解決細(xì)紗機(jī)控制羅拉特殊紡紗環(huán)境中銹蝕問(wèn)題

劉海軍，成慶紅，趙庭杰

(經(jīng)緯智能紡織機(jī)械有限公司，山西 晉中 030601)

0 引言

根據(jù)江蘇某客戶反饋集聚紡控制羅拉在紡制天絲(酸性條件)等化纖時(shí)，使用2～3個(gè)月會(huì)批量出現(xiàn)大面積生銹問(wèn)題。通過(guò)提高鍍層厚度和間斷給電等工藝改進(jìn)后，生銹問(wèn)題得到一定程度的改善，但在使用1年后仍有個(gè)別產(chǎn)品因?yàn)殇P蝕被退回。

1 集聚紡控制羅拉腐蝕形成機(jī)理

羅拉鉻鍍層作為陰極性鍍層，其電位比鋼基體電位正，在使用過(guò)程中，基體、鉻鍍層和腐蝕介質(zhì)會(huì)形成與原電池相似的“腐蝕電池”。腐蝕過(guò)程中，基體作為陽(yáng)極先被腐蝕，如果鍍層不完整會(huì)加速基體的腐蝕，只有當(dāng)鍍層致密、完整，才能隔離腐蝕介質(zhì)起到機(jī)械保護(hù)作用，而沒(méi)有電化學(xué)保護(hù)作用。羅拉腐蝕失效不單與鍍層完整性相關(guān)，如果是單純的“腐蝕電池”，僅僅是在鍍層上形成“相對(duì)獨(dú)立的浮銹”，不會(huì)造成鍍層因大面積銹蝕、崩落而失效[1-2]。

由于羅拉在快速鍍鉻工藝時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量微裂紋(約400條/cm)，同時(shí)鍍層硬度高(850 HV0.025～950 HV0.025)，這兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)直接影響鍍層的應(yīng)力和脆性。鍍層斷面金相檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)鍍層硬度偏高和裂紋偏多時(shí)，會(huì)明顯造成鍍層崩掉、剝落等問(wèn)題。在“腐蝕電池”形成后，由于鍍層應(yīng)力和裂紋等原因，在持續(xù)的表面拉應(yīng)力和“腐蝕電池”的聯(lián)合作用下會(huì)加速鍍層崩落，引起大面積剝落。因此，電化學(xué)腐蝕是起因，應(yīng)力腐蝕是加速條件，鍍層應(yīng)力是影響腐蝕失效的關(guān)鍵因素，鍍層裂紋和硬度最直接的表現(xiàn)是在鍍層應(yīng)力上。

2 鍍層特性及指標(biāo)

a) 鍍層厚度不小于10 μm。提高鍍層厚度是降低孔隙率以及通裂紋的有效手段。

b) 鍍層孔隙率不大于 6個(gè)/cm2。每個(gè)孔隙代表著基體與外界的1條通道，降低孔隙率，杜絕腐蝕基本來(lái)源。

c) 鍍層硬度為700 HV0.025～800 HV0.025。高硬度意味著高應(yīng)力，進(jìn)而增加鉻鍍層出現(xiàn)裂紋的傾向，但同時(shí)要兼顧耐磨性要求，保證其具有一定硬度。

d) 鍍層裂紋數(shù)不大于50條/cm。裂紋伴隨應(yīng)力而產(chǎn)生，控制裂紋數(shù)是防止鍍層崩落的關(guān)鍵。

3 確定電鍍工藝方案

根據(jù)鍍層關(guān)鍵質(zhì)量特性及指標(biāo)要求，首先應(yīng)確定電鍍工藝方向，是采用標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻(溶液)工藝，還是采用快速鍍鉻工藝，需要實(shí)際進(jìn)行工藝試驗(yàn)并經(jīng)過(guò)關(guān)鍵性能指標(biāo)檢測(cè)分析后確定。為此，我們同時(shí)對(duì)這兩種工藝進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻工藝

采用標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻工藝(配制普通鍍鉻溶液，不含其他添加劑)，其羅拉鍍層性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 羅拉鍍層性能檢測(cè)結(jié)果

圖1 羅拉腐蝕后表面裂紋

圖2 羅拉斷面鍍層裂紋

從表1測(cè)試結(jié)果可以看出，用標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻工藝時(shí)，鍍層孔隙率和表面微裂紋明顯改善，鍍層硬度低，其脆性也明顯改善，但效率偏低。

3.2 KR快速鍍鉻工藝

采用KR快速鍍鉻工藝(羅拉電鍍自動(dòng)線)，其羅拉鍍層性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 羅拉鍍層性能檢測(cè)結(jié)果

圖3 羅拉表面網(wǎng)狀裂紋

從表2可看出，用KR快速鍍鉻工藝時(shí)，通過(guò)雙層鍍鉻工藝(乳白鉻+硬鉻)可提高鍍層厚度，孔隙率明顯降低；鍍層硬度較高，有明顯網(wǎng)狀裂紋。

3.3 工藝對(duì)比

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻工藝和KR快速鍍鉻工藝的對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：① 由于標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻工藝中無(wú)鍍鉻添加劑，其鍍層沉積速度變慢，鍍層結(jié)晶更加細(xì)致，硬度和裂紋下降，但生產(chǎn)效率降低；② 在KR快速鍍鉻工藝下，無(wú)論怎樣調(diào)整溫度和電流密度，其鍍層微裂紋數(shù)量始終約有400條/cm，硬度大于850 HV0.025，均無(wú)法達(dá)到耐蝕性要求。

鑒于上述結(jié)果，要實(shí)現(xiàn)控制羅拉耐腐蝕鍍鉻工藝的開(kāi)發(fā)，必須走標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻工藝的方向。

4 標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻工藝

4.1 專(zhuān)用鍍鉻工裝的設(shè)計(jì)和制作

設(shè)計(jì)控制羅拉專(zhuān)用鍍鉻工裝，提高1次裝槽量及導(dǎo)電面積，提高生產(chǎn)效率，滿足槽液保溫需求。單掛數(shù)量由5節(jié)增加到11節(jié)，1次裝槽量由30節(jié)提高到44節(jié)，總電流由2500 A提高到3300 A以上，實(shí)現(xiàn)電鍍過(guò)程發(fā)熱而保溫。標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻羅拉專(zhuān)用鍍鉻工裝見(jiàn)圖4。

4.2 工藝試驗(yàn)

1次電鍍(先反鍍?cè)僬?完成后斷電30 s，再進(jìn)行2次電鍍(先反鍍?cè)僬?，增加小電流反鍍工序，可提高兩鍍層結(jié)合力，避免裂紋同位置持續(xù)生長(zhǎng)。具體工藝參數(shù)：Cr6+離子濃度為279.74 g/L，Cr3+離子濃度為1.63 g/L，SO42-離子濃度為3.50 g/L，單槽裝掛量為44節(jié)，總面積為96.8 dm2，鍍液溫度為65 ℃±1 ℃。雙層鍍鉻(乳白鉻+硬鉻)電鍍工藝參數(shù)見(jiàn)表3，鍍層性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻羅拉專(zhuān)用鍍鉻工裝

表3 雙層鍍鉻(乳白鉻+硬鉻)工藝方案

表4 雙層鍍鉻羅拉鍍層性能檢測(cè)結(jié)果

圖5 標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻工藝羅拉表面裂紋

4.3 耐蝕性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)

根據(jù)用戶退回羅拉腐蝕情況(見(jiàn)圖6)以及紡制天絲環(huán)境，公司前后組織5次針對(duì)快速鍍鉻工藝羅拉、標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻工藝羅拉在不同環(huán)境下耐蝕性能工藝試驗(yàn)，并新開(kāi)發(fā)酸性環(huán)境浸漬試驗(yàn)條件，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[3]進(jìn)行試驗(yàn)。

圖6 銹蝕羅拉

4.3.1 中性鹽霧試驗(yàn)(NSS)

圖7為標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻羅拉和KR快速鍍鉻羅拉中性鹽霧試驗(yàn)102 h后的結(jié)果。

1—標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻羅拉；2—KR快速鍍鉻羅拉。圖7 不同電鍍工藝羅拉中性鹽霧試驗(yàn)102 h示意

經(jīng)過(guò)中性鹽霧試驗(yàn)后擦拭，能明顯對(duì)比出因鍍層應(yīng)力引起的鍍層崩落，從而驗(yàn)證了標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻工藝中對(duì)鍍層硬度和裂紋數(shù)量控制的必要性。

4.3.2 酸性鹽霧試驗(yàn)

圖8為標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻羅拉和KR快速鍍鉻羅拉酸性鹽霧試驗(yàn)(AASS)72 h后的結(jié)果。

1—快速鍍鉻羅拉；2—KR標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻羅拉。圖8 不同電鍍工藝羅拉酸性鹽霧試驗(yàn)72 h示意

經(jīng)過(guò)酸性鹽霧試驗(yàn)后，KR快速鍍鉻工藝羅拉很快出現(xiàn)大面積生銹(約24 h)，且出現(xiàn)鍍層大面積崩落；試驗(yàn)進(jìn)行80 h后，標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻羅拉只出現(xiàn)部分點(diǎn)銹蝕。

4.3.3 酸性環(huán)境浸漬試驗(yàn)

為模擬紡制天絲時(shí)的酸性環(huán)境對(duì)羅拉的腐蝕過(guò)程，開(kāi)發(fā)了酸性環(huán)境浸漬試驗(yàn)。溶液配制為：5%氯化鈉，3%冰醋酸，其余為水；pH值控制為3.0～3.5。

圖9為標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻羅拉和KR快速鍍鉻羅拉酸性環(huán)境浸漬試驗(yàn)12 d后結(jié)果。

1—標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻羅拉； 2—KR快速鍍鉻羅拉。圖9 不同電鍍工藝羅拉酸性環(huán)境浸漬試驗(yàn)12 d示意

經(jīng)過(guò)酸性環(huán)境浸漬試驗(yàn)12 d后，KR快速鍍鉻羅拉出現(xiàn)大面積鍍層腐蝕崩落，標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻羅拉只出現(xiàn)部分點(diǎn)銹蝕。

4.3.4 耐蝕性對(duì)比試驗(yàn)結(jié)論

a) 標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻羅拉的耐蝕性能明顯優(yōu)于KR快速鍍鉻羅拉，尤其在酸性環(huán)境下，其耐蝕性能可提高5～7倍。

b) 鍍層高應(yīng)力引起的鍍層崩落是導(dǎo)致腐蝕失效的關(guān)鍵因素和加速腐蝕失效的條件，鍍層致密性是耐腐蝕的基礎(chǔ)和必要條件。工藝策劃前期，采用普通鍍鉻溶液，降低鍍層硬度(650 HV0.025～820 HV0.025)和鍍層孔隙率是必要的。

5 結(jié)語(yǔ)

5.1完成細(xì)紗機(jī)控制羅拉高耐腐蝕性鍍層新工藝的開(kāi)發(fā)，在酸性環(huán)境下其耐蝕性能可提高5～7倍。

5.2標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻工藝已納入正式工藝管理，根據(jù)不同用戶需求，將控制羅拉標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻工藝細(xì)化為厚、薄兩種工藝，進(jìn)行批量生產(chǎn)。

5.3標(biāo)準(zhǔn)雙層鍍鉻工藝鍍層耐腐蝕性能大幅提高，適用于特殊紡紗環(huán)境(酸性條件)中，而KR快速鍍鉻工藝適用普通紡紗環(huán)境。