深孔零件鍍鋅及常見故障處理

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽471009）

0 前言

氰化物鍍鋅工藝在軍工產品零部件上被廣泛使用。然而，零件本身存在缺陷或槽液故障等都會對加工質量造成一定的影響，從而影響鍍層性能。本文結合實際工作中存在的問題，對加工中容易出現的問題及排除方法進行探討。

1 深孔零件鍍鋅工藝及加工難點

對于深孔電鍍而言，由于鍍液本身的深鍍能力存在一定的局限性，所以采用常規的電鍍方法無法保證內孔的鍍層厚度。國家標準、行業標準中都有明確的規定：直徑或寬度不大于10 mm的盲孔或槽、縫，其深度不小于直徑或寬度1倍時，允許無鍍層；小于1倍時，鍍層厚度不做要求。寬度不大于10 mm的直通孔，其深度不小于直徑或寬度2倍時，允許無鍍層；小于2倍時，鍍層厚度不做要求。對于直徑20 mm的鋼球接觸不到的零件表面，鍍層厚度不做要求。對于有特殊要求的鍍層，應采取相應措施進行保證。

由于使用環境的特殊性，有些零件設計要求必須保證內孔有完整的鍍鋅層，而且厚度必須保證在一定的范圍內。以本單位某產品零件為例，材料為30Cr MnSi A，零件如圖1所示，屬于典型的深孔零件。設計圖紙要求為表面鍍鋅8～12μm。由于零件內孔比較深，采用常規電鍍方法無法保證內孔鍍層的完整性。零件在使用中所處的工作環境比較惡劣，內孔出現銹蝕現象，要求內孔必須有鍍鋅層。該零件的內孔比較粗糙，這給內孔電鍍帶來更大的困難。

圖1 深孔零件示意圖

另外，在電鍍過程中，我們也發現了一些問題是由于槽液維護不好、工藝掌握不到位而導致的，如鍍層發暗、沉積速率慢等。結合該零件的實際情況進行了試驗，最終解決了故障，并取得了一些加工經驗。

2 設計合理的工裝，解決內孔電鍍的難點

2.1 設計制作內陽極，解決內孔電鍍問題

根據該零件的實際形狀，我們采取的解決辦法是設計合理的輔助陽極，如圖2所示。內陽極的材料為不溶性的鉛棒。為了保證內陽極在零件的正中心，保證內孔鍍層均勻，設計了由絕緣材料組成的中心固定座。這樣做還有一個好處，就是防止零件與陽極棒接觸而導致零件燒傷。在電鍍過程中，為了保證零件上下端面鍍層的不粗糙及內孔鍍層的完整性，還需要上下移動陽極棒。

圖2 零件裝夾示意圖

2.2 沖擊電流進行沖擊鍍

針對零件內孔比較粗糙、電鍍時析氫嚴重、難以沉積鍍層的問題，在電鍍開始時采用沖擊電流進行沖擊鍍，然后采用正常電流電鍍的方法進行解決。沖擊鍍可以提高氫在基體金屬上的過電位，消除基體粗糙度過大對鍍液分散能力和覆蓋能力的不良影響，從而保證內孔能在短時間內得到均勻的鍍鋅層。

通過對以上這兩種方案的優化，成功地解決了該零件的內孔鍍鋅問題，厚度經檢測達到設計圖紙的要求，保證了零件的加工質量。

3 鍍鋅過程中常見故障處理

在電鍍過程中，經常會出現一些質量問題，如內孔鍍層起皮，耐蝕性差；表面鍍層發暗，鍍液的沉積速率慢；鍍層出現小黑點，鈍化膜發霧等。結合實際工作經驗，對存在的問題進行匯總與分析。

3.1 加強前處理，解決鍍層起皮、結合力不良的故障

對于零件在鍍鋅過程中出現的鍍層起皮問題，主要原因是零件內表面的油污、氧化銹蝕物未清理干凈。該零件外表面為加工面，內表面為非加工面，比較粗糙，溝紋較深，再加上零件在電鍍前經過熱處理，表面有熱處理氧化物的存在，采用常規辦法進行處理時，部分零件表面的油污、氧化銹蝕物未清理干凈，導致鍍層起皮、結合力不良。為此，我們進行了工藝優化，并取得了明顯的效果。

3.1.1 常規前處理工藝流程

3.1.2 改進后的前處理工藝流程

3.1.3 流程改進說明

常規前處理中通過有機溶劑擦洗除油，除掉了非皂化油脂。在改進后的工藝流程中，利用超聲波振蕩原理，使除油溶液在除油過程中產生振蕩，即液體內部某一瞬間壓力突然減小、接著的瞬間壓力突然增大，如此不斷反復。在壓力突然減小時，溶液內產生許多真空的、很小的空穴，溶解在溶液中的氣體會被吸入空穴中并形成氣泡。小氣泡形成的瞬間，由于壓力的增大，氣泡被溶解，并產生沖擊波，這種波能使油污脫離工件表面。氣泡破裂瞬間，還會產生瞬間高溫高壓，加速液體內部的攪拌和對流，增強除油效果，同時還對零件表面的銹蝕物有一定的松動作用，有利于后續除氧化物。

安裝內部輔助陽極之后再進行電解除油，通過提高內孔溶液的流動性及導電性，大大提高了零件內部的除油效果。

通過以上改進，解決了內孔油污、銹蝕氧化物不易去除的難題，解決了鍍層起皮、結合力不良的故障。

3.2 加強槽液維護，解決鍍層沉積速率慢、出現小黑點的故障

電鍍質量的好壞與槽液維護有直接關系。如果槽液維護得好，對于加工質量、生產效率都可起到事半功倍的效果。在氰化物鍍鋅過程中，也出現了由于槽液維護不好、工藝掌握不到位而出現的諸如鍍層發暗、沉積速率慢的故障。

在故障出現之初，我們認為是電源或槽液成分的問題。可是更換電源及化驗調配槽液，問題都沒有解決。后來，通過工藝試驗，終于發現是因為槽液中碳酸鹽及重金屬鉛離子積累過多造成的。為此，我們進行了槽液大處理，解決了槽液故障問題，從而徹底解決了鍍層發暗、沉積速率慢的故障，保證了加工質量。

3.2.1 碳酸鹽及重金屬鉛離子的來源

在氰化物鍍鋅液中，一般不含有碳酸鹽及重金屬鉛離子。但在電鍍過程中，由于氰化物的分解、氫氧化鈉與空氣中氧元素的作用，會不斷積累生成碳酸鹽。當碳酸鹽的質量濃度超過80 g/L時，就會對鍍層產生不良影響。重金屬鉛離子主要是由于所使用的陽極板及化學藥品不純帶來的。

3.2.2 碳酸鹽及重金屬鉛離子對鍍鋅質量的影響

碳酸鹽積累過多時，會使鍍液的黏度增大，導電性降低，陽極板出現鈍化，從而導致零件按正常電流電鍍無法得到理想的鍍層，沉積速率慢，沉積不上鍍層，鍍層發灰、發暗。

重金屬鉛離子積累到一定量時，鍍層出現小黑點，鈍化后呈現土黃色，鍍層的耐蝕性下降。

3.2.3 碳酸鹽及重金屬鉛離子的去除

通過試驗，確定了碳酸鹽及重金屬鉛離子的去除方法，應用于日常槽液的維護管理，效果非常明顯，而且這一成果也獲得了河南省QC質量改進一等獎。

3.2.3.1 碳酸鹽的去除工藝

我們通過工藝試驗，最終決定用沉淀法去除碳酸鹽。采用這種方法不僅效果明顯，而且操作非常簡單。所謂沉淀法，就是向鍍液中加入氫氧化鋇，使之與碳酸鹽充分反應，從而生成碳酸鋇沉淀。

3.2.3.2 重金屬鉛離子的去除工藝

采用硫化鈉沉淀法去除重金屬鉛離子，即向鍍液中加入硫化鈉，使之與鉛離子充分反應，從而生成硫化鉛沉淀。

3.3 鈍化膜發霧故障去除

鍍鋅層經過重鉻酸鹽鈍化處理以后，其耐蝕性得到大幅度提高。但如果在加工過程中掌握不好，或者鈍化液出現故障，鈍化膜就容易出現發霧、脫落等問題，嚴重影響鍍層的耐蝕性。在氰化物鍍鋅加工中，就出現過這類故障。通過工藝試驗，更換了部分鈍化液、改進了鈍化工藝時間，解決了質量問題。具體做法如下：

（1）通過化驗，更換2/3的陳舊鈍化液，降低鈍化液中三價鉻離子的質量濃度。

（2）鍍鋅零件除氫后，鍍層表面清洗干凈（在10～30 g/L的稀硫酸溶液中光化），經去離子水洗干凈后再進行鈍化處理。

（3）嚴格按周期化驗調配鈍化液，嚴格控制鈍化液中鋅離子與三價鉻離子的質量濃度。

（4）鈍化時間嚴格控制在5～15 s之間，鈍化液的溫度嚴格控制在10～35℃之間。此外，在加工過程中，還必須將零件不斷晃動，這樣不僅可以防止零件之間互相黏附，還可以比較均勻地形成鈍化膜。鈍化后不要立即進行水洗，而應在空氣中停留5～10 s，使之老化。在鈍化膜未干燥時，不能用大水沖洗，沖洗時間也不宜過長，防止六價鉻溶解。

（5）鈍化后最好能在60℃左右的熱水中燙干零件，然后及時吹干零件表面的水漬。

我們采取以上幾點措施，取得了明顯的效果，解決了深孔零件鍍鋅鈍化膜發霧、脫落的問題。

4 結論

通過以上工藝改進，解決了深孔零件在氰化物鍍鋅加工過程中出現的一些質量問題，達到了設計圖紙要求，滿足了鍍層的特殊要求，取得了明顯的效果。