電鍍鋅鎳合金生產(chǎn)故障處理

胡素榮，唐作琴，吳志勇

（中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，四川 綿陽(yáng) 621900）

近年來(lái)，鋅鎳合金鍍層作為高性能防護(hù)鍍層得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。含鎳量為13 %左右的鍍層耐腐蝕性是純鋅鍍層的 5～8 倍［1］，是一種較為理想的替代氰化鍍鋅層的鍍層。鋅鎳合金電鍍存在的主要問(wèn)題是鍍液體系的適應(yīng)性問(wèn)題，生產(chǎn)不同形狀零件時(shí)鍍層的鎳含量難以控制在最佳范圍，鈍化膜層顏色不穩(wěn)定。本文就鋅鎳合金電鍍半球形殼體時(shí)出現(xiàn)中電流密度區(qū)鍍層發(fā)霧，鈍化膜層顏色暗淡的故障進(jìn)行了分析。通過(guò)降低各成分濃度，調(diào)整鋅離子和鎳離子的濃度比，適量添加光亮劑的措施排除了故障，得到了含鎳量約13.7%的鍍層。該故障分析為同行在鋅鎳合金電鍍中提供一定的借鑒意義。

1 故障現(xiàn)象

半球形殼體電鍍鋅鎳合金時(shí)，高電流密度區(qū)和低電流密度區(qū)鍍層質(zhì)量較好，鈍化膜層顏色鮮艷飽滿，而中電流密度區(qū)鍍層發(fā)霧，鈍化膜層顏色暗淡。

2 故障分析及處理

2.1 槽液及鈍化液分析

對(duì)電鍍槽液主要成分、鈍化液成分及鍍層的鎳含量進(jìn)行了分析，分析結(jié)果與工藝范圍的對(duì)比結(jié)果如表1、2 所示。鍍層鎳含量為13.0%。從槽液和鈍化液分析結(jié)果看，各成分含量均在工藝范圍內(nèi)，且鍍層鎳含量較合適。

表1 槽液成分及工藝范圍Tab.1 Bath composition and process range

表2 鈍化液成分及工藝范圍Tab.2 Composition and process range of passivation solution

2.2 故障排除參考依據(jù)

由于使用的商品鍍液，試劑廠家提供了部分故障處理措施，如表3。在本次故障分析實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)現(xiàn)象對(duì)照調(diào)整槽液。

表3 故障排除參考Tab.3 Reference for troubleshooting

2.3 赫爾槽實(shí)驗(yàn)分析

對(duì)照工藝說(shuō)明中的故障及處理措施，由于槽液及鈍化液成分含量均在工藝范圍，考慮添加劑含量的問(wèn)題，對(duì)添加劑的加入量進(jìn)行了赫爾槽實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用250 mL 赫爾槽，電流1.0 A，溫度30 ℃，溶液的攪拌采用磁力攪拌。實(shí)驗(yàn)記錄如表4。從表4 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，實(shí)驗(yàn)1 中加入0.1 mL 光亮劑和1.0 mL 絡(luò)合劑能明顯改善鍍層的光亮性，但低電流密度區(qū)發(fā)霧狀況仍然存在，在實(shí)驗(yàn)1 的基礎(chǔ)上增加光亮劑，如實(shí)驗(yàn)2，鍍層狀況較實(shí)驗(yàn)1 沒(méi)有改善反而惡化。保持0.1 mL 光亮劑的加入量，增加絡(luò)合劑，如實(shí)驗(yàn)3，鍍層狀況惡化；減少絡(luò)合劑，如實(shí)驗(yàn)4，鍍層狀況較實(shí)驗(yàn)1 稍有改善，說(shuō)明0.5 mL 絡(luò)合劑更合適。在實(shí)驗(yàn)4 的基礎(chǔ)上逐漸增加光亮劑的加入量，加入0.2 mL 光亮劑時(shí)，鍍層狀況最好，再增加沒(méi)有明顯改善，當(dāng)增加到0.5 mL 光亮劑時(shí)，仍然沒(méi)有改善低電流密度區(qū)鍍層發(fā)霧的狀況。

表4 赫爾槽實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Results of Hull cell test

取生產(chǎn)槽液5.0 L，按實(shí)驗(yàn)5 的光亮劑和絡(luò)合劑的加入量添加光亮劑4.0 mL，絡(luò)合劑10 mL。掛鍍實(shí)驗(yàn)0.5 h，鍍層有較多針孔，說(shuō)明加入添加劑沒(méi)有改善鍍層狀況。

2.4 離子濃度調(diào)整實(shí)驗(yàn)

添加劑的調(diào)整沒(méi)有改善鍍層狀況，由于鍍液及鈍化液成分均在工藝范圍內(nèi)且濃度偏上限，并且要得到鎳含量13.0%左右的合金鍍層，必須嚴(yán)格控制鍍液中鋅鎳離子的濃度及兩者的比值［2］，因此考慮離子濃度過(guò)高或比例不合適。取大槽溶液4.75 L，稀釋至5.00 L，分析槽液成分：Zn2+濃度7.4 g·L-1，Ni2+濃度 0.75 g·L-1，NaOH 濃度 116.3 g·L-1。通過(guò)添加鎳添加劑調(diào)整槽液鎳離子濃度，其他組分濃度不變，進(jìn)行赫爾槽實(shí)驗(yàn)和掛鍍實(shí)驗(yàn)，赫爾槽實(shí)驗(yàn)條件為：250 mL 赫爾槽，電流1.0 A，溫度30 ℃，磁力攪拌。掛鍍實(shí)驗(yàn)條件為：電流密度2.0 A·dm-2，溫度30 ℃，磁力攪拌。鈍化條件為：溫度45 ℃，pH 1.6，時(shí)間50 s，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5 所示。實(shí)驗(yàn)1 表明，各組分濃度降低可以明顯改善鍍層質(zhì)量；實(shí)驗(yàn)1～3 表明Zn2+濃度/Ni2+濃度在8.0～9.9 時(shí)鍍層狀況均較好，鍍層鎳含量也基本穩(wěn)定且處于較好的狀態(tài)。

表5 不同Zn2+/Ni2+濃度比的赫爾槽實(shí)驗(yàn)和掛鍍實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Results of Hull cell test and hanging plating test with different Zn2+/Ni2+concentration ratio

2.5 生產(chǎn)槽液的調(diào)整

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果判定故障原因是各組分濃度過(guò)高，對(duì)生產(chǎn)線槽液進(jìn)行電解雖然可以降低Zn2+濃度，但是效率低，浪費(fèi)資源。先抽取部分槽液暫存，補(bǔ)充純凈水到液標(biāo)，分析各組分濃度：Zn2+濃度7.9 g·L-1，Ni2+濃度 0.82 g·L-1，NaOH 濃度 115.6 g·L-1，Zn2+濃度/Ni2+濃度為9.6。進(jìn)行殼體實(shí)驗(yàn)件電鍍，故障現(xiàn)象仍存在，考慮可能各組分濃度仍過(guò)高，取5.0 L 溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。邊稀釋槽液邊分析Zn2+濃度，當(dāng)Zn2+濃度降低到7.4 g·L-1時(shí)，分析Ni2+濃度為0.78 g·L-1，NaOH濃度108.4 g·L-1。在此濃度條件下進(jìn)行掛鍍實(shí)驗(yàn)，鍍層質(zhì)量較好，鈍化膜層顏色正常，色澤鮮亮。

對(duì)生產(chǎn)線采用稀釋的方法進(jìn)行處理。先取槽液5.0 L，按計(jì)算量稀釋，添加鍍鎳添加劑，稀釋調(diào)整后的槽液濃度：Zn2+濃度 7.4 g·L-1，Ni2+濃度 0.83 g·L-1，NaOH 濃度106.6 g·L-1。對(duì)此槽液先進(jìn)行赫爾槽實(shí)驗(yàn)，鍍層光亮度欠佳，按0.3 mL·L-1加入光亮劑后，鍍層狀況良好。補(bǔ)充光亮劑后進(jìn)行掛鍍實(shí)驗(yàn)，鍍層質(zhì)量較好。對(duì)生產(chǎn)線槽液進(jìn)行稀釋調(diào)整，調(diào)整后槽液中 Zn2+和 Ni2+濃度不變，NaOH 濃度降到 106.1 g·L-1。按0.3 ml·L-1加入光亮劑后電解1.0 h，進(jìn)行殼體實(shí)驗(yàn)件電鍍，故障現(xiàn)象消除。

在后續(xù)的生產(chǎn)中，每周分析槽液成分，赫爾槽實(shí)驗(yàn)判斷添加劑的補(bǔ)充量，并進(jìn)行鍍層鎳含量的監(jiān)測(cè)。槽液成分穩(wěn)定可控，添加劑加入量滿足鍍層質(zhì)量要求，鍍層鎳含量保持在13.7%左右。

3 結(jié)論

半球形殼體電鍍鋅鎳合金時(shí)，中電流密度區(qū)鍍層發(fā)霧，鈍化膜層顏色暗淡的故障原因是槽液各組分含量過(guò)高。因此在槽液調(diào)整的時(shí)候，先調(diào)整Zn2+濃度至 7.0 g·L-1左右，再根據(jù) Zn2+濃度/Ni2+濃度的比值調(diào)整Ni2+濃度，同時(shí)保證NaOH 濃度在105.0～110.0 g·L-1之間。對(duì)槽液勤分析，避免各組分濃度變化過(guò)大，同時(shí)多進(jìn)行赫爾槽實(shí)驗(yàn)、調(diào)整添加劑的加入量、維持槽液穩(wěn)定，這是保證鍍層質(zhì)量的有力措施。