電鍍生產中的故障排除

王洪奎

(天津自行車三廠，天津 300163)

電鍍生產中的故障排除

王洪奎

(天津自行車三廠，天津 300163)

電鍍是電化學加工方法之一。電鍍生產中發生故障在所難免，故障頻發會影響生產進度和產品合格率，造成經濟損失。排除故障是電鍍工藝技術管理的重要內容。分析了電鍍生產中發生故障的原因;列舉生產中的實例歸納出排除故障的一般步驟為:現場檢查、科學思維、試驗分析、合理處置及積累經驗等;提出了預防電鍍故障的措施。

電鍍生產;故障;排除;預防

引 言

電鍍故障通常是指電鍍的產品，即鍍層出現的弊病(也稱為毛病或缺陷)，其表現形式多種多樣，如防護-裝飾性鍍層起泡、暴皮、粗糙、漏鍍、內應力大及光亮度不足等;功能性鍍層達不到耐蝕、耐磨、導磁、硬度、屏蔽及焊接性能等［1］。

電鍍生產流程長，工藝參數處于動態變化之中，影響鍍層質量的因素眾多而復雜，生產中出現故障，有的通過查閱工具書(如電鍍手冊等)找到原因，很快得以排除;而大多數故障較難找出原因，有時甚至需要多次反復的尋找，有人稱其為“軟故障”［2］。及時有效地排除故障，恢復生產的正常運行，這對電鍍技術人員來說是一個十分重要的課題。本文將討論排除電鍍生產中故障的基本思路和方法。

1 電鍍故障產生的原因

有研究者分析了數千例單金屬電鍍和合金電鍍的故障，列舉出造成電鍍故障的原因包括前處理、工藝規范及電解液等在內的17種之多［3］。通過歸納主要有以下幾個方面:

1.1 原材料的影響

在電鍍生產中，由于原材料使用不當引發故障的情況較為普遍。客觀地看待電鍍領域的原材料市場，從陽極材料、化工材料到各種添加劑，存在著良莠不齊的狀況，甚至相同名稱和用途的添加劑不能交替使用。有的企業為降低成本，采購低于化學純或電鍍級原料，不經處理直接用于生產，如工業硫酸鎳(含鋅、銅及硝酸根);劣質的活性炭(含重金屬雜質);達不到國家標準的陽極材料等，這都是引發故障的根源。水也是電鍍生產的重要原料，卻往往被忽視，如使用ρ(Cl-)過高的水在硫酸鹽光亮鍍銅溶液中會造成鍍層不良;使用井水或山泉水清洗有色金屬陽極氧化零件會出現花斑。因此可以說不合格的原料是引發電鍍故障的重要原因。

1.2 鍍件材料物理及化學狀態的影響

當出現鍍層弊病時，往往偏重于從電鍍過程尋找原因。實際上零件鍍前加工狀態、材料的化學成分及金相組織對電鍍過程中電沉積影響很大，甚至關系加工的成敗。如鋅鋁合金零件富鋅會造成電鍍困難;經磨削加工的合金鋼零件鍍硬鉻易產生龜裂紋;鋼鐵件熱處理碳化物偏析會使電鍍過程中產生過腐蝕現象等。

1.3 電鍍工藝規范的影響

電鍍生產工藝流程長、工序繁多，發生故障的影響因素很多。如前處理不凈、清洗不良、掛具失效、電解液成分失調及雜質污染、操作條件失控及生產環境不良等。而故障的原因往往存在于以上各影響因素的一兩個細節之中。

某自行車電鍍分廠鍍鎳工序曾發生鍍層結合力不良、起皮的故障，對前處理、直流供電、鍍液pH和硼酸及光亮劑的影響因素排除后，故障仍然在部分零件出現。經反復查找，原來是前一天設備維修，在天車的運轉部位注油過多，潤滑油滴落在鍍液中所致。這個事例說明，一個小小的疏漏就會導致故障的發生，對電鍍生產線的維護管理任何細節都不能放過。

1.4 人為操作不當的影響

在影響產品質量的五大因素(操作者、設備、材料、工藝方法及生產環境)中，人是第一位的。不少電鍍故障的發生都與操作工專業技能和工作責任心有關。如清洗操作達不到作業標準要求(動作似“蜻蜓點水”);專業知識貧乏將化工原料加錯等。此外，生產管理人員對操作工指導和監督不力，這些在電鍍企業較普遍存在的狀況，使得故障在所難免。因此，要減少電鍍生產故障，提高電鍍從業人員的專業技能和工作責任心是十分重要的。

2 尋找故障原因的常用方法［4］

2.1 跳躍工序法

所謂跳躍工序就是人為地越過可能產生故障的工序來尋找出故障發生工序的方法。如在鍍Cu-Sn合金→酸性鍍銅→光亮鎳→裝飾鉻工藝路線中，鍍層出現花斑，懷疑故障存在于酸性鍍銅工序中，可以先跳過該工序，如果鍍層花斑消失，則表明故障就發生在酸性鍍銅工序。同樣方法也可以確定故障是否發生在鍍光亮鎳工序。

2.2 替代試驗法

替代試驗法就是用已知正常的鍍液替代有可能造成故障鍍液的方法，類似電器維修中用好零件替換可能失效零件的方法。如上例中懷疑光亮鍍鎳工序是故障原因，可以在其他生產線上正常工作的鍍鎳槽中試鍍，如果故障消失，說明原鍍光亮鎳溶液有問題;如故障依然存在，就可以把原鍍光亮鎳溶液的故障原因排除。替代鍍液試驗也可用配制標準鍍液在1～3 L燒杯中進行。

2.3 赫爾槽試驗法

赫爾槽試驗是排除電鍍故障中常用的方法，具有方便、快捷的特點。

其用途:1)了解電鍍液各成分對鍍層的影響;2)工藝條件(θ、Jκ、pH 等)對鍍層的影響;3)雜質對電解液性能及鍍層的影響;4)添加劑對鍍層的影響;5)確定處理有故障鍍液的最優方法。

現代電鍍技術中為了改善鍍層質量，鍍液中應用光亮劑、走位劑、整平劑、潤濕劑及穩定劑等，這些添加劑大多為有機化合物，結構復雜，用料極少，能改善鍍液性能和鍍層質量，但同時也增加了鍍液的復雜性。目前，電鍍企業對添加劑尚無化驗分析的手段，赫爾槽試驗能有效地解決這一難題。

排除電鍍故障用赫爾槽試驗時，試驗條件應盡量作到與生產中的情況相一致，以免試驗偏差導致錯誤判斷［5］。

2.4 小工藝槽模擬試驗

赫爾槽試驗采用的溶液一般為250 mL，難免有局限性。另外，在滾鍍和合金電鍍工藝中，赫爾槽試驗的效果較差。在這種情況下，采用1～3 L燒杯或者10 L以上小工藝槽模擬試驗就更接近生產實際情況。在調整故障鍍液時避免造成化工原料的浪費。此外，電鍍設備市場也有多種規格的微型滾鍍機，用來排除滾鍍生產中的故障進行模擬試驗也很便捷。

3 排除電鍍故障的一般步驟

經過長期生產實踐，排除電鍍生產故障的過程大致有以下幾步:即現場檢查、科學思維、試驗研究、合理處置及總結經驗。

3.1 現場檢查及糾正

有如中醫診病的“望、聞、問、切”，尋求電鍍故障產生的原因，首先要檢查工藝流程中是否有疏漏。如前處理是否潔凈;工序間水洗是否充分;掛具是否良好及陽極溶解和直流供電是否正常等。還要檢查電鍍工藝參數是否在規范內，如θ、pH、Jκ、t和鍍液組分及添加劑的使用情況等;檢查時還要詢問操作人員執行工藝的情況及故障發生的情況，是突發還是在漸進過程中出現的等。現場檢查和詢問應縝密和全面，對發現的不正常情況應及時糾正，一般說來對簡單的故障，單一因素影響造成的故障是可以排除的。

3.2 進行科學的思維分析

在多數情況下，造成故障的原因是復雜的，這就要運用科學的思維方法尋找故障的真正原因。

某電鍍廠氯化鉀鍍鋅工藝，先在掛鍍線上配鍍液4 000 L，初試沒有發現問題。緊接又配800 L的4個滾鍍槽液，初試滾鍍螺栓，外觀烏灰無光澤，工藝員認為是光亮劑不足，陸續添加，直至超過正常量2倍多，鍍層仍然不亮。工藝員大惑不解，無奈之下聘請廠外工程師協助解決，通過檢查原料和進行赫爾槽試驗，斷定氯化鉀中有金屬雜質，用Zn粉處理后，滾鍍出現了光亮的鍍層。其實這里面道理很簡單，掛鍍Jκ較大，電鍍時間較短，金屬雜質對鍍液影響很微弱;而滾鍍Jκ要小得多，電鍍時間較長，金屬雜質對鍍層的影響就凸顯出來。這個實例說明原料中的雜質是不能忽視的，配鍍液前必須要處理。另一方面也表明不加認真思考，誤認為鍍層不光亮就是光亮劑不足，而盲目添加是非常錯誤的。在電鍍生產出現故障時，盲目投料的情況比較常見，結果使故障更加復雜化，欲速則不達。只有認真思考和分析才能不被表面現象所迷惑，找出故障的真正原因。

某自行車廠在輻條滾鍍鎳工序中常發生輻條螺紋一端“露黃”(予鍍Cu-Sn合金層)的弊病。通過化驗分析鍍液成分及操作條件均在正常規范以內，因此可以確定故障原因在滾具上。于是采用小槽模擬試驗，觀察發現通電開始瞬間陰極導電部位有大量氣泡溢出，說明局部電流較大，Ni2+迅速放電，使陰極區ρ(Ni2+)急劇降低，從電化學物質傳遞理論可知，陰極附近Ni2+補充要依靠電遷移、擴散和對流三種形式，由于輻條滾動速度只有6 r/min，Ni2+不能及時補充，陰極區 ρ(Ni2+)經常低于電解液內其它部位，電極反應受濃差極化作用過大的影響，導致鍍層變壞。根據以上分析，將陰極導電面積縮小，開始電鍍時使一部分輻條與陰極接觸，其余大部分輻條在滾動中交替與陰極接觸，消除了濃差極化的不利影響，改進后故障消失。這個實例說明，雖然發生故障的原因是較復雜的，但任何事物都有其內在的規律性，遵循電化學理論由淺入深、由表及里剖析故障的表現形式和特點，就不難找出故障發生的原因，排除故障就是順理成章的事了。

3.3 赫爾槽試驗分析

如前所述，赫爾槽試驗是排除電鍍故障的常用手段，現舉一實例。某廠電鍍自行車零件工藝流程為:鍍Cu-Sn合金→酸性光亮鍍銅→鍍光亮鎳→鍍裝飾鉻。鍍層出現不光亮且有暗狀條紋的弊病。排除故障的過程如下:首先用一批銅零件(拋光后)在鍍鉻槽試鍍，鍍層光亮無瑕;又用跳躍工序法排除了酸性鍍銅槽的問題;考慮到鍍Cu-Sn合金是閃鍍，鍍層也很均勻。這樣一來就可以判斷出故障是在鍍光亮鎳中，于是用雙氧水-活性炭綜合處理和小電流電解處理鍍液，故障仍未消除。采用赫爾槽試驗，在pH=4.2，θ=55℃ ，I=1 A，t=5 min條件下進行試驗，試片顯示低Jκ區部分無鍍層，高Jκ區鍍層一觸即掉。根據常識判斷，可能存在Cr(Ⅵ)污染鍍液的可能，于是試探向鍍液中加入0.05 g保險粉，攪拌均勻，再按同樣條件作赫爾槽試驗，鍍層出現光亮但不理想，把保險粉增加到0.1 g時鍍層達到全光亮。最后確定向故障鍍鎳液中按0.4 g/L加入保險粉，處理后鍍液恢復正常，故障消除。

3.4 合理處置故障

故障原因一經找到，排除故障并不困難。在選擇排除故障方法時應遵循的原則為:

1)從處理效果看，鍍層質量應優于原來的正常水平;2)從操作過程考慮，應盡量簡便易行;3)從經濟角度出發，處理費用要低。

以處理鍍液中金屬雜質為例，方法很多。如置換法、電解法、氧化還原法、化學沉淀法及絡合劑掩蔽法等。在處理故障時應靈活運用。如處理鍍光亮鎳溶液中的Cu雜質，可以用電解法或加去銅劑進行掩蔽，當生產有空閑時間時可以選擇前者;生產節奏緊張時可以選擇后者。再如調整pH，一般使用稀H2SO4，但如果鍍液中ρ(Cl-)偏低時可使用HCl，這樣既降低了pH，又增加了Cl-，有利于陽極的活化溶解。總之，選擇合理的處理方法，既排出了故障也優化了鍍液，一舉兩得，收到了事半功倍的效果。

3.5 做好總結積累經驗

對每一次處理故障的經歷應詳實記錄在案，視為寶貴資料，供以后生產中作為借鑒，避免重蹈覆轍。通過長期積累，還可以發現工藝規程中的某些不足，必要時對有關工藝文件進行修訂，使其日趨完善，不斷提高企業的工藝技術水平。

4 電鍍生產故障的預防

電鍍故障影響生產進度，降低產品合格率，導致企業經濟損失。采取預防措施是十分必要的。措施包括:1)使用符合電鍍規格的原材料，加強零件的鍍前檢查，從生產源頭把好質量關，消除產生事故的隱患。2)做好生產線硬件設施的維護保養，建立設備運行檔案，為生產提供強有力的物資技術保證。3)開展專業技術培訓，提高操作人員的專業知識水平和操作技能，嚴格執行工藝規范和操作守則。4)建立科學的質量保證體系和技術管理體系，掌控生產中各項工藝參數的正常波動和異常波動，使電鍍液經常處于較佳的工作狀態。5)通過網絡、專業期刊及行業學會等形式加強技術交流，借鑒其它電鍍企業工藝管理和排除電鍍故障的成功經驗。

5 結語

故障是每個電鍍企業都會遇到的問題，排除故障是電鍍技術人員的重要職責。實踐出真知，電鍍生產的實踐性很強。要在調控電鍍生產的全過程中做到遇障不驚，應付自如，非兩年三載之功所能及，唯一的途徑就是在生產實踐中摸爬滾打、堅韌實干，還要勤于學習、善于思考，不斷探索和積累。如何防止電鍍生產的故障，歸根到底就是一句話:循規蹈矩，一切遵從工藝規范。

［1］魏新.鍍錫-鉛合金可焊性不合格的問題弊病分析及解決方法［J］.電鍍與精飾，2011，33(4):29-31.

［2］陳易初.電鍍軟故障的排除［J］.電鍍與精飾，2010，32(1):23.

［3］謝無極.電鍍故障精解［M］.北京:化學工業出版社，2007:1-2.

［4］朱立群.實用電鍍故障分析與處理技術［M］.北京:國防工業出版社，2007:16-17.

［5］覃奇賢，郭鶴桐，劉淑蘭，等.電鍍原理與工藝［M］.天津:天津科學技術出版社，1993:74-79.

Troubleshooting in Electroplating Production

WANG Hong-kui

TQ150

B

1001-3849(2012)01-0033-03

2011-04-12