電鍍鋅層三價(jià)鉻鈍化膜耐蝕性的影響因素
發(fā)布時(shí)間：2014-08-08
發(fā)布者： 張力 專家
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傳統(tǒng)的電鍍鋅鈍化采用六價(jià)鉻鈍化工藝，該鈍化膜具有外表裝飾性強(qiáng)、耐蝕性能好和可以自我修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。但六價(jià)鉻是一種劇毒物質(zhì)，具有致癌、致畸和誘發(fā)基因突變的危害，嚴(yán)重污染環(huán)境和危害人體健康，其應(yīng)用已經(jīng)受到了嚴(yán)格限制。三價(jià)鉻的毒性約為六價(jià)鉻的1%，符合清潔生產(chǎn)的發(fā)展潮流。
 
如今采用三價(jià)鉻鈍化工藝已成為緊固件電鍍鋅表面處理的典型工藝，大家目前最關(guān)注的是三價(jià)鉻鈍化膜的耐蝕性，即三價(jià)鉻鈍化膜在中性鹽霧試驗(yàn)中出現(xiàn)白銹的時(shí)間和出現(xiàn)紅銹的時(shí)間。前者主要取決于鈍化膜的質(zhì)量和封閉效果；后者主要取決于鍍鋅層的厚度和鍍鋅工藝類型。
 
1、三價(jià)鉻鈍化膜的成膜機(jī)理
三價(jià)鉻鈍化液的主要成分有三價(jià)鉻、氧化劑、成膜促進(jìn)劑、絡(luò)合劑和添加劑等。
 
三價(jià)鉻鈍化膜主要成膜反應(yīng)如下。
 
①    溶鋅過(guò)程：Zn+Ox（氧化劑）→Zn2+ + Ox -
Zn+2H++ Zn 2++H2 ↑
 
②成膜過(guò)程：Zn2+ + xCr3++yH2O→ZnCrxOy+2yH+
③溶膜過(guò)程：ZnCrxOy+2yH+→Zn2+ + xCr3++yH2O
 
2、三價(jià)鉻鈍化膜的主要特點(diǎn)
三價(jià)鉻鈍化膜和六價(jià)鉻鈍化膜的主要特點(diǎn)見表1。
 
表1     三價(jià)鉻鈍化膜和六價(jià)鉻鈍化膜的主要特點(diǎn)
 
項(xiàng)目
三價(jià)鉻鈍化膜
六價(jià)鉻鈍化膜
常見顏色
藍(lán)白（含白色）、彩色、黑色。
藍(lán)白（銀白色）、五彩、軍綠色、黑色。
鈍化膜組成
幾乎為100%三價(jià)鉻。
三價(jià)鉻和六價(jià)鉻并存，其中三價(jià)鉻難溶，強(qiáng)度高，起骨骼作用，約占30%；六價(jià)鉻易溶，較軟，對(duì)鍍鋅層有鈍化作用，約占70%。
鈍化膜的耐蝕性
由于無(wú)自我修復(fù)能力，膜層一旦受損，腐蝕很快發(fā)生，必須通過(guò)“封閉”提高鹽霧耐蝕性能，與六價(jià)鉻鈍化膜相比，三價(jià)鉻彩色鈍化膜和三價(jià)鉻黑色鈍化膜的耐蝕性較弱，但三價(jià)鉻藍(lán)白色鈍化膜的耐蝕性和六價(jià)鉻藍(lán)白色鈍化膜相差不多。
耐蝕性能較強(qiáng)，膜層被劃傷后，由于鈍化膜具有自我修復(fù)能力，所以其耐蝕性不會(huì)變差。
鈍化膜的耐熱性
耐熱性比六價(jià)鉻鈍化膜好，200℃以上并保持較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，仍能保持原有70%以上的耐蝕性，尤其適用于需要高溫條件下使用的緊固件和10.9及以上級(jí)螺栓驅(qū)氫件。
加熱到80℃以上并保持?jǐn)?shù)分種后鈍化膜容易脫水開裂，暴露出鍍鋅層，這導(dǎo)致耐蝕性下降。
鈍化膜微觀形貌
表面裂紋為有規(guī)律的斜長(zhǎng)紋，裂紋細(xì)小，密度較大，在腐蝕過(guò)程中，鈍化膜沒(méi)有自我修復(fù)能力，僅依賴這些裂紋分散腐蝕電流來(lái)減緩腐蝕速度，達(dá)到耐腐蝕目的。
表面裂紋呈無(wú)規(guī)律網(wǎng)狀，且裂紋較大，裂縫中的Cr6+使鈍化膜具有一定的自我修復(fù)能力。

3、    影響三價(jià)鉻鈍化膜耐蝕性的因素
3.1表面防護(hù)等級(jí)設(shè)計(jì)方面的影響因素
①電鍍鋅層的平均厚度及最小厚度
 
電鍍鋅層鈍化膜在中性鹽霧試驗(yàn)時(shí)的出紅銹時(shí)間與鍍鋅層厚度直接相關(guān)。要獲得良好的耐蝕性，一般要求鍍鋅層最小厚度≮6μm；另外，鋅層太薄會(huì)導(dǎo)致鈍化過(guò)程中鍍層被溶穿。
 
②鍍鋅工藝和光亮劑
 
目前，堿性無(wú)氰鍍鋅和酸性鍍鋅是兩大主要電鍍鋅工藝，在家電、通訊器材等中的緊固件以堿性無(wú)氰鍍鋅為主，通常堿性無(wú)氰鍍鋅的耐蝕性明顯優(yōu)于酸性鍍鋅，這是因?yàn)椴煌腻冧\工藝會(huì)選擇不同的光亮劑，這會(huì)影響到鍍鋅層的形成過(guò)程和內(nèi)在特性，從而影響電鍍鋅層鈍化膜的成膜質(zhì)量、結(jié)合力和耐蝕性。
 
③鍍鋅方式
 
在電鍍工藝、鈍化工藝和鍍鋅層厚度都相同時(shí)，掛鍍件的耐蝕性明顯優(yōu)于滾鍍件的耐蝕性。這是因?yàn)椋瑵L鍍件只能在較低的電流密度下進(jìn)行電鍍（否則邊角鍍層容易燒焦），因此低電流區(qū)域的鍍層很薄，另外，滾鍍件在鈍化時(shí)容易發(fā)生碰撞和劃傷等，也導(dǎo)致滾鍍件耐蝕性差的主要原因之一。
 
3.2生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理方面的影響因素
①定期分析鈍化液的成分
 
在鈍化過(guò)程中鍍鋅層被溶解、被氧化，鈍化液中的Zn2+濃度會(huì)不斷上升，當(dāng)鈍化液中Zn2+濃度過(guò)多時(shí)會(huì)影響到鈍化工藝的正常進(jìn)行，會(huì)造成影響鈍化時(shí)間的控制，從而最終影響到電鍍鋅層耐蝕性能。因此，必須定期檢測(cè)Zn2+質(zhì)量濃度和有害雜質(zhì)離子（如Fe2+、Cu2+）的質(zhì)量濃度，避免因鈍化液失調(diào)導(dǎo)致鈍化膜外觀色澤不良、發(fā)霧和耐蝕性大幅下降問(wèn)題，同時(shí)可以延長(zhǎng)鈍化液的使用壽命。
 
②烘干溫度
 
鈍化后新生成的三價(jià)鉻鈍化膜層質(zhì)軟、含水率高、膜層的強(qiáng)度很差，必須在較高溫度下烘干適當(dāng)時(shí)間（即“老化處理”）。一般的烘干溫度為60～80℃，如果烘干溫度過(guò)高或烘干時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，都會(huì)使鈍化膜脫水過(guò)度而龜裂，降低電鍍鋅層鈍化膜的耐中性鹽霧腐蝕性能；但烘干溫度也不宜太低，一旦老化不足耐蝕性也會(huì)下降。
 
③操作工藝規(guī)范
 
a、需用純凈水配制三價(jià)鉻鈍化液，因?yàn)樗|(zhì)直接影響鈍化膜性能。
 
b、滾鍍件鈍化時(shí)，浸漬用的吊藍(lán)最好用聚丙烯材料，不宜用不銹鋼材料。由于鈍化膜很嬌嫩，滾鍍件應(yīng)旋轉(zhuǎn)干燥；掛鍍件應(yīng)先用氣槍冷風(fēng)吹干后再烘干，以免有流掛痕跡。
 
c、三價(jià)鉻鈍化操作應(yīng)由熟練操作技工進(jìn)行，并避免六價(jià)鉻鈍化的生產(chǎn)習(xí)慣，如經(jīng)鈍化的滾鍍件倒入離心甩干機(jī)后立即加速，掛鍍件干燥后未經(jīng)獨(dú)立包裝就疊壓和搬運(yùn)等。
 
d、定期維護(hù)鈍化槽設(shè)備，經(jīng)常打撈落入鈍化槽中的工件并清理內(nèi)部泥渣，以延長(zhǎng)鈍化液的使用壽命。
 
④零件磕碰
 
三價(jià)鉻鈍化膜在烘干前、后，不允許出現(xiàn)碰傷和劃傷，所以在運(yùn)輸、搬運(yùn)中要輕拿輕放。
 
3.3鈍化工藝參數(shù)的影響
①鈍化劑的體積分?jǐn)?shù)
 
鈍化劑的體積分?jǐn)?shù)大多為10%～20%。生產(chǎn)中要正確控制鈍化劑比例，適時(shí)地補(bǔ)充和調(diào)整鈍化劑，以保證鈍化膜的耐蝕性能。
 
②鈍化時(shí)間
 
三價(jià)鉻鈍化膜成膜速度慢，需要較長(zhǎng)的浸漬時(shí)間，室溫下通常超過(guò)45S才能得到高防護(hù)性能的鈍化膜。鈍化時(shí)間一般為60～90S。
 
③鈍化劑的PH值
 
鈍化劑PH值直接影響鈍化膜的耐蝕性能。為此，要定期檢測(cè)和調(diào)整PH值，保證PH值在最佳工藝范圍。PH值一般為2.0～2.4。
 
④鈍化溫度
 
鈍化溫度低，鈍化膜成膜速度緩慢，鈍化膜薄、耐蝕性差；鈍化溫度高，鈍化液中表面活性劑和光亮劑的分解加劇，使得成膜困難，鈍化膜結(jié)構(gòu)梳松、鈍化膜耐蝕性下降。一般鈍化溫度為20～70℃，具體溫度因鈍化體系不同而不同。
 
3.4鈍化后封閉工藝的影響因素
①封閉劑的種類
 
封閉的作用是提高鈍化膜的耐蝕性能（抗白銹和抗紅銹時(shí)間），提高鈍化膜的耐溫性能和耐磨性能，提高產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。另外，還可以在封閉劑中添加潤(rùn)滑減磨劑，來(lái)調(diào)整車輛緊固件電鍍鋅層鈍化后表面摩擦因數(shù)。不同種類的封閉劑的中性鹽霧試驗(yàn)有不同的結(jié)果。
 
②    不同的封閉工藝
 
三價(jià)鉻鈍化工藝有典型工藝和簡(jiǎn)化工藝兩種流程。簡(jiǎn)化工藝將鈍化和封閉合為一步完成，可以簡(jiǎn)化鈍化工藝、提高生產(chǎn)效率；另外，簡(jiǎn)化工藝形成的鈍化-封閉復(fù)合膜層可以同時(shí)滿足外觀效果、力學(xué)性能、摩擦因數(shù)、耐蝕性能諸方面的要求。因此，與典型工藝相比，簡(jiǎn)化工藝具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
 
附：電鍍鋅產(chǎn)品品質(zhì)控制要點(diǎn)
1. 鍍液成分含量一定要保證，每天化驗(yàn)槽液，及時(shí)補(bǔ)充。（鍍液成分：不少于氯化鉀180～200g/L，氯化鋅40～45g/L，硼酸26～30g/L）
 
2. 陽(yáng)極鋅板面積要保證，及時(shí)更換小鋅板。
 
3. 槽液冷凍設(shè)備必須運(yùn)轉(zhuǎn)正常，將槽溫控制在20～30℃以內(nèi)。
 
4. 及時(shí)調(diào)整鍍液PH值，用鹽酸調(diào)整到PH5.8～6.4之間。
 
5. 蘭白鋅鈍化藥水要按比例配好后添加，（藥水：硝酸=2：1），每小時(shí)用試紙測(cè)量PH值，適當(dāng)添加（保證PH：2.0～2.5）。
 
6. 五彩鋅藥水根據(jù)產(chǎn)品顏色外觀情況及時(shí)添加。
 
7. 每班必須補(bǔ)充除油粉。
 
8. 鹽酸槽每天要放掉些舊酸，補(bǔ)充一定的新酸。
 
9. 出光槽每天更換新液。
 
10. 每天用雙氧水處理鐵雜質(zhì)，過(guò)濾機(jī)芯，及時(shí)清洗更換。
 
11. 定期用活性炭處理電鍍槽液。
 
12. 生產(chǎn)線要設(shè)置專人看線，隨時(shí)掌握產(chǎn)品質(zhì)量狀況。出槽時(shí)，要打開查看，發(fā)現(xiàn)不合格品不能出槽，查明原因，及時(shí)處理。
 
13. 蘭白鋅鈍化槽每天要用磁鐵打撈一次。
 
14. 鍍后產(chǎn)品甩干后，一定要用烘道烘干，才能保證產(chǎn)品不發(fā)霉，外觀鮮艷。
 
15. 每天生產(chǎn)的產(chǎn)品要檢測(cè)厚度，鹽霧試驗(yàn)產(chǎn)品一定要保證在5μm以上。
  
 
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