淺談不同基體材料對鍍層質量及電鍍前處理工藝的影響

劉似玉

摘 要：電鍍工藝作為重要的表面工程技術，已有 160 多年的歷史。20 世紀以來，隨著科學技術進步，工業化程度不斷提高，汽車、機械 裝備、船舶、電子、輕工等工業對產品表面處理都離不開電鍍。隨著電鍍新工藝、新材料和新設備不斷開發研制，電鍍行業開創了前所未有的新局面，應用領域不斷拓展，這也對電鍍工藝的創新及鍍層質量提出了更高的要求。在實際電鍍生產中，由于工件基體材料種類繁多，采用單一的電鍍前處理工藝有時難以獲得理想的鍍層質量。本文擬就不銹鋼、鋅合金、鋁及其合金、焊接組合、鑄鐵件等基體材料的對電鍍前處理工藝及鍍層質量的影響做一些簡單的探討。

關鍵詞：電鍍;結合力;前處理;不銹鋼;鋅合金;鋁及其合金;焊接組合基體;鑄鐵件;鍍層質量

一、不銹鋼基體材料

由于不銹鋼質軟不耐磨、表面強度低、摩擦系數大，作為傳動軸、動配合件時易發生咬合或粘滯現象，常常在其表面電鍍一層金、銀、鉻等金屬或進行化學鍍鎳等工藝，來提高表面硬度、自潤滑性能并提高其耐蝕性，因此不銹鋼電鍍多用于裝飾性家居及化工、機電、輕工和食品機械等行業。但由于不銹鋼表面易生成薄而透明且附著牢固的鈍化膜，不易獲得結合力良好的鍍層，因此不銹鋼通常采用活化預處理的方法來提高鍍層結合力。活化預處理可分為陰極活化法（利用析氫還原作用，防止氧化膜形成）、浸漬活化法（利用化學反應除氧化膜）、鍍鋅活化法（構成鋅-不銹鋼微電池，析氫起還原活化作用）。如：對1Cr18Ni9Ti不銹鋼基體化學鍍鎳的基本前處理工藝流程：機械拋光-有機溶劑除油-化學除油-熱水洗-電化學除油-熱水洗-冷水洗-混酸退膜（25%鹽酸-8%硝酸-10%氫氟酸）-冷水洗-活化（10%鹽酸-5%氟化銨（60℃））-熱水洗-化學鍍鎳。

二、鋅合金壓鑄件基體材料

由于鋅合金壓鑄件精度高、加工過程無切割或少切割、密度小、并具有一定機械強度，廣泛應用于裝飾領域。但是由于鋅合金電位較負，化學穩定性差，易被腐蝕，所以鋅合金壓鑄件常應用于受力不大，形狀復雜的結構和裝飾零件中。為防止由于鋅合金的電極電位較負導致置換反應，影響鍍層結合力，常進行氰化預鍍銅。應用舉例：鋅合金壓鑄零件帶電入槽;后采用2～3A/dm2大電流沖擊電鍍1～3min，然后恢復正常電流密度，并采用陰極移動，經除油、浸蝕、活化等工序后進行氰化預鍍銅（鍍液成分：18～25g/L氰化亞銅+7～12g/L游離氰化鈉+10～15g/L碳酸鈉;溫度：35～45℃），銅底層的厚度應不少于5μm，最好8～10μm 以上。

三、鋁及其合金基體材料

鋁及其合金對氧有高度親和力，其表面極易在生成氧化膜，而且鋁的電極電位很負，電鍍過程中易出現置換鍍層，影響鍍層結合力，膨脹系數比其他金屬大， 電鍍過程中溫度變化范圍不宜大。在前處理過程中，通常采用先化學浸鋅，然后電鍍其他金屬，以形成過渡金屬層從而保證隨后的電鍍層有良好的結合力。如：含鎂高的鋁合金電鍍前處理工藝：化學除油-水洗-硫酸（15%體積百分濃度，2-5min，80℃）-水洗-硝酸出光（50%或1：1，1-2min，15-25 ℃ ）-水洗-一次浸鋅-水洗-退鋅（30%硝酸）-水洗-二次浸鋅-水洗- 電鍍。化學浸鋅可以防止鋁的再氧化，改變鋁的電極電位，使電鍍過程更容易進行，從而使得鍍層結合力更高。

四、焊接組合基體材料

焊接組合基體材料受接口部位表面粗糙的影響，在電鍍過程當中，在材料組合接口部位的鍍層結合力不好，整平性不好，且耐蝕性不好。由于在粗糙表面上的析氫過電位小于光滑表面上的析氫過電位，所以在接口處的粗糙部位易發生析氫，氫氣析出從而使得鍍層不易沉積，甚至出現鼓泡等缺陷，嚴重可引起氫脆。在前處理過程中，為避免造成接口處粗糙，應采用機械拋光及化學拋光等多種組合方式以提高基體表面的整平性及光潔度，并且應及時清理焊縫，避免焊接組合接口處大量來不及析出的氣體形成氣孔等缺陷，影響鍍層的整平性及工件的使用性能。

五、鑄鐵件基體材料

由于鑄鐵材料中含有較多的石墨以及碳化物，在其加工成型的過程中，表面易粘附較多的鑄造砂粒，形成粗糙多孔的表面。在機械加工過程中，油脂易滲入到粗糙多孔的表面內部，使得電鍍前處理工藝中不易除凈，同時施鍍時電解液滲入到孔隙內，并達到一定深度，在后續水洗中不易清洗干凈，一段時間后電解液外流與鍍層發生反應，從而破壞鍍層，使得耐蝕性顯著降低。由于鑄鐵件表面存在砂粒及孔隙，石墨的存在降低了析氫過電位，易發生析氫反應，使得金屬不易發生還原反應而沉積在基體金屬上，沉積速度較慢，并使得鍍層疏松多孔，耐蝕性不好。因此在鑄鐵件電鍍前處理工藝中，應著重注意鑄鐵件的除油清洗及活化工藝。除油過程中，采取化學除油與電化學除油結合的方式，除油后先進行熱水洗再進行冷水洗，以保證除油效果最佳。鑄鐵件的活化工序中，可通過酸洗浸蝕除去表面銹漬及砂粒，適當增長酸洗時間以獲得最佳活化效果，之后再通過弱浸蝕工序，保證鑄鐵件基體表面活性，以提高鍍層與基體的結合力。

結語：

由此可見，不同的基體材料具備不同的特性，如：易析氫，表面疏松多孔，易氧化等，需采取不同的電鍍前處理工藝，來降低不良特性對鍍層質量造成的危害。電鍍生產中所發生的質量事故，大多數并不是由于電鍍工藝本身所造成，多半是由于金屬制品的鍍前處理不當所致。鍍前處理工藝的質量與鍍后鍍層的平整程度、結合力、抗腐蝕能力等性能密切相關。因此，我們應找準源頭，根據不同的基體材料的不同特性，制定不同的前處理工藝流程，從而獲得具備平整、耐蝕、結合力強等優點、符合生產應用所需的鍍層。

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（作者單位：山東建筑大學，山東 濟南 250101）