電鍍槽液維護管理標準分析

楊志業 舒旭東 王進軍 郭燕 李陽

（1.沈陽飛機工業（集團）有限公司，遼寧沈陽 110850；2.重慶信人科技發展有限公司，重慶 401221）

0.引言

在航空零件制造過程中，電鍍工藝是產生有害污染物最多的工序。電鍍工藝中往往含有高濃度的氰化物、重金屬等污染物。以鍍鎘槽液為例，其氰化物濃度一般在100g/L以上，是國家標準排放標準的數十萬倍，任何槽液調整都可能導致大量的污染物排放。

因此做好電鍍槽液維護管理意義重大，不僅可以保障電鍍生產的正常進行和電鍍零件的加工質量，還可以從源頭上大量減少污染物的排放，避免對生態環境的破壞。

本文擬分析國內外電鍍槽液管理相關標準對常見的槽液管理方法進行舉例介紹，為電鍍標準編制與規范化獻言獻策。

1.電鍍槽液維護管理方法

1.1 槽液配制階段

為延長槽液使用壽命，避免有害污染物的排放，在槽液配制階段，要根據槽液成分的變化趨勢，合理確定各成分的配制濃度，減少溶液的調整或報廢。如在HB/Z 5074《電鍍銀工藝》中，電鍍銀槽液中需要添加碳酸鉀。但在后續的電鍍過程中會反應生成碳酸鉀，當碳酸鉀含量達到含量上限時需要添加氰化鋇來沉淀碳酸鉀，并倒槽去除沉淀。在這個處理過程中不但需要使用劇毒、昂貴的氰化鋇，還會不可避免地會造成有害污染物排放。因此在配制鍍銀槽時碳酸鉀成分宜采用下限濃度進行配制。于此類似，所有同時含有氰化物/氫氧化物和碳酸鹽的槽液，碳酸鹽都可能會因氰化物/氫氧化物存在，造成濃度上升，配制時，碳酸鹽宜采用下限濃度進行配制。

在航空產品電鍍工藝中，一般對電鍍槽液的氫脆性能有嚴格要求，而光亮劑成分可能造成零件的氫脆性能下降，SAE標準AMS-QQ-P-416《鍍鎘》中就禁止在抗拉強度≥180ksi的零件鍍鎘中使用光亮劑。因此在零件外觀滿足要求的條件下，配制槽液時，光亮劑含量應盡可能低。配制時光亮劑濃度的確定及后續添加量的確定可以參考JB/T 10339《光亮鍍鋅添加劑技術條件》、JB/T 7508《光亮鍍鎳添加劑技術條件》。

1.2 槽液使用階段

1.2.1 雜質的控制

為避免槽液因雜質過多而廢棄，首先要盡量減少槽液中進入雜質。除按照標準，除使用指定標準和品級的化學藥品、配槽用水、陽極外，還應注意以下內容：

入槽前清洗水應盡量采用去離子水配制。以色列航空工業公司鍍鉻標準中即要求要控制鍍鉻溶液中氯化物含量低于200ppm，過高的氯離子易造成零件低電流密度區出現腐蝕現象。對于鍍鉻工藝，一般采用硫酸活化，鍍鉻槽中氯離子主要來源于清洗水，如采用自來水清洗，槽液中氯離子含量將迅速增加，采用去離子水清洗則能大大減緩槽液中氯離子的增加速度，延長鍍鉻溶液的使用壽命。

盡量不要將槽液兼做其他用途。將槽液兼做其他用途，雖然便利生產，減少了槽位和槽液配制維護工作量，但長久來看，會大大減少槽液的使用壽命。按照HB/Z 5073《電鍍錫工藝》，可采用鋼鐵零件化學氧化槽液進行退錫，且短期使用也不會造成不良影響。但鍍錫零件中多進行鍍銅，長時間使用鋼鐵零件化學氧化槽液進行退錫，銅會逐漸溶入化學氧化槽液，造成化學氧化槽液銅雜質超標而報廢，化學氧化零件表面現銅絲。以色列航空工業公司鍍鎘標準中要求閃鍍鎳槽控制鐵離子含量≤7.5g/L，此時則不能將閃鍍鎳槽兼做陽極腐蝕槽。在陽極腐蝕過程中，零件做陽極，會向槽液中融入大量鐵離子，導致閃鍍鎳槽鐵離子含量迅速超標，零件閃鍍鎳后呈灰黑色，后續鍍鎘后出現結合力不合格等質量問題。

1.2.2 雜質的去除

電解法：電解法適用于容易在電極上被氧化或還原除去的雜質，采用該方法維護槽液，基本沒有污染物排放。在電鍍槽液的日常維護中根據生產情況和槽液使用狀態及時進行電解去除雜質，將能減少槽液的大處理次數，延長槽液的使用壽命，避免不合格品的出現[1-3]。以色列航空工業公司鍍鎘工藝標準中給出了鍍鎘溶液電解法去除銅、鉛、鐵、鋅的方法，即采用波紋狀鋼陰極，在0.38A/dm2～0.49A/dm2下進行電解處理。按該處理方法電解處理，銅、鉛、鐵、鋅離子將被還原，沉積在陰極鋼板上。在HB/Z 5072《電鍍鉻工藝》中給出了氯離子的去除方法，即在60℃～70℃下，80A/dm2～100A/dm2電流密度下電解溶液。按該處理方法電解處理，氯離子將被氧化為氯氣，脫離槽液。

過濾法：過濾法即采用過濾機過濾鍍液，濾去懸浮在鍍液中的各種不溶性固體微粒。有光亮要求的鍍種或對槽液清潔度要嚴格要求的工藝一般均要求槽液進行循環過濾[4-6]。HB 5335《金屬鍍覆和化學覆蓋工藝質量控制》也要求槽液的過濾應定期或連續進行，其過濾速度每小時不得小于槽液體積的2～3倍。龐巴迪公司鍍銀工藝標準中不但要求槽液要進行連續過濾，還規定過濾機理論精度不低于5μm。需要注意的是，對于對有機雜質敏感的低氫脆鍍鎘、氰化鍍鎘鈦、無氰鍍鎘鈦等低氫脆電鍍工藝，使用的過濾介質，應對其進行評估后再使用，以避免槽液中溶入有機雜質，影響電鍍工藝氫脆性能。

吸附法：吸附法適用于添加劑分解產物等有機雜質、不能采用電解法去除的金屬雜質的去除。吸附法因為需使用活性炭吸附雜質，需要倒槽，多在大處理時進行。在HB/Z 5070《電鍍鎳工藝》中給出了鍍鎳溶液的大處理方法。該方法中綜合采用了氧化劑氧化、活性炭吸附、過濾、小電流電解的方法，可有效去除鍍鎳槽雜質。

1.2.3 槽液的調整

電鍍槽液中部分成分不是通過常規的添加方式進行調整，對于這些成分要盡可能地采用綠色環保的方式進行維護。

碳酸鈉：對于電鍍槽液，當碳酸鈉含量過高時，不僅會造成鍍層粗糙，還會提高溶液電阻，降低電流效率，浪費能源，降低鍍層沉積速度。為了去除電鍍溶液中碳酸鈉可以采用添加碳酸鹽去除劑的方式。例如，以色列航空工業公司低氫脆鍍鎘工藝標準中規定可以通過添加ARP210去除，也可以采用冷卻法去除，即將槽液在冷卻至4℃以下去除結晶的碳酸鈉。冷卻法不僅不會帶入雜質，槽液中部分雜質還會與碳酸鈉共沉積出來。

三價鉻：鍍鉻溶液中三價鉻直接影響到鍍鉻層的性能。為提高鍍鉻溶液中三價鉻含量，現行標準HB/Z 5072《電鍍鉻工藝》等一般采用電解法電解生成三價鉻，但三價鉻生成速度僅為0.25gCr2O3/A·h，耗能很高。試驗表明通過向鍍鉻液中添加草酸或雙氧水，其中草酸作為還原劑，可將六價鉻迅速還原至三價，且不會帶入雜質[7-8]。與之類似，對于不銹鋼電化學拋光槽，也可采用電解法處理三價鉻，通過電解將作為雜質的三價鉻轉化為六價鉻，延長槽液使用壽命。

1.3 槽液的再生

部分化學穩定性較差的槽液容易因各種原因出現渾濁等現象，針對這種槽液應給出槽液的再生處理方式。在HB/Z 107《高強度鋼零件低氫脆鍍鎘-鈦工藝》中給出了鍍鎘-鈦槽液的再生方法，將槽液加熱后調整pH值至8～9，過濾沉淀，處理后的槽液經補加藥品后可恢復正常使用狀態。

1.4 槽液的廢棄

部分只適合一次性使用的槽液在使用后仍含有較多化學藥品，針對此類廢棄槽液應給出處理建議。如化學鍍鎳廢棄槽液可以采用化學沉淀法、離子交換法、電滲析法、電解法等方法進行的回收和利用[9-10]，而在HB/Z 5071《化學鍍鎳工藝及質量檢驗》中化學鍍鎳溶液配方3僅可使用一次，廢棄槽液中仍含有大量的鎳離子、磷離子，但并未給出廢棄槽液的處理方法，不利于資源的合理利用及環保。

2.電鍍槽液維護管理建議

由上述分析可知，為提高電鍍槽液維護管理水平，現行電鍍標準應在以下幾個方面進行規范和完善。

2.1 明確電鍍槽液的配制濃度及控制濃度

明確電鍍槽液的配制濃度及控制濃度能有效避免因槽液配制濃度不當造成槽液維護周期過短的問題。明確電鍍槽液的控制濃度，還有利于電鍍槽液的維護者更好地識別雜質的控制要求，避免因雜質超標導致的不合格品出現。

明確槽液的控制濃度時，對于需要化學分析的成分，應給出該成分的化學分析方法或指標，避免化學分析方法與槽液的控制需求不匹配。例如，在高強度鋼零件低氫脆鍍鎘鈦工藝控制中要求對氯化銨含量進行分析控制，其主要目的是控制溶液中可起到輔助絡合的銨根離子。在化學分析時，既可以通過氯離子含量計算氯化銨含量，也可以通過銨根離子計算氯化銨含量。如未指定分析方法，就有可能造成通過氯離子計算氯化銨含量，氯化銨測定結果偏高，鍍鎘鈦槽液中氯化銨含量不足的故障發生。

此外，對于一些配制指標與控制指標不一致的槽液，也應明確給出明確的控制標準，便利于科學的對電鍍槽液進行維護。如傳統的四堿除油配方，在使用過程中很難對磷酸鈉、硅酸鈉含量進行精確測定，且需要定期清理報廢部分槽液，配制時應規定氫氧化鈉、磷酸鈉、硅酸鈉、碳酸鈉的配制濃度，但控制時可只規定溶液的總堿度控制指標，不必分別對氫氧化鈉、磷酸鈉、硅酸鈉、碳酸鈉濃度進行分析及控制。

2.2 控制入槽前清洗用水水質

進入電鍍槽前最后一道清洗用水因其不可避免地會帶入鍍槽，應采用與鍍槽配槽用水相同的水質，并針對電鍍槽液對有害雜質的敏感程度，設置水質控制指標，以防將有害雜質帶入電鍍槽，造成電鍍槽雜質含量超標。因清洗水水質往往變化較快，清洗水更換也較頻繁，因此常用常規的定期化驗分析方式不能保證水質一直符合控制要求。針對這種情況可采取每槽生產前用便攜式電導率測試清洗水電導率，或設固定的電導率測試儀，實時對清洗水的電導率參數進行監測，保證水質始終符合要求。

2.3 陽極腐蝕、退鍍工序單獨設槽

為避免陽極腐蝕工序導致的鍍槽鐵離子含量迅速上升，應盡量避免采用陽極腐蝕工序，如必須采用，可以設置單獨的陽極腐蝕槽位，以避免鍍槽鐵離子超標。為避免退鍍工序導致的鍍槽、活化槽雜質含量迅速上升，應設置單獨的退鍍槽位，延長鍍槽、活化槽的使用壽命。

同理，對于電鍍夾具的退鍍，也應盡量單獨設槽，不與零件退鍍槽合并，避免常規生產用槽槽液成分的過快消耗。

2.4 明確電鍍槽液中各種成分的控制方法

電鍍槽液中除了正常采用分析-添加模式的槽液成分外，其他各種成分也應給出控制方法，確保槽液成分的穩定，避免槽液出現臨時故障導致的停工或槽液報廢。

添加劑的控制要根據其在電鍍溶液中所起作用及消耗方式，通過試驗來確定并做好試驗記錄，保證整個過程是可驗證的，試驗方法可參考JB/T 7704.1-6系列《電鍍溶液試驗方法》。

各種雜質應給出控制方式，如采用電解、過濾、吸附等方法去除。為規范操作，應明確要求，盡量給出定量標準，便于執行及控制。如電解法每安時可去除雜質含量、過濾介質種類、過濾速度、過濾精度、單位體積過濾面積、吸附時添加活性炭量等參考數據。

2.5 明確槽液再生、廢棄要求

針對化學穩定性較差的槽液，如鍍錫、鍍錫鉍等，應給出槽液再生方法。部分只適合一次性使用的槽液，如化學鍍鎳等，應給出槽液的處理方法，避免化學藥品的浪費和污染物的排放。

3.結語

提高電鍍槽液維護管理水平不僅能提高電鍍工藝質量控制水平、保障電鍍零件的正常生產，還可以有效地減少污染物排放，提高電鍍生產過程中資源綜合利用水平。

提高電鍍槽液維護管理水平不僅需要從技術上研究電鍍槽液各因素控制方法，從管理上嚴格要求，還需要在電鍍標準編制過程中就對槽液維護管理內容進行規范，從工藝實踐出發對槽液維護要求進行明確說明。