汽車車鎖零部件堿性鍍鋅層三價鉻銀白鈍化工藝實踐

張小勇，潘雄，曹聚濤，韓秀臺，劉新偉，王偉黨

（河南北方星光機電有限責任公司，河南 鄧州 474150）

傳統的六價鉻[Cr(VI)]鈍化工藝具有成熟穩定、價格低廉、品種多樣及鈍化膜耐蝕性高、可自修復等優點，因而得到廣泛應用。但六價鉻是一種劇毒物質，具有致癌、致畸和誘發基因突變的危害，威脅人體健康和嚴重污染環境[1]。隨著人們環保意識的不斷提高，特別是歐盟一系列環保法令(如RoHS、WEEE等)頒布之后，其應用已經受到了嚴格限制。三價鉻[Cr(III)]的毒性約為六價鉻的1%[2]，符合清潔生產的發展潮流，所以鍍鋅層采用更為環保的Cr(III)鈍化(俗稱“環保鋅”)已經成為行業趨勢。

Cr(III)彩色鈍化是鍍鋅后處理的常用工藝之一。Cr(III)鈍化膜雖然沒有自愈能力，但結構致密。為防止因鈍化膜損傷而造成腐蝕，應該采用封閉處理，避免零件碰傷。Cr(III)鈍化液允許的pH范圍較窄，需經常測定調整。Cr(III)鈍化液對金屬鋅離子及鐵離子比較敏感，有工件落入鈍化槽時應立即打撈，避免雜質含量超標而影響耐鹽霧性能。筆者所在公司現用的Cr(III)彩色鈍化工藝生產的鈍化膜呈淺彩虹色，封閉后呈銀白色，耐蝕性極好，符合更為嚴格的環保標準，以IEC-62321標準檢測的結果為陰性。本文總結了堿性鋅酸鹽鍍鋅層Cr(III)銀白鈍化工藝的實踐經驗。

1 鋅表面三價鉻鈍化成膜機理

Cr(III)鈍化液的主要成分有Cr(III)、氧化劑、成膜促進劑、配位劑、添加劑等。

Cr(III)鈍化膜的主要成膜反應如下。

(1) 鋅的溶解過程：

(2) 鈍化膜的成膜過程：

(3) 膜的溶解過程：

傳統Cr(VI)鈍化膜是通過鋅的溶解、鉻酸根的還原以及Cr(III)凝膠的析出而形成的，膜層中含有Cr(VI)，因此具有自修復能力(亦被稱為自愈能力)。而Cr(III)膜層是通過鋅的溶解形成鋅離子，同時造成鋅表面溶液的pH上升，Cr(III)直接與鋅離子、氫氧根等反應，生成不溶性化合物沉淀在鋅表面，繼而形成鈍化膜。

2 A01-435D三價鉻彩色鈍化工藝

堿性鋅酸鹽鍍鋅→回收→熱水洗(40 ～ 70 °C，3 ～ 5 s)→冷水洗(3 ～ 5 s)→冷水洗(3 ～ 5 s)→出光(體積分數為1% ～ 3%的硝酸溶液)→冷水洗(3 ～ 5 s)→Cr(III)彩色鈍化(見表1)→冷水洗(3 ～ 5 s)→冷水洗(3 ～ 5 s)→555S封閉(見表1)→手動吹干(用不含油、水的潔凈壓縮空氣吹至工件表面無水跡，一般2 ～ 4 min)→烘干(60 ～ 80 °C，10 ～ 20 min)→下線。

表1 汽車車鎖零部件Cr(III)彩色鈍化的工藝條件 Table 1 Process conditions of trivalent chromium iridescent passivation for auto lock parts

3 A01-435D三價鉻彩色鈍化的外觀評價標準

3.1 Cr(III)彩色鈍化膜

鈍化膜應光亮清晰，呈藍、紅、黃色調的彩虹色[與Cr(VI)彩色鈍化膜相比略淺]。允許零(部)件與掛具接觸部位的鈍化膜跟其他部位有微弱的差異，允許有輕微水跡，不允許發霧、疏松和脫落。

3.2 Cr(III)彩色鈍化 + 封閉(銀白色)

封閉后的鈍化膜應光亮，泛銀白色調。允許零(部)件與掛具接觸處的鈍化膜跟其他部位有微弱的色差，允許鈍化膜在自然光或日光燈下斜視時有泛微紅色調的輕微干涉色，允許形狀復雜件的不同部位有輕微色差，允許有輕微的水跡，不允許發霧、發暗和整體泛黃。

4 各工序對三價鉻鈍化的影響

4.1 鍍鋅前處理

鍍鋅前處理對鍍鋅層的質量起著極其關鍵的作用，鍍件除油不徹底或是氧化皮沒有洗掉都將使鍍鋅層存在結合不牢、起皮起泡等風險，繼而影響鈍化膜的形成。

4.2 鍍鋅

鍍鋅層一般都要求在12 μm以上，太薄的話在鈍化過程中可能被鈍穿。鍍層亮度適中，太暗將使鈍化膜亮度較差；太亮，則雖然鈍化膜亮度較好，但是鍍層內應力增大，存在結合不牢等風險。

4.3 出光

工件在鈍化前一定要用1% ～ 3%的稀硝酸進行化學拋光(時間5 ～ 10 s)，既可避免鈍化液pH升高，更主要的是對鍍鋅層起到化學拋光作用，以便獲得光澤均一的鍍層，保證鈍化膜的結合力和外觀質量。為了保證出光效果，應定期更換出光液。對于Cr(III)彩色鈍化的工件，如果出光效果不佳，那么下線后的工件外觀會發霧。因此，出光對Cr(III)彩鈍工件而言尤為重要。

4.4 鈍化工藝條件的控制

pH低，成膜快；pH高，成膜慢，鈍化膜容易發霧。在通常情況下，pH控制在1.8 ～ 2.2為宜。

溫度高，成膜快，鈍化時間短；溫度低，成膜慢，鈍化時間長，膜層色淡。通常情況下，該鈍化液的溫度應控制在25 °C左右。

鈍化過程中應嚴格控制好鈍化時間，對于面積較大的零部件，可以適當延長鈍化時間；對于面積較小的零部件，鈍化時間可以短一些。在自動線上批量生產時，最好使用陰極移動晃動工件或用不含油、水的壓縮空氣對溶液進行攪拌。

4.5 水洗

鍍件鈍化后應至少2次流動冷水洗，以保證鈍化液無殘留。水洗不干凈的工件表面容易有流痕。

4.6 吹干

工件在進入烘箱之前一定要保證表面無明顯水珠，否則容易使下線后的工件表面有封閉膠點。

5 鍍鋅三價鉻銀白鈍化的日常維護

5.1 鈍化液的管理

每班生產前，要首先檢查鈍化液是否達到操作條件，包括溫度、pH、鈍化時間(操作者手工試鈍工件以確定鈍化時間)、鈍化液濃度(依據化學分析結果來判定)、壓縮空氣攪拌是否開啟等。

在生產過程中，一旦發現有零件落入鈍化槽，應立即用磁鐵打撈，避免雜質含量超標。建議每2 h打撈一次在不知情的情況下掉落鈍化槽中的工件。

5.2 鈍化液的分析調整與日常維護

5.2.1 A01-435D三價鉻彩鈍液的成分分析

Cr(III)每天分析一次，鋅、鐵、銅、鉛等離子每周分析一次。

5.2.2 A01-435D三價鉻彩鈍液的調整

在生產過程中，如鈍化液的pH高于2.2，加入A01-435D三價鉻彩色鈍化劑2 ～ 5 mL/L，然后用稀釋1倍的分析純硝酸[V(硝酸)∶V(水)= 1∶1]調整pH至1.8 ～ 2.2之間。

5.2.3 Cr(III)含量的控制

每天根據Cr(III)含量的滴定分析借股改來確定A01-435D鈍化劑原液的補充量。鈍化槽中Cr(III)含量應控制在4 ～ 6 g/L，最佳為5 g/L。

5.2.4 鋅含量的控制

在鈍化過程中，零件表面的鋅層以及已形成的鈍化膜都使得鈍化液中積累鋅離子。當鈍化溶液中的鋅離子含量高于12 g/L時，槽液應全部更新，重新配制，否則鈍化出的工件表面易發花、發黃，且對鹽霧測試影響較大。

5.2.5 鐵離子的控制

鈍化液中的鐵離子源于零部件落入鈍化槽而未及時打撈。鈍化液的鐵離子不應高于50 mg/L，否則鈍化出的工件雖然外觀顏色合格，但是中性鹽霧試驗72 h易出白銹，此時槽液應報廢，重新開缸。

5.2.6 銅離子的控制

鈍化液中銅離子應控制在3 mg/L以下，超過3 mg/L將影響零件的耐蝕性，此時槽液應報廢，重新開缸。

5.2.7 鉛離子的控制

鈍化液中鉛離子應控制在3 mg/L以下，超過3 mg/L將影響零件的耐蝕性，此時槽液應報廢，重新開缸。

5.3 故障排除

常見故障的原因及對策見表2。

表2 汽車車鎖零部件堿性鍍鋅銀白鈍化工藝常見的故障現象及對策 Table 2 Common problems occurred in silver-white passivation process of alkalicly electroplated zinc coatings on auto lock parts and countermeasures

6 結語

本工藝穩定，質量可靠，只要將各參數(特別是鐵離子和鋅離子雜質的含量)控制在工藝范圍內，鈍化膜外觀都能滿足客戶的要求，鍍件的耐中性鹽霧性能可達到144 h無白銹。每槽Cr(III)鈍化液可使用1個月左右，如利用離子交換法除去鈍化液的鐵離子，則每槽鈍化液的使用壽命至少可以延長至4個月。