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铰链机械镀锌的生产工艺

1    前言
        一般用在门窗的连接上,其使用环境多在城市和农村的室内或室外,室外铰链的表面处理以防腐性能为主,多用于车库、仓库等门窗的连接,且近几年来的出口量在逐渐增大。采用电镀锌已不能满足这一要求,而采用Dacromet技术也因Cr6+的析出很难被人们广泛认可。生产实践证明,机械镀锌是铰链达到防腐要求的最佳选择。但是,铰链的形状和大小不一,在长度方向有的长1~2英寸,有的长达8~10英寸;在形状上有的近似为矩形,有的近似为三角形;铰链又多为薄板件,且在边棱和边角处存在刃口。所有这些因素均不利于得到均匀的镀层。机械镀锌工艺在铰链表面防腐的应用早在几年前已经开始,本文在生产实践的基础上分析了铰链的机械镀锌工艺特点,对生产中存在的问题进行了分析并提出了解决的办法。
2    铰链机械镀锌工艺
2.1    前处理工艺
        前处理主要是:脱脂(除油)->除锈->毛化。
        脱脂可采用热碱法、电解法、高温氧化法,然后用清水冲洗到pH值为6~7。需要注意的是:铰链一般由冷轧薄板冲压而成,表面不可避免地存在蜡,所以最好选用高温氧化法脱脂。例如,可采用电炉加热或其它设备加热的方法将铰链表面氧化,进而脱脂。
        除锈可采用工业稀盐酸+硫酸+缓蚀剂除锈,处理完毕经清水稍微冲洗后即可加入镀锌机滚桶。
        毛化的主要目的是增加镀锌层和基体之间的结合强度。铰链表面非常光滑,这并非是好事,容易造成镀层较难形成或漏镀。最好在酸洗除锈后将铰链放入六角滚筒或振动抛光机中进行表面毛化处理。有的铰链在角棱处存在尖角,在施镀前也应该进行打磨处理,消除尖角。
2.2    机械镀锌工艺流程和工艺规范
2.2.1    工艺流程
        以某一规格(8英寸)的仓库大门用丁字铰链为例,待镀铰链重约4kg,选用镀锌设备为30公斤级机械镀锌机,滚桶转动线速度为50~60m/min。机械镀锌工艺采用少锡盐沉积工艺,与锡盐沉积工艺相比前者具有以下优势:无预镀铜处理,沉积环境稳定,沉积过程稳定,镀层致密,结合强度高。铰链机械镀锌工艺流程如下:
        加料(铰链+水+玻璃珠+H2SO4)->建立基层[加入(锌粉+含无机盐的电解质溶液Ps)]->加入活化剂A液y镀层增厚[循环加入(锌粉+活化剂B液)]->水抛光(加入水+少量Ps)->卸料->分离->后处理
2.2.2    工艺规范
        (1)加料:将前处理完毕的铰链加入到镀锌机镀桶中。然后装入玻璃丸(玻璃丸规格:h3mm~4mm为主,加入量需覆盖铰链),加入适量的水(自来水或中和处理后的镀锌排放水)和硫酸,调整镀桶内pH值为1~2,以保证镀桶内的弱酸性施镀环境。玻璃珠的作用致使镀锌层致密化,诱发锌粉颗粒发生变形。
        (2)建立基层:加入锌粉和Ps(含无机盐的电解质溶液),在酸性环境中金属锌和Ps及金属基体铁(铰链)之间发生一系列物理化学反应,在清洁的基体(铰链)表面上形成薄薄一层锌)锡合金层,为后续的镀层增厚做好准备。Ps的加入量要适当,过高,导致所建立的基层厚度不均匀、表面粗糙、进而降低镀锌层和基体之间的结合强度;过低,基层建立不完全,造成漏镀。
        (3)活化剂A液的加入量:A液是由非离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂复合而成的保持性活化剂,能使基体表面与溶液中的锌粉始终保持相反的电位,可以造成锌粉在数秒钟内以藻团状在基体表面上形成松散的吸附。A液加入过多,锌粉分散强度大,吸附、沉积过程缓慢,但镀层致密;反之,锌粉分散强度小,吸附、沉积过程加快,镀层松散。
        (4)活化剂B液的加入量:铰链镀层厚度要求为30~40Lm,加料3~4次(每次镀层增厚8~10Lm),整个镀锌过程需要约30min,每次循环加入锌粉和B液。B液是由非锡类金属盐与无机酸式氨盐复合成的沉积性活化剂,其中的金属盐分解出金属离子与锌粉会发生化学反应,其主要作用是使基体表面的镀锌层循环增厚。其加入量的多少会影响到镀锌层形成的快慢和镀层的致密性。
        (5)水抛光:当镀层增厚完成后,镀层的表面比较粗糙,颜色呈暗灰色,并且镀桶中有少量的浮锌存在,加入水和少量的Ps,转动滚桶4~5min,使极少量的浮锌沉积到镀层表面,增加镀层表面的平滑度和光泽度。卸料时转动滚桶,调整滚桶轴线角度,铰链滑出滚桶,然后及时将铰链和玻璃珠分离。铰链和玻璃珠的分离可采取2种方法:①是利用振动筛凭借冲洗水将玻璃珠和铰链分离;②是采用磁力分离装置将铰链和玻璃珠分离。此处的机械镀锌工艺采用前者,人工将铰链和玻璃珠分离。分离后玻璃珠可以循环利用。
2.3    后处理工艺
        铰链机械镀锌后一般不进行钝化或染色处理,只需经烘干处理即可,烘烤温度可选100~150℃,时间40~60min。烘干的主要目的是:去除铰链表面水分,避免铰链表面留下斑痕(玻璃珠和铰链表面接触处水分未及时干燥而引起)而影响镀层外观。
2.4    废液处理
        机械镀锌的废液主要是锌离子超标和水溶液酸度过高,采用碱或石灰中和、沉淀的办法可达到2级排放标准。为了节约水资源,进一步降低镀锌成本,在水处理过程中适当减少碱或石灰的使用量,使废水处理后呈弱酸性,循环使用。工厂的实践结果表明,机械镀锌废液经此种方法处理后比洁净的自来水更适于机械镀锌。
3    铰链机械镀锌镀层质量研究
3.1    镀层的外观质量
        镀层呈均匀的半光亮银灰色,颜色与国外样品相比稍暗,但镀层的光滑度明显提高;镀层表面不存在露底现象,有的铰链表面上有轻微的划痕,但影响不大;镀层无起皮,无夹杂,无结瘤及其它影响镀层外观和性能的缺陷。
3.2    镀层的孔隙率分析
        采用贴滤纸法检验镀层的孔隙率,检测试液的组成为:铁氰化钾10g/L,氯化钠20g/L。用酒精将铰链表面多次擦洗,经蒸馏水清洗后用新鲜滤纸吸干。将洁净的剪成一定尺寸的滤纸浸入试液中,然后将浸润试液的滤纸紧贴在被测表面上,滤纸和被测表面之间不得有气泡残留。5min后揭下滤纸,用蒸馏水小心冲洗,贴于干净玻璃板上晾干。计算蓝色斑点的数目。孔隙率=n/S(个/cm2),其中n为蓝色斑点的个数;S为受检的表面面积(cm2)。在镀层表面反复检验多次,没有发现蓝色斑点,即孔隙率为零。说明铰链机械镀锌层具有足够高的致密性。
3.3    镀层的厚度
        镀层的厚度基本均匀,但边缘部位镀层稍厚,中间部位镀层稍薄,有效表面的镀锌层厚度都达到了标准要求。机械镀锌的特点决定了其镀层厚度存在不均匀性,在工件的边角、刃口、内孔和凹槽等区域,镀层厚度较薄,这些区域上的镀锌层厚度允许低于标准的要求。
3.4    镀层的耐腐蚀性能
        试验结果表明,铰链机械镀锌的耐盐雾腐蚀性能达到了相关标准的要求。
4    铰链机械镀锌存在的问题及解决方法
4.1    存在的问题
        以上的分析表明:铰链采用机械镀锌可以获得满意厚度的镀锌层,能满足室外防腐的要求,且生产率高,如采用JDX100系列镀锌机每40~50min可加工100kg。但是,在实际生产中小尺寸的铰链机械镀锌质量容易控制,而大尺寸铰链在电镀过程中,有时会出现一些质量缺陷。主要的缺陷是镀层疏松或镀层表面划痕较多造成露底,两者都严重影响镀件的耐腐蚀性能和外观。由于铰链材质是表面光滑的钢板,故对锌粉的沉积不利,只有当镀液与工件之间具有较高的冲击力,工件表面才能得到致密的镀层。但是如果镀桶转速偏高,则铰链上的边角、尖棱又会损伤镀层,从而产生上述矛盾现象。
        上述缺陷产生的原因还会受到镀液pH值大小、各活化剂的加入量、加料强度、施镀时间、镀桶摆动角度等的影响,这里不再重复。
4.2    解决方法
        综合各有关影响因素,解决铰链机械镀锌所出现问题的合理方法是:
        (1)镀桶采用高、中高、中的转速变化机制,在基层建立时高,增厚时中高,镀最外层和滚光时中速。具体的转速应根据铰链的尺寸大小确定。将铰链表面、边角打磨,减轻对镀层的划伤。
        (2)增加玻璃珠的加入量,尽量将铰链覆盖,缓和铰链之间的划擦、冲击。检查玻璃珠的使用情况,及时清除玻璃珠中的锌片和破碎玻璃珠。
        (3)镀小尺寸铰链时,应充分考虑铰链三个侧边的面积,计算出正确的待镀表面积,以确保各物料的正确加入量。
        (4)严格控制前处理质量,确保油、蜡除尽,保证镀件表面具有较强的吸附活性。各种活化剂的存取器皿要严格分开,确保不受污染。
        (5)强化时,Ps的加入量应严格控制,宁少勿多;强化时间要充足,铰链的分离、冲洗、干燥要及时,彻底。
5    结论
        铰链机械镀锌经过30kg级设备试验及100kg级生产设备小批量调试,可以加工出满足质量要求的机械镀锌铰链。说明了只要严格控制铰链的前处理质量,适当调整机械镀锌的工艺参数,是完全可以得到高质量的机械镀锌镀层的。至今,该工艺在实际生产中已稳定运行3年。


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