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          文章

          鉸鏈機械鍍鋅的生產工藝

          1    前言
                  鉸鏈一般用在門窗的連接上,其使用環境多在城市和農村的室內或室外,室外鉸鏈的表面處理以防腐性能為主,多用于車庫、倉庫等門窗的連接,且近幾年來的出口量在逐漸增大。采用電鍍鋅已不能滿足這一要求,而采用Dacromet技術也因Cr6+的析出很難被人們廣泛認可。生產實踐證明,機械鍍鋅是鉸鏈達到防腐要求的最佳選擇。但是,鉸鏈的形狀和大小不一,在長度方向有的長1~2英寸,有的長達8~10英寸;在形狀上有的近似為矩形,有的近似為三角形;鉸鏈又多為薄板件,且在邊棱和邊角處存在刃口。所有這些因素均不利于得到均勻的鍍層。機械鍍鋅工藝在鉸鏈表面防腐的應用早在幾年前已經開始,本文在生產實踐的基礎上分析了鉸鏈的機械鍍鋅工藝特點,對生產中存在的問題進行了分析并提出了解決的辦法。
          2    鉸鏈機械鍍鋅工藝
          2.1    前處理工藝
                  前處理主要是:脫脂(除油)->除銹->毛化。
                  脫脂可采用熱堿法、電解法、高溫氧化法,然后用清水沖洗到pH值為6~7。需要注意的是:鉸鏈一般由冷軋薄板沖壓而成,表面不可避免地存在蠟,所以最好選用高溫氧化法脫脂。例如,可采用電爐加熱或其它設備加熱的方法將鉸鏈表面氧化,進而脫脂。
                  除銹可采用工業稀鹽酸+硫酸+緩蝕劑除銹,處理完畢經清水稍微沖洗后即可加入鍍鋅機滾桶。
                  毛化的主要目的是增加鍍鋅層和基體之間的結合強度。鉸鏈表面非常光滑,這并非是好事,容易造成鍍層較難形成或漏鍍。最好在酸洗除銹后將鉸鏈放入六角滾筒或振動拋光機中進行表面毛化處理。有的鉸鏈在角棱處存在尖角,在施鍍前也應該進行打磨處理,消除尖角。
          2.2    機械鍍鋅工藝流程和工藝規范
          2.2.1    工藝流程
                  以某一規格(8英寸)的倉庫大門用丁字鉸鏈為例,待鍍鉸鏈重約4kg,選用鍍鋅設備為30公斤級機械鍍鋅機,滾桶轉動線速度為50~60m/min。機械鍍鋅工藝采用少錫鹽沉積工藝,與錫鹽沉積工藝相比前者具有以下優勢:無預鍍銅處理,沉積環境穩定,沉積過程穩定,鍍層致密,結合強度高。鉸鏈機械鍍鋅工藝流程如下:
                  加料(鉸鏈+水+玻璃珠+H2SO4)->建立基層[加入(鋅粉+含無機鹽的電解質溶液Ps)]->加入活化劑A液y鍍層增厚[循環加入(鋅粉+活化劑B液)]->水拋光(加入水+少量Ps)->卸料->分離->后處理
          2.2.2    工藝規范
                  (1)加料:將前處理完畢的鉸鏈加入到鍍鋅機鍍桶中。然后裝入玻璃丸(玻璃丸規格:h3mm~4mm為主,加入量需覆蓋鉸鏈),加入適量的水(自來水或中和處理后的鍍鋅排放水)和硫酸,調整鍍桶內pH值為1~2,以保證鍍桶內的弱酸性施鍍環境。玻璃珠的作用致使鍍鋅層致密化,誘發鋅粉顆粒發生變形。
                  (2)建立基層:加入鋅粉和Ps(含無機鹽的電解質溶液),在酸性環境中金屬鋅和Ps及金屬基體鐵(鉸鏈)之間發生一系列物理化學反應,在清潔的基體(鉸鏈)表面上形成薄薄一層鋅)錫合金層,為后續的鍍層增厚做好準備。Ps的加入量要適當,過高,導致所建立的基層厚度不均勻、表面粗糙、進而降低鍍鋅層和基體之間的結合強度;過低,基層建立不完全,造成漏鍍。
                  (3)活化劑A液的加入量:A液是由非離子型表面活性劑與陰離子型表面活性劑復合而成的保持性活化劑,能使基體表面與溶液中的鋅粉始終保持相反的電位,可以造成鋅粉在數秒鐘內以藻團狀在基體表面上形成松散的吸附。A液加入過多,鋅粉分散強度大,吸附、沉積過程緩慢,但鍍層致密;反之,鋅粉分散強度小,吸附、沉積過程加快,鍍層松散。
                  (4)活化劑B液的加入量:鉸鏈鍍層厚度要求為30~40Lm,加料3~4次(每次鍍層增厚8~10Lm),整個鍍鋅過程需要約30min,每次循環加入鋅粉和B液。B液是由非錫類金屬鹽與無機酸式氨鹽復合成的沉積性活化劑,其中的金屬鹽分解出金屬離子與鋅粉會發生化學反應,其主要作用是使基體表面的鍍鋅層循環增厚。其加入量的多少會影響到鍍鋅層形成的快慢和鍍層的致密性。
                  (5)水拋光:當鍍層增厚完成后,鍍層的表面比較粗糙,顏色呈暗灰色,并且鍍桶中有少量的浮鋅存在,加入水和少量的Ps,轉動滾桶4~5min,使極少量的浮鋅沉積到鍍層表面,增加鍍層表面的平滑度和光澤度。卸料時轉動滾桶,調整滾桶軸線角度,鉸鏈滑出滾桶,然后及時將鉸鏈和玻璃珠分離。鉸鏈和玻璃珠的分離可采取2種方法:①是利用振動篩憑借沖洗水將玻璃珠和鉸鏈分離;②是采用磁力分離裝置將鉸鏈和玻璃珠分離。此處的機械鍍鋅工藝采用前者,人工將鉸鏈和玻璃珠分離。分離后玻璃珠可以循環利用。
          2.3    后處理工藝
                  鉸鏈機械鍍鋅后一般不進行鈍化或染色處理,只需經烘干處理即可,烘烤溫度可選100~150℃,時間40~60min。烘干的主要目的是:去除鉸鏈表面水分,避免鉸鏈表面留下斑痕(玻璃珠和鉸鏈表面接觸處水分未及時干燥而引起)而影響鍍層外觀。
          2.4    廢液處理
                  機械鍍鋅的廢液主要是鋅離子超標和水溶液酸度過高,采用堿或石灰中和、沉淀的辦法可達到2級排放標準。為了節約水資源,進一步降低鍍鋅成本,在水處理過程中適當減少堿或石灰的使用量,使廢水處理后呈弱酸性,循環使用。工廠的實踐結果表明,機械鍍鋅廢液經此種方法處理后比潔凈的自來水更適于機械鍍鋅。
          3    鉸鏈機械鍍鋅鍍層質量研究
          3.1    鍍層的外觀質量
                  鍍層呈均勻的半光亮銀灰色,顏色與國外樣品相比稍暗,但鍍層的光滑度明顯提高;鍍層表面不存在露底現象,有的鉸鏈表面上有輕微的劃痕,但影響不大;鍍層無起皮,無夾雜,無結瘤及其它影響鍍層外觀和性能的缺陷。
          3.2    鍍層的孔隙率分析
                  采用貼濾紙法檢驗鍍層的孔隙率,檢測試液的組成為:鐵氰化鉀10g/L,氯化鈉20g/L。用酒精將鉸鏈表面多次擦洗,經蒸餾水清洗后用新鮮濾紙吸干。將潔凈的剪成一定尺寸的濾紙浸入試液中,然后將浸潤試液的濾紙緊貼在被測表面上,濾紙和被測表面之間不得有氣泡殘留。5min后揭下濾紙,用蒸餾水小心沖洗,貼于干凈玻璃板上晾干。計算藍色斑點的數目。孔隙率=n/S(個/cm2),其中n為藍色斑點的個數;S為受檢的表面面積(cm2)。在鍍層表面反復檢驗多次,沒有發現藍色斑點,即孔隙率為零。說明鉸鏈機械鍍鋅層具有足夠高的致密性。
          3.3    鍍層的厚度
                  鍍層的厚度基本均勻,但邊緣部位鍍層稍厚,中間部位鍍層稍薄,有效表面的鍍鋅層厚度都達到了標準要求。機械鍍鋅的特點決定了其鍍層厚度存在不均勻性,在工件的邊角、刃口、內孔和凹槽等區域,鍍層厚度較薄,這些區域上的鍍鋅層厚度允許低于標準的要求。
          3.4    鍍層的耐腐蝕性能
                  試驗結果表明,鉸鏈機械鍍鋅的耐鹽霧腐蝕性能達到了相關標準的要求。
          4    鉸鏈機械鍍鋅存在的問題及解決方法
          4.1    存在的問題
                  以上的分析表明:鉸鏈采用機械鍍鋅可以獲得滿意厚度的鍍鋅層,能滿足室外防腐的要求,且生產率高,如采用JDX100系列鍍鋅機每40~50min可加工100kg。但是,在實際生產中小尺寸的鉸鏈機械鍍鋅質量容易控制,而大尺寸鉸鏈在電鍍過程中,有時會出現一些質量缺陷。主要的缺陷是鍍層疏松或鍍層表面劃痕較多造成露底,兩者都嚴重影響鍍件的耐腐蝕性能和外觀。由于鉸鏈材質是表面光滑的鋼板,故對鋅粉的沉積不利,只有當鍍液與工件之間具有較高的沖擊力,工件表面才能得到致密的鍍層。但是如果鍍桶轉速偏高,則鉸鏈上的邊角、尖棱又會損傷鍍層,從而產生上述矛盾現象。
                  上述缺陷產生的原因還會受到鍍液pH值大小、各活化劑的加入量、加料強度、施鍍時間、鍍桶擺動角度等的影響,這里不再重復。
          4.2    解決方法
                  綜合各有關影響因素,解決鉸鏈機械鍍鋅所出現問題的合理方法是:
                  (1)鍍桶采用高、中高、中的轉速變化機制,在基層建立時高,增厚時中高,鍍最外層和滾光時中速。具體的轉速應根據鉸鏈的尺寸大小確定。將鉸鏈表面、邊角打磨,減輕對鍍層的劃傷。
                  (2)增加玻璃珠的加入量,盡量將鉸鏈覆蓋,緩和鉸鏈之間的劃擦、沖擊。檢查玻璃珠的使用情況,及時清除玻璃珠中的鋅片和破碎玻璃珠。
                  (3)鍍小尺寸鉸鏈時,應充分考慮鉸鏈三個側邊的面積,計算出正確的待鍍表面積,以確保各物料的正確加入量。
                  (4)嚴格控制前處理質量,確保油、蠟除盡,保證鍍件表面具有較強的吸附活性。各種活化劑的存取器皿要嚴格分開,確保不受污染。
                  (5)強化時,Ps的加入量應嚴格控制,寧少勿多;強化時間要充足,鉸鏈的分離、沖洗、干燥要及時,徹底。
          5    結論
                  鉸鏈機械鍍鋅經過30kg級設備試驗及100kg級生產設備小批量調試,可以加工出滿足質量要求的機械鍍鋅鉸鏈。說明了只要嚴格控制鉸鏈的前處理質量,適當調整機械鍍鋅的工藝參數,是完全可以得到高質量的機械鍍鋅鍍層的。至今,該工藝在實際生產中已穩定運行3年。


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