磷化,磷化膜外观均匀一致,耐蚀性 能最高,若镀层铁含量>1%,磷化后该区域磷化膜易出现发黑现象,影响磷化膜外观质量,为了保证零件镀 层中合金含量在最佳范围内,我们应根据生产的零部件选择锌铁合金的工艺体系。 锌铁合金的工艺体系有碱性和弱酸性两大类,他们各有优缺点,酸性体系镀层添加剂夹杂量多,镀液 分散能力差,造成镀层高低电区厚度差大,磷化处理后低I三区镀层厚度更薄,防护能力下降,镀层铁含量 随电流密度同比增加较多,用于形状结构复杂零件,由于零件表面电流分布差异过大,造成高低电流区镀 层中合金含量超出最佳范围,在实际生产过程中也反映出电流密度范围窄的缺陷,平均电流密度大于2A/dm2, 工件出槽时外观很光亮,但磷化后高电流密度区磷化膜发黑。碱性体系电流效率低,镀液温度控制范围窄, 但镀液分散能力好,镀层中铁含量分布均匀,磷化膜外观均匀,对于形状简单零件采用碱性锌铁合金镀层 工艺进行镀后磷化处理。 镀层古铁0 d%磷化i的外观纯锌磷化后的外观 镀层含铁1蜥加荆过量l倍磷化后的外观 22镀锌层的磷化 目前国内外镀锌主要分为氰化物镀锌、碱性锌酸盐镀锌和氯化物镀锌三大类,氰化物镀锌不符合环 保要求,氯化物酸性体系镀层光亮度好,电流效率高的优点,但分散能力差,造成镀层高低电区厚度分布 不均,镀层夹杂添加剂较多,在长期储存时出现霉斑和变色,而碱性锌酸盐镀锌不含氰化物,锌金属诹度 低,有利于三废治理,目前碱性镀锌添加剂不使用脆性大寿命短的醛类物作光亮剂,具有高分散能力,镀 层高电流区(6A/din2)与低电流区(IA/dm2)的镀层厚度比为1.2~1 4.一般碱性镀锌工艺为2.0~3 镀层高柔软、脆性小,镀层厚度20pm在2下恒温1小时后.立即浸^冷水中镀层无起泡现象出现.除 此之外相比其他镀锌体系,碱性锌酸盐镀锌在运行成本、设备寿命等方面具有明显优势。由于碱性锌酸盐 镀锌工艺无需控制合金含量,适合于形状复杂零部件镀后磷化处理。 3结论: 六价铬处理锌及其台金工艺在工业上应用已有几十年的历史,随着环境保护法规的实施,使用将受 到严格限制,根据武器装备零部件的特殊要求,采用电镀锌及其合金的磷化后处理工艺,完全能够满足武 器装备在环境复杂条件下的储存和使用要求,这样的工艺生产具有成本低,排污量比传统工艺减少根多, 具有明显的环境影响的优势.满足了清洁生产的要求。

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