學(xué)堂│電鍍基礎(chǔ)講座第十一講──鍍層的凸起不平整故障
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上一講討論的鍍層針孔麻點問題屬于凹下的不平整本講討論的則是鍍層凸起的不平整故障
鍍層的凸起不平整有的肉眼可見用手觸摸即有感覺有的則無明顯手感需用放大鏡仔細(xì)觀察才能辨別一般最好都用20倍以上的放大鏡仔細(xì)觀察這樣更易判準(zhǔn)現(xiàn)象與不平整程度便于分析其不同的產(chǎn)生原因找出相應(yīng)的解決辦法
1 基體表面不平整引發(fā)的問題
對于鍍鋅件除個別需求外一般鍍前都不會作磨拋處理而鍍鋅液一般又只求結(jié)晶細(xì)致光亮性好整平能力都不是很好故鍍鋅后的最終粗糙度取決于制件的原始狀況無銹蝕的冷軋板件冷拉絲材及經(jīng)過精加工的工件鍍后平整度較好熱軋板型材銹蝕較嚴(yán)重的工件經(jīng)酸洗去掉氧化皮與銹蝕產(chǎn)物后更會暴露出表面的坑點花斑等雖能鍍亮但無法獲得優(yōu)異的整平效果鍍硬鉻件也不能企求鍍鉻后比原來更光亮平整一般粗糙度會略有上升至今尚無鍍鉻光亮劑問世鍍鉻添加劑的作用無非在于適當(dāng)提高深鍍能力和陰極電流效率或產(chǎn)生微裂紋
對于裝飾性電鍍而言制件在鍍前多要進行磨拋處理一般高光冷軋薄件除外其最終光亮平整性取決于2個因素一是鍍前對基體磨拋所達(dá)到的效果二是一步法電鍍液的光亮整平效果鍍前視基體情況經(jīng)粗砂細(xì)砂油砂磨光再經(jīng)軟布輪麻輪拋光過的殘留砂路很細(xì)微時有可能獲得高光亮高整平的外觀局部磨拋件的未磨拋部分基本保持原始的較粗糙的外觀鍍前處理流程設(shè)計不當(dāng)對磨拋部分外觀又有所損傷例如不少低檔電鍍廠點對制件不先作強腐蝕除銹而直接磨拋除油后在活化槽中用強酸兼作未磨拋部分的腐蝕除銹則已磨拋部分產(chǎn)生過腐蝕而表面被粗化且殘留掛灰若清洗后直接鍍不但磨拋部分效果大打折扣而且存在基體滲氫的危險一步法電鍍時因光亮性電鍍自身維護不良或?qū)χ萍筮_(dá)鏡面光亮?xí)r若一步法達(dá)不到要求則還不得不對制件鍍較厚亮銅后再對銅層作拋光處理除油后再鍍亮鎳等加工單價高的汽車鋁輪轂保險杠摩托車大型護泥板消聲筒等就需要拋光銅層亮鎳拋光已不多采用必須指出即使鍍液正常整平也要求鍍層具有一定的厚度鍍幾微米即要達(dá)到高整平效果是不現(xiàn)實的相反若基體鍍前磨拋已很良好但若對光亮性鍍液維護不良產(chǎn)生不平整故障則鍍后制件表面平整性可能比鍍前反而更差這就是本講要討論的問題｜
2 麻砂
麻砂是指鍍層有許多密而細(xì)的微小點狀凸起物嚴(yán)重時肉眼可見更細(xì)微的麻砂肉眼看來只是光亮整平不足因麻砂產(chǎn)生光線漫反射而不是定向反光因而達(dá)不到高光亮性若用30倍左右放大鏡仔細(xì)觀察則可見無數(shù)微細(xì)點狀凸起鍍層麻砂不僅局限在工件的上表面在垂直側(cè)面甚至底面也可能出現(xiàn)對于非裝飾性鍍層如鍍鋅層因工件本身就較粗糙即使有麻砂存在也不會引起注意影響最顯著的是本身可達(dá)鏡面光亮的硫酸鹽酸性光亮鍍銅
2.1高染料型酸銅光亮劑產(chǎn)生麻砂的問題
20世紀(jì)末國外以210類為代表的高染料型酸銅光亮劑進入大陸市場因其在低電流密度區(qū)也具有較好的光亮整平性特別適于復(fù)雜件裝飾性電鍍故很快在沿海一帶流行開來該工藝的缺點之一是允許液溫上限僅為30°C左右液溫高時應(yīng)采取冷卻措施另一缺點是生產(chǎn)應(yīng)用一兩年后相繼發(fā)現(xiàn)的鍍層易起麻砂最初有人提出是因添加劑分解產(chǎn)物所致但缺乏試驗依據(jù)只是一種設(shè)想筆者則在更早前采用甲基紫染料時在試驗中發(fā)現(xiàn)了染料的聚沉現(xiàn)象并撰文對麻砂的起因發(fā)表了個人看法在此簡述如下
為盡量降低成本筆者主張自配光亮劑使用這也便于調(diào)整對于光亮酸銅國內(nèi)開發(fā)的MNSPP體系自配成本非常低且允許液溫可達(dá)40°C左右一般無需冷卻裝置但缺點是低電流密度區(qū)光亮整平性不夠由于采用十二烷基硫酸鈉弊多利少當(dāng)年又
無低區(qū)走位劑問世為擴展低區(qū)光亮范圍只好采用甲基紫染料在自配光亮劑中首先發(fā)現(xiàn)塑料桶底有大量甲基紫沉淀于是改為在鍍液中直接補加甲基紫至液色偏綠時電鍍效果很不錯但幾天后鍍液顏色變淡槽底有甲基紫沉淀為探究其原因遍翻了資料在一本日文的《化學(xué)便覽》中關(guān)于染料的溶解性問題有較詳細(xì)的論述其中談到染料多為芳香族復(fù)雜化合物其溶解度均很小僅為105mol/L
在有氯化鈉存在時鹽析現(xiàn)象使其溶解度更易下降而析出進一步查閱《中國化工產(chǎn)品大全》得知染料的生產(chǎn)流程中大多都要加NaCl使溶解狀的染料鹽析從而形成固體沉淀再分離干燥制得固體產(chǎn)品于是對甲基紫的鹽析現(xiàn)象做了如下試驗用去離子水溶解甲基紫然后分成2份一份加入少量NaOH另一份加入少量鹽酸攪勻后靜置2天然后用30倍放大鏡對光觀察二者均清澈無沉淀物這說明單獨的Na+與Cl不會使甲基紫沉淀然后在加有NaOH的溶液中加入少量鹽酸在加有鹽酸的溶液中加入少量NaOH攪勻靜置約2h再用放大鏡對光觀察兩種溶液中均有無數(shù)肉眼不可見的甲基紫微粒懸浮
由此證明確因NaCl的鹽析現(xiàn)象降低了甲基紫的溶解度而使其析出
另一方面即使在純水溶液中由于存在多種作用力不再詳述染料分子間也有相互團聚作用多分子結(jié)合成團當(dāng)染料濃度超過某一極限值時這種團聚作用迅速加劇
由此可以認(rèn)為因酸銅液中總存在Cl為必不可少的無機光亮劑和Na+SP會離解出Na+染料必存在鹽析現(xiàn)象隨著高染料型酸銅光亮劑的不斷補加染料濃度會逐漸增大也會產(chǎn)生聚沉現(xiàn)象正是鹽析與聚沉現(xiàn)象使酸銅液中有許多懸浮狀的染料微粒它們因吸附或電泳作用而附著在工件的任何一個方向夾附在銅層中而產(chǎn)生微細(xì)點狀凸起即形成麻砂夾附的染料微粒越大麻砂越明顯在實際大生產(chǎn)中均可見到無論采用進口還是國產(chǎn)高染料酸銅光亮劑凡未采用5μm以上精度的過濾機對鍍液連續(xù)過濾的攪動鍍液時槽底都會有染料沉淀泛起鍍液發(fā)渾因此部分電鍍工作者主張開發(fā)低電流密度區(qū)光亮性好的低染料微染料甚至無染料酸銅光亮劑｜
2.2酸銅光亮劑比例失調(diào)產(chǎn)生的麻砂
在國產(chǎn)MN型酸銅光亮劑原始研制報告中即指出當(dāng)M2–巰基苯駢咪唑即麻風(fēng)寧過多時鍍層易起麻砂對此現(xiàn)象可作如下解釋查有關(guān)化學(xué)助劑手冊可知M原用作橡膠硫化時加速硫化作用的促進劑不溶于水實際上M的溶解度非常小在配制酸銅光亮劑時M必須先用水煮沸10余分鐘后才能基本溶解即使配成0.5g/L的稀溶液冷卻存放后M也會結(jié)晶析出若鍍液中M含量過高有可能在鍍液中形成微細(xì)結(jié)晶析出當(dāng)其夾附于鍍層中時則會形成麻砂為增大M的溶解度有人對其進行磺化處理制成水溶性M但試驗表明水溶性M對擴展低電流密度區(qū)光亮范圍的效果遠(yuǎn)不如M加堿助溶后效果也會變差也有人提出了M的替代品但綜合效果是否好要經(jīng)過長期大生產(chǎn)考驗后才能得出結(jié)論
近30年的生產(chǎn)應(yīng)用證明M過多只有在P聚乙二醇與SP聚二硫二丙烷磺酸鈉過少時才會產(chǎn)生麻砂更多的表現(xiàn)是低電流密度區(qū)會產(chǎn)生全光亮與半光亮的明顯分界可以這樣理解1P為非離子表面活性劑具有一定增溶作用有利于提高M的溶解性在配制光亮劑時若將M與P一起溶解則M易溶得多2由于M本身不允許含量太高否則低區(qū)會分界實際鍍液中僅為毫克級因此結(jié)晶的可能性并不大若整平劑SP足夠微量的麻砂可被整平而顯現(xiàn)不明顯
2.3酸銅液中一價銅產(chǎn)生的麻砂
光亮酸銅液中陽極Cu原子的不完全氧化陰極上Cu2+的不完全還原以及Cu2+的歧化反應(yīng)都會不可避免地產(chǎn)生一價銅Cu+從而形成Cu2O氧化亞銅銅粉色似金屬銅粉末微細(xì)的Cu2O粉末也會懸浮于鍍液中當(dāng)其夾附于鍍層中時即產(chǎn)生麻砂一些文獻報道亮鎳液中鐵雜質(zhì)過多時會降低鍍層光亮整平性實際上應(yīng)是三價鐵離子產(chǎn)生了懸浮于鍍液中的微細(xì)FeOH3沉淀物其夾附于鍍層中產(chǎn)生了很細(xì)微的麻砂導(dǎo)致了光線漫反射總之麻砂是因懸浮于鍍液中的各種微細(xì)固體物夾附于鍍層中所致
3 粗糙
粗糙是相對于麻砂而言的鍍層上有肉眼可見的較大凸起物用手摸有明顯不平整的感覺產(chǎn)生粗糙主要有兩方面原因一是鍍層形成不正常的粗大結(jié)晶甚至堆積物二是鍍液中粒徑較大的固體機械雜質(zhì)沉落在工件上而被包附于鍍層中其一般呈不均勻分布
3.1鍍層結(jié)晶不正常引起的粗糙
當(dāng)鍍液的陰極極化過小時主鹽金屬離子還原放電速度太快晶核形成速度小于成長速度則結(jié)晶粗大由于陰極表面放電的活性點少粗大結(jié)晶上因凸起而易產(chǎn)生尖端放電主鹽金屬離子在這些點上更易放電由此產(chǎn)生惡性循環(huán)若還原所形成的金屬原子來不及排列成正常結(jié)晶則會胡亂堆積而產(chǎn)生粗糙這種粗糙多發(fā)生在陰極電流密度過大處
對于鋅酸鹽鍍鋅當(dāng)陰極電流密度過大時工件尖角凸出部位的鍍層結(jié)晶粗糙實際上已燒焦其燒焦形態(tài)與氯化鉀鍍鋅燒焦所呈海綿狀不同前者用手抹不掉后者的海綿狀物卻可抹掉
鍍鉻時若液溫低而電流密度大則燒焦處鍍層不光亮結(jié)晶呈灰色粗糙狀附著力仍良好
硫酸鹽光亮酸性鍍銅中當(dāng)無機光亮劑Cl含量下限不盡相同電流密度稍大區(qū)域內(nèi)的鍍層呈粗大結(jié)晶的暗銅狀與光亮區(qū)相比有明顯反差赫爾槽試片若以2.5~3.0A電流攪拌鍍后可見試片緊靠海綿狀燒焦區(qū)有一段粗糙發(fā)白無光的鍍層
對于有較大平面的鋼鐵件若鍍光亮酸銅前的預(yù)鍍暗鎳或堿銅過薄時平面件中間部位因預(yù)鍍層更薄孔隙率太高在酸銅液中產(chǎn)生疏松置換銅其上沉積的酸銅層發(fā)花結(jié)晶粗糙甚至起泡脫皮這恰恰又是電流密度過小處發(fā)生的特殊現(xiàn)象｜
3.2機械雜質(zhì)造成的粗糙
鍍液中的各種不溶或未溶的固體微粒稱為機械雜質(zhì)當(dāng)其沉落于工件表面而被包附于鍍層中時由于比懸浮固體物微粒大鍍層呈明顯粗糙狀其一般規(guī)律是工件上方最嚴(yán)重側(cè)面與底面因微粒不易附著牢固而不太明顯解決機械雜質(zhì)造成的粗糙一方面要分析其引入途徑盡量加以阻斷另一方面要及時過濾去除
3.2.1機械雜質(zhì)引入途徑
1鍍前酸洗清洗不良鍍鋼家具復(fù)雜管件汽車與摩托車消聲筒等復(fù)雜件時管件內(nèi)部常酸洗不干凈存有疏松銹蝕物若鍍前對管件內(nèi)部未作認(rèn)真沖洗很易向鍍液引入銹蝕物等電鍍后取件時傾倒內(nèi)部鍍液內(nèi)部臟物就進入鍍液
2水質(zhì)不良引入當(dāng)采用硬度高的水尤其是抽取的地下水水中的鈣鎂雜質(zhì)在加熱時易形成水垢特別是在加熱器的表面而成為固體雜質(zhì)當(dāng)鍍液含F(xiàn)時也會生成CaF2沉淀若地下水中還含有泥砂情況會更糟
3陽極泥渣引入可溶性陽極溶解后或多或少會產(chǎn)生陽極泥渣當(dāng)陽極未加陽極袋陽極袋孔較大或陽極袋破損后泥渣會進入鍍液當(dāng)鍍盒體狀工件需加輔助陽極時若輔助陽極未用陽極袋材料包好鍍后盒體內(nèi)底面必會因泥渣下落集結(jié)而導(dǎo)致鍍層十分粗糙
4向鍍液直接加入固體材料而未完全溶解例如在氯化鉀鍍鋅液中補加硼酸時若不先用熱水溶解后加入而是圖方便直接倒入固體硼酸則很難在槽中攪拌溶解未溶的細(xì)粒狀硼酸會立即使鍍層粗糙在冬季當(dāng)氯化鉀鍍鋅液中硼酸過多而處于過飽和狀態(tài)時冷的工件放入槽中工件表面因硼酸結(jié)晶也會使鍍層粗糙這在大生產(chǎn)中屢見不鮮
5外部落入當(dāng)電鍍槽離拋光房鍋爐房過近時拋光粉塵與鍋爐煙塵很易落入其中這種情況時有發(fā)生電鍍車間又不宜全密封而不透氣很不好辦但至少應(yīng)在不生產(chǎn)時采用塑料布將鍍槽遮蓋嚴(yán)實
6掛鉤上鍍層粉狀脫落掛具掛鉤上不需導(dǎo)電的部位未進行絕緣處理而又未及時加以清理時由于掛鉤處電流密度特別大反復(fù)使用后會形成厚而疏松的鍍層在電鍍時脫落于工件上相應(yīng)部位的鍍層會粗糙這在管理不良的電鍍廠也時有發(fā)生
7砂洗銅桿引入常見低檔電鍍廠要么導(dǎo)電銅桿很臟了也不管是否影響導(dǎo)電要么就是用砂紙砂洗下面又不用東西接擋砂粒與臟物任其落入鍍液
8處理鍍液后未過濾徹底用黃血鹽鈉對亮鎳液除銅時生成的沉淀很難過濾干凈當(dāng)加入粉狀活性炭處理鍍液時特別對于黏度較大的鋅酸鹽鍍鋅液也很難過濾徹底殘留物成為機械雜質(zhì)
9鍍液內(nèi)部產(chǎn)生
光亮酸銅液中一價銅產(chǎn)生的Cu2O銅粉呈微細(xì)狀懸浮于鍍液中會產(chǎn)生麻砂當(dāng)其聚積為大顆粒時則使鍍層粗糙
在無氰堿銅等堿性鍍液中當(dāng)配位劑配位不足時主鹽金屬離子會呈氫氧化物沉淀析出
HEDP鍍銅液中鐵雜質(zhì)過多時鐵會以氫氧化物的形式沉淀析出
10掉件溶解鋼鐵件掉落于酸性鍍液中會被腐蝕而產(chǎn)生粉狀固體物在加有硝酸鹽的無氰堿銅液中若落入了鋅壓鑄件3NO會加速其腐蝕生成白色氫氧化鋅與氫氧化鋁沉淀
3.2.2機械雜質(zhì)的影響
當(dāng)鍍槽較深且采用靜鍍或陰極移動時大的固體顆粒會逐漸沉于槽底這似乎影響不大但會帶來一系列問題例如1即使有過濾設(shè)備也不敢開啟作連續(xù)過濾否則反而會使底部沉渣涌起鍍層明顯粗糙2掉件不敢及時打撈特別是連續(xù)生產(chǎn)時否則會攪渾鍍液而無法生產(chǎn)既損壞工件又引入雜質(zhì)3調(diào)整鍍液pH補加添加劑補充蒸發(fā)掉的水時只敢對接近液面的部分鍍液輕攪造成pH添加劑濃度鍍液濃度與液溫等上下不均惡化電鍍效果4亮鎳液冷卻后硼酸會結(jié)晶于槽底加熱后仍難以自溶若加熱后不敢攪溶槽底結(jié)晶的硼酸攪勻鍍液則鍍液中實際硼酸濃度低電鍍效果差正常的操作應(yīng)是加溫后先用工具將槽底結(jié)晶的硼酸攪溶接著開啟循環(huán)過濾機過濾一段時間后再生產(chǎn)5不敢采用槽底加熱方式而槽側(cè)加熱時槽中上下溫差又大若槽底沉淀多而又不敢攪勻鍍液則電鍍效果差對鍍液采用空氣攪拌時稍有沉渣則會泛起而使鍍層粗糙｜
所以無論是懸浮于鍍液中的細(xì)小微粒還是大粒狀的機械雜質(zhì)都應(yīng)及時去除以保持鍍液高度清潔最有效的辦法是對鍍液連續(xù)過濾有關(guān)過濾機的選擇安裝使用涉及問題很多本講不作專門介紹
3.2.3一種特殊的粗糙現(xiàn)象
一次在重慶訪友時恰逢一電鍍廠老板咨詢一個奇怪故障一種鋼鐵件電動機殼體鍍亮鎳后通身均很粗糙百思不得其解一般機械性雜質(zhì)易在工件上方沉落而產(chǎn)生粗糙但工件下方沉渣附著不牢為何也粗糙?筆者不便先插嘴最后才問道是不是工件帶有磁性?回答說內(nèi)部粘有永磁鐵筆者這才發(fā)表個人意見陽極袋很可能已經(jīng)破損鍍液中有很細(xì)的粉狀陽極泥渣鎳是磁性物質(zhì)還可能存在其他磁性微粒它們會被吸引到工件的任何部位并牢固附著鍍層必然粗糙對方這才恍然大悟舉此例在于說明當(dāng)鍍液出現(xiàn)有違常規(guī)的故障時不可墨守成規(guī)分析問題的思路應(yīng)寬一點有些鋼鐵件在機加工時會產(chǎn)生剩磁可能也會出現(xiàn)類似問題
4 毛刺
真正的毛刺應(yīng)如第十講的圖1e所示是鍍層產(chǎn)生樹枝狀沉積樹枝狀沉積是尖端放電的惡性積累造成的多數(shù)人也將嚴(yán)重粗糙即手感很不平整的故障稱為毛刺較嚴(yán)重粗糙的尖端放電最終也會形成毛刺舉2個實例
1預(yù)鍍不良造成的毛刺浙江某廠采用HEDP鍍銅液預(yù)鍍鋼鐵件后鍍光亮酸銅時起毛刺后來了解到因HEDP鍍銅液配方不當(dāng)及原材料有質(zhì)量問題使用一段時間后允許平均電流密度僅0.5A/dm2左右用小電流預(yù)鍍5min后再鍍酸銅鍍后起毛刺據(jù)介紹其預(yù)鍍后用布將工件抹洗后即無毛刺顯然問題出在預(yù)鍍銅上即使以小電流密度預(yù)鍍結(jié)晶也不細(xì)密而有疏松沉積未抹洗則附在鍍層上酸銅加厚時沿疏松沉積上沉積的酸銅層粗糙而有毛刺感
2酸銅光亮劑造成的毛刺廣東某廠長期采用日本大和210第二代紅桶裝酸銅光亮劑對厚度僅0.3mm左右的沖壓冷軋板小件用氰化銅打底后鍍光亮酸銅210A含染料多小電流鍍時光亮性亦好鍍液因使用年久已有老化現(xiàn)象加足210A后工件切口邊緣處毛刺明顯工件報廢分析應(yīng)為切口處粗糙整平不良而長毛刺按說明書補加210B能提高整平能力抵消210A過多所產(chǎn)生的問題但試驗后補加210B整平能力并不能提高新配液試驗其作用又與說明書基本相符但生產(chǎn)液卻不一樣孰不知210光亮劑配方無法自調(diào)依據(jù)酸銅光亮劑組分作用試驗補加國產(chǎn)高純品PSP整平能力提高毛刺故障消除
5 氣泡
鍍層產(chǎn)生小氣泡亦為凸起不平整故障一次在配制酸銅光亮劑時用了國產(chǎn)劣質(zhì)聚乙二醇鍍后試片起小泡鍍前除油不徹底而殘留小油點時鍍后會起小氣泡鋼鐵件因酸洗過腐蝕或采用陰極電解除油而滲氫鍍后易起氣泡掉入堿性鋅酸鹽鍍鋅液中的鋼鐵件在液中停留時間過久嚴(yán)重鈍化后若不用較濃的鹽酸活化再鍍時也易起氣泡
6 整平不良造成的不平整
鍍光亮酸銅與亮鎳時若整平劑不足鍍后用30倍放大鏡仔細(xì)觀察會發(fā)現(xiàn)有不規(guī)則的微觀非點狀凸起沉積鍍層不平整酸銅液中SP與P不足時就易出現(xiàn)這種現(xiàn)象
思考題
1.鍍層細(xì)微麻砂與明顯粗糙的產(chǎn)生原因與外觀表現(xiàn)有何不同?
2.為什么現(xiàn)代電鍍均要求對鍍液認(rèn)真過濾?
第十講思考題的參考答案
1.在鍍液中即使加足了潤濕劑也不一定能消除所有的針孔和麻點原因是潤濕劑只能消除因氫氣泡滯留所產(chǎn)生的氣體針孔麻點而對諸如亮鎳液中Fe3+過多等多種原因造成的非氣體針孔麻點則無能為力
2.鍍前對制件認(rèn)真磨拋處理不但有利于獲得光亮整平性好的外觀而且能大大降低鍍層孔隙率有利于提高鍍層抗蝕性
