电镀工艺

机械镀锌铁是一种与电镀锌、热镀锌铁、达克罗处理不同工艺过程的防腐镀层，它的工艺特点是：室温条件生产操作、镀层形成不属于电沉积，是由装载零件镀筒的旋转，使筒内的零件介质的相互碰撞、实现机械工业能传递来形成镀层；镀层结构为微粒级球形锌粉受机械力传递碰撞变形、成为扁平、碟形锌颗粒的层状叠加来凝结为镀层，这种结构镀层具有金属锌的基本物理特征，镀层的功能作用是为铁基本零件提供防锈蚀要求的阳极性保护镀层。工艺特性是：对高强钢工业零部件不产生氢脆危害及小型可滚镀零件的重防腐镀层（25-110um）替代热浸镀锌工艺具有工业应用的竞争优势。1.机械镀锌主要式艺过程1.1机械镀锌铁主要工艺流程零件前处理、除油、除锈（可线下处理）→水洗→闪镀置换铜→水洗→机械镀锌沉积过渡底层→机械镀锌沉积→水抛光→零件倒出分离→热水洗（或按要求零件表面铬钝化、浸相关保护层）→甩干并烘干→检测验收。1.2零件前处理、除油、除锈对普通件，可按表面处理常规方法，但对高强钢基体零件的除锈、除氧化皮，尤为注意，因为不能较长时间采用含氢离子的强酸性化学材料对零件表面进行除锈及除氧皮，这样处理会对零件钢基产生一定渗氢影响，所以，应采用机械法来解决：如喷沙、振动光饰、抛丸工艺等。1.3闪镀置换铜置换铜层无厚度要求，但要完全覆盖零件基体表面，它的作用是：提高镀层结合力、有利于镀层表面状况的均匀性、阻挡工艺过程产生的氢对基体的渗入。另一作用发现，因为铜层具有良好的电导，相同锌镀层厚度的机械镀锌零件与渗锌零件同在盐雾箱进行试验考核比较，在盐雾试验达到11个周期时，发现由于盐雾水流的冲刷，渗锌零件的棱角处批量件出现红锈，而机械镀锌棱角处虽然已见露基体，但批量六件均不产生红锈：这是由于置换铜层的电阻小、电子导电畅通，保证了铁基体正常的电化学阴极状态，所以，该置换铜层对机械镀锌镀层结构的电化学防腐能力尤为重要。关于内镀置换工序，美国机械镀锌的通用技术标准，指定的ASTM—B695—91,就有内闪镀置换铜工序的技术要求：而我国国家机械工业局2000年1月1日颁布实施的“钢铁制件机械镀锌”、机械行业标准（JB/T8928—1999）对机械镀锌工艺中的置换铜层不作规定，对此：可按供、需双方的要求来确定。1.4机械镀锌沉积过渡底层这一工序是针对置换铜层而言，实施步骤是定量的机械镀锌专用引发剂和少量的渡覆锌粉加入滚动的渡筒内，滚动3—5min就可以形成使原来零件基本的铜层转变为银灰色的复合镀锌层。该镀锌层质量的优劣将影响后续加厚渡层的韧性与渡层结合力。1.5机械镀锌沉积定量分批次加入沉锌引发剂、渡层厚度要求韵锌粉可在15cm—30min定成此工序，达到工业零件要求的防腐镀锌层厚度。1.6水抛光机械镀锌粉表面为非镜面半光亮渡层，水抛光工序就是机械镀锌的引发剂及锌粉都后。镀筒继续转动，使零件镀层表面达到均匀光亮的银白色表面，一般需要转动5—10in，虽然该镀层达不到电镀具有的镜面光泽、但表面的光滑、光亮度要优于热浸镀锌层。水抛光的镀筒转动时间有一个极大值，超过特定的极大值时锌镀层将有一定程度的切削破坏。1.7零件表面铬钝化机械镀锌层，特别是在最初条件下，在潮湿的空气中，易在镀层表面产生白色腐蚀物，必须通过透明铬钝化、黄色铬钝，使所形成铬的钝化膜防止白色腐蚀物产生。1.8检测验收机械工业镀锌厚度、镀层质量，取决于工艺操作、工艺配方及工艺定性、定量的规范控制：所以镀层质量的检测认定尤为重要，合格的检验结果将指导机械镀锌工艺对不同零件批次量的正确生产。2.国内机械镀锌初期研发与应用历史2.1国内机械镀锌初期研发与应用国内机械镀锌工艺的技术文献报导，最早由上海开关厂的吴载昌工程师发表于《材料保护》1975年第六期，文章题目为“机械镀”：到目前，应用于生产的报导，基本上是机械镀锌技术。在生产实际应用上，上个世纪八十年代中期，由香港引进机械工业镀锌滚筒设备及化学原料在广州水暖器材厂进行玛钢管件的机械镀锌，为国内机械镀锌工艺技术工业应用的开始。我国的机械镀工艺技术的自主研发是从二十世纪年代的中、后期开始的，这得益于改革开放后与世界工业交流的启迪。2.2国内机械镀锌工艺打桩水平的基本定位国内从1989年在天津及其它地区开始把国内自主研制的机械镀锌工艺技术应用在工业零部件上，如：碟形弹簧、制钉、玛钢管件等；但当时的机械镀锌滚筒设备仅为单一转速，工艺技术在国内尚无标准依据、技术水平定量控制并不完善：在此条件下，进人工业应用市场，违背市场发展规律，所以，这一时期的机械工业镀锌工艺的技术水平与生产应用基本处于踏步不前状态，这表现在玛钢管件行业应用机械镀锌较为突出，究其原因，机械镀锌生产的应用，参照热浸镀锌技术标准的考核，从硫酸铜试验次数要求、厚锌镀层结合力、镀层表面光亮度、厚镀层的韧性等，在批量生产上均表现为重现性不稳定。这就是当时的机械镀技术特有的定性、定量工艺控制技术仍未达到产品质量要求的技术水平。工业市场的需求是引领技术发展的动力，由于机械镀锌零部件产品的出口需求增加、机械镀工艺特有的技术功能，如对高强淬火钢零件的镀锌无氢脆危害、对使用滚镀方法的工业零部件镀厚锌要求时，采取机械镀锌替代热浸镀锌具有的综合的竞争优势，推动了国内机械镀锌的较快发展；从二十世纪90年代中期开始，国内机械镀锌工艺技术有了长足的发展：体现机械镀锌新技术水平应用的有，如经淬火的硬质射钉产品的稳定批量出口，单件重量1.3kg、50um以上镀层厚度的40Cr高强度钢螺栓产品的质量合格出口，证明国内机械镀技术工业应用与国外技术水平的拉近，这时的机械工业镀锌工艺可人为控制50~70um、硫酸铜试验通过4-6次，并且镀层韧性优良，这三个技术指标的应用控制，确保了采用的机械镀锌产品的户外长期防腐能力不低于热浸镀锌。同时国家机械工业局2000年1月1日颁布实施机械工业行业技术标准：“钢铁制件机械镀锌”(JB/T8928-1999)。进入20001年，随着淬火钢五金零件机械镀锌产品出口的增长，外商要求产品镀层表面亮度的质量，要与国内从美国引进的机械镀锌技术所生产的产品、达到表非面装饰的一致性，针对这种情况，由国内自主技术基础研发机构，在原机械镀锌工艺基础的平台上，通过创新、在所用原料完全产化的条件下，使国内机械镀锌生产的产品与发达国家生产的机械镀锌产品，达到了一致的镀层质量水平。3.机械镀锌与电镀锌、热浸镀锌、达克罗处理对比应用优势3.1与电镀锌的对比应用优势在工业应用上，电镀锌过程将在阴极析出氢气，这会对作为阴极析出氢气，这会对作为阴极上受镀的高强钢零件产生渗氟作用，结果使这种高强钢零件在使用过程中产生氢脆断裂而引发事故（目前国内，时有发生淬火高强射钉在使用过程中和崩断事故，这与采用电镀锌工艺有相当关系。发达国家对于射钉产品使用的安全规范，拒绝射钉表面防腐采用易产生氢脆断裂的电镀工艺）：机械镀锌工艺对高强钢零件的镀覆不产生氢危害，这一功能优势，电镀锌是不可比的。另外，对比电镀锌，机械工业镀锌工艺的优势是：操作简单、对细小零件的滚镀更易控制，能耗少、半小时时间就可以完成50um镀层厚度的镀覆。3.2与热浸镀锌的对比优势热浸镀锌工艺的镀锌层，是用于钢铁基本长期户外防腐蚀镀层工艺，这种工艺用在大型钢铁件（输电铁塔、工程钢结构等）镀锌防腐上，下容质疑：但在户外使用紧固零件的热镀浸锌上，国内工艺过程实施、基本是手工操作，加上热浸镀锌工艺过程的特征，与机械镀锌工艺的特点比较，就呈现出工艺应用的优劣问题，如：热浸镀锌镀垫片类、细小类零件时，零件易粘连，镀螺纹零件，熔融锌镀层会堵塞螺纹、对螺母，必须镀后重新套螺纹扣；烟尘、粉尘、金属热蒸汽污染严重，而机械镀锌工艺则不存在这类缺点，此外，机械镀锌镀层表面要比热浸镀锌表面来得光滑、光亮；对环保来讲，是具有相当可比性的清洁工艺。从功能上，高温熔融的热镀锌过程会对淬火高强紧固零件的表面造成退火变软，如8.8级高强钢高速公路护栏紧固件，采用热浸镀锌时，按技术标准进行的拉力试验，就反映出产品质量不合格或不稳定性。机械镀锌是室温条件操作，就不会对淬火钢零件的表面造成退火影响。机械镀锌镀层还具有抗大气酸雨的功能，通过试验对比，它的抗菌素酸雨能力是热浸镀锌层的三倍，如相同镀层厚度的机械镀锌零件与热浸镀锌零件在10％～15％的稀硫酸溶液中浸泡，其酸腐蚀露铁时间，机械镀锌层比热浸贸然锌层将延迟三倍．这种抗酸雨功能应用于大气酸雨严重的户外电力铁塔式紧固零件将尤为重要．上述要求对比事例说明，要求长期防腐蚀的户外应用紧固零件的镀锌防腐，完全可以用机械镀锌赵公元帅代热浸镀锌．3.3与达克罗处理对比优势达克罗处理是近年来国内开始应用的防腐涂层工艺，涂层厚度一般为5～10um，工艺在薄镀层的应用上，有相当突出的涂层的防腐优点．对于一些防腐蚀要求不高的薄镀层五金零件，采用机械镀锌的优点：工艺操作简单、能耗低、表面光亮度好、而且工业加工成本低于达克罗处理。对于户外应用长期防腐蚀的紧固件镀层，都是牺牲阳极性质的锌镀层，镀层含有足够的含锌量、才能确保了户外应用的紧固零件数十年的防腐能力。达克罗处理涂层的防腐蚀性能是涂层的整体铬钝化。组成涂层的每一微粒级锌、铝磷片都被铬钝化、其锌、铝固有的牺牲阳极作用不占主导地位，所以说，起主要防腐作用的为涂层的整体钝化功能。对于户长期防腐蚀要求的镀层，达克罗处理涂层具有的防腐含岛上量远达不到技术要求量，而涂层的钝化膜，长期处于户外大气条件下，也将产生破坏并会缩短固有的抗腐时间。所以，讨论的这些源于发达国家的防腐工艺应用，在其技术标准上，都有明确的区分和指定，如美国“输电铁塔镀锌螺栓”技术标准：ASTM—A—394—93:“公路护栏波形梁”技术标准：AASHTO—M—180—89,规定有，户外长期使用的紧固螺栓防腐镀层，采用热浸镀锌或机械镀锌，并规范有锌镀层重防腐的含锌量；所以规范户外大气长期防腐蚀条件，对于紧固件，机械镀锌厚镀层的应用，要比达克罗处理涂层的应用更为适合。4.与发达国家机械镀锌比较及相关应用技术标准4.1与发达国家机械镀锌相比较国际上，对机械镀的定义有两种，英文的称呼为：MechanicalPlating和MechanicalGalvanizing,中文翻译为：机械镀和机械浸镀，实际上，这两种定义的工艺过程操作是一样的，只不过机械镀是指薄的镀层，厚度为25um以下的、机械浸镀是指25—110um的厚镀层，在国内都统称为：机械镀目前国内的机械镀锌工艺技术，通过十几年的发展，原材料的改进及配方技术的创新提高，使用的机械镀锌镀层质量与发达国家相比，已经差别不大，同时也可以进行机械镀锌一锡合金、机械镀锌铝、镀黄铜装饰金色等，但在机械设备自动化应用生产上，国内的工艺生产基本上仍属于劳动密集型。在机械镀锌镀层结构调整研发上，我国与发达国家相比，仍存在一定的差距，发达国家的机械镀锌工艺技术为提高镀层的耐蚀性及优化镀层表面性能，已经引入了镍、钻、实施的复合机械镀锌层，并获取了相关技术专利。4.2机械镀锌工业应用的技术标准机械镀锌工艺在我国的应用已有十几年的历史，国内第一个机械镀锌技术行业标准：“钢铁制作机械镀锌）（JB／T8928-1999）,由国家机械工业局2000年1月1日颁布实施，这只是机械行业的一个通用标准，相关各行业的机械镀锌应用技术标准仍未出台，所以在对不同行业零部件产品实施机械镀锌时，可参照美国相关各行业的机械镀锌应用标准：(1)机械镀锌通用技术标准：ASTMB695—91《钢铁上锌机械沉积层际准规范》。(2)输电铁塔镀锌螺栓标准：ASTMA394—93.(3)钢结构连接用高强螺栓标准：ASTMA325M—97.(4)公路护栏用波形梁标准：AASHTOMI80—89.(5)国家公路与运输管理协会，行业通用机械镀锌标准：AASHTO—M298—92.(6)木材基体材料用制钉标准：ASTMF547—77(Reapproved1995).(7)美军应用机械镀标准：MIL—C—81562B.(8)通用汽车公司机械镀锌企业标准：GM6183M(13DM360).(9)福特汽车公司机械镀锌企业标准：ESF—MIP67—A.