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摘 要 介紹氯化物鋅鐵合金在防護(hù)電鍍領(lǐng)域方方面面的應(yīng)用,總結(jié)10所應(yīng)用實(shí)踐的基本經(jīng)驗(yàn),批出是可望取代電鍍鋅與熱浸鍍鋅的理想工藝.
關(guān)鍵詞 電鍍、鋅鐵合金、應(yīng)用技術(shù)
1 前言
鋅鐵合金電鍍有酸性和堿性兩類溶液，鍍層鐵含量從0.2%~27%不等，含量高于3%為高鐵含量低于1%為低鐵含量，以0.2%~0.8%的防護(hù)性能最優(yōu)異。防護(hù)性能比鋅鍍層提高3-5倍已形成共識(shí)。
目前國(guó)外鋅鐵合金的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在歐洲、日本、美國(guó)和亞洲各國(guó)已得到大量應(yīng)用，特別是日本更為廣泛，Zn-Fe合金已完全取代了鍍鋅。
國(guó)內(nèi)的Zn-Fe合金已開始應(yīng)用于生產(chǎn)。本工藝為酸性氯化物體系，1992年初用于生產(chǎn)實(shí)踐，同年《電鍍與涂飾》第三期發(fā)表筆者的論文。10年來(lái)，已先后在國(guó)內(nèi)各電鍍雜志發(fā)表7篇本工藝性應(yīng)用論文。
1997年國(guó)防工業(yè)出版社出版的第三版《電鍍手冊(cè)》將本工藝編入電鍍合金章的鋅基合金一節(jié)內(nèi)。
本工藝取代電鍍鋅，鍍厚10μm，經(jīng)超低鉻(CrO32g/L)彩鈍后，按GB/T6458-1986標(biāo)準(zhǔn)作鹽霧試驗(yàn)7周期(168h)，樣件鈍化膜未變色，也無(wú)白銹，完好無(wú)損。取代熱浸鍍鋅，將鋼管鍍厚24μm，經(jīng)超低鉻(CrO30.5g/L)銀白鈍化后，按GB/T3091-1993標(biāo)準(zhǔn)作硫酸銅浸漬試驗(yàn)，結(jié)果表明，完全符合熱浸鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)。
這表明本工藝取代電鍍鋅與熱浸鋅是較為理想的。
2 工藝要點(diǎn)
2.2溶液配制
先將ZnCL2與KC1用 1/2體積水溶解，加鋅粉與粉狀活性炭各1g/L處理過(guò)濾入槽。以試劑HC1調(diào)PH至4。將抗壞血酸用適量水溶解后倒入以10倍水溶解的FeSO4.7H2O溶液內(nèi)，此時(shí)溶液顯渾，靜置到清澈透明時(shí)加入。ZF-A開缸劑以1-2倍水、ZF光亮劑以2-3倍水(夏秋冷水，冬春熱水)、ZF-B調(diào)整劑以2-3倍水稀釋加入。將水補(bǔ)加至所需體積，溶液攪拌均勻，電解4h試鍍生產(chǎn)。
2.3 氯化物鍍鋅液的轉(zhuǎn)化
鉀(鈉)鹽鍍鋅可直接轉(zhuǎn)化。
用1g/L-2g/L鋅粉5g/L-7g/L粉狀活性炭處理過(guò)濾，以試劑HC1調(diào)PH至4，現(xiàn)按本工藝所需成份含量補(bǔ)加即成。原有硼酸無(wú)多大影響，隨帶出量消耗完為止。
3 應(yīng)用
氯化物鋅鐵合金廣泛應(yīng)用于防護(hù)電鍍的方方面面。掛鍍除鋼鐵零部件外，則為鋼管內(nèi)外、線路金具、板材、輕鋼龍骨與瑪鋼管件等。滾鍍正在應(yīng)用。連續(xù)電鍍有線材與家用電器內(nèi)的小管材等。
本工藝應(yīng)用10年來(lái)，用戶作了較為客觀的評(píng)價(jià)。正如哈爾濱儀表廠電鍍分廠在《材料保護(hù)》2001年第6期發(fā)表的《電鍍鋅鐵合金工藝的應(yīng)用》一文中將應(yīng)用情況總結(jié)為三條：
(1) 鋅鐵合金鍍層硬度高，光亮度好。當(dāng)鍍厚10μm以上時(shí)，經(jīng)機(jī)械拋光，其亮度可與鍍鉻相媲美;
(2) 經(jīng)銀白鈍化后，作中鹽霧試驗(yàn)，96h無(wú)白銹。彩鈍后，鹽霧試驗(yàn)165h無(wú)白銹，且鈍化膜不變色;
(3) 鋅鐵合金比鍍鋅工藝更穩(wěn)定，鍍液易維護(hù)，鍍層防護(hù)性能比鍍鋅層提高3倍以上。
在生產(chǎn)實(shí)踐中，不公取代了電鍍鋅，還取代熱浸鍍鋅。因?yàn)閳?zhí)鍍鋅層不完全是純鋅層，確切地說(shuō)也是鋅鐵合金層。其組成為：η純鋅層—∈鋅—鐵層—δ鐵鋅合金層—y鐵—鋅層—a鐵基體。
鍍層除含鐵外，還要有一定的鍍層厚度。由于鍍鋅層厚而致密孔隙小，腐蝕介質(zhì)不易滲入腐蝕基體。
熱浸鍍鋅的鐵來(lái)自液態(tài)鋅對(duì)鐵制鋅鍋的熔解產(chǎn)生，Zn—Fe液中的鐵以離子態(tài)(Fe2+)加入的，在電場(chǎng)作用下，主要按異常共沉積機(jī)理形成Zn—Fe合金鍍層。鍍層晶粒比鋅層晶粒更加細(xì)小而致密，鍍厚24μm以上時(shí)，細(xì)小均勻的晶粒使鍍層致密得幾乎無(wú)孔隙，抗腐蝕性能還超過(guò)熱鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)(見表2)。
同時(shí)鋅鐵合金與熱鍍鋅比，在電鍍過(guò)程中的鋅耗、能耗成倍降低，生產(chǎn)成本也成倍降低，從而大大地增強(qiáng)了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。
4 體會(huì)
4.1 鍍液穩(wěn)定性的控制
pH值是弱酸性溶液的重要工藝條件，關(guān)系到溶液的穩(wěn)定正常。實(shí)踐體會(huì)，在本工藝中尤為重要，因此pH的穩(wěn)定是本工藝鍍液穩(wěn)定的基礎(chǔ)，也是基本經(jīng)驗(yàn)。
在弱酸性鍍液里，一般都以硼酸作緩沖劑以穩(wěn)定pH，筆者沒(méi)有加入。工藝試驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)踐表明，硼酸對(duì)本工藝的緩沖作用不大。用試劑配2000mLZn—Fe鍍液，1000ML 加硼酸30g，1000ML不加，在相同電流、時(shí)間、工件各鍍60dm2 后測(cè)pH均上升0.1。某廠 Zn—Fe液含硼酸30g/L，鍍輕鋼龍骨，生產(chǎn)兩班倒?jié)M負(fù)荷，每天還需要用稀HC1調(diào)pH，否則影響鍍層質(zhì)量。
此外，H3BO3 在氯鋅液中易形成不溶性聚硼酸鋅化合物，使陽(yáng)極表面形成較硬膜層，影響陽(yáng)極正常溶解，游離于溶液中，還降低鍍液導(dǎo)電性能。鑒于此可不用硼酸。
影響pH穩(wěn)定除陰極析氫外，則是陽(yáng)極。停鍍?nèi)〕鲫?yáng)極，生產(chǎn)再掛入，pH穩(wěn)定。停鍍不取陽(yáng)極，生產(chǎn)時(shí)(隔夜)測(cè)試pH上升0.5。這在工藝試驗(yàn)與生產(chǎn)應(yīng)用中均得到驗(yàn)證。
不取陽(yáng)極pH上升，是由于鋅陽(yáng)極浸入以鋅為主的鹽溶液里，無(wú)電流通過(guò)時(shí)，在陽(yáng)極與溶液兩相界面要自發(fā)形成雙電層。使溶液內(nèi)氧化與還原反應(yīng)無(wú)規(guī)則地不停地進(jìn)行。反應(yīng)結(jié)果，陽(yáng)極自溶解，主鹽增多，F(xiàn)e2+氧化成Fe3+加快，pH隨之上升。
試驗(yàn)與生產(chǎn)還表明，停鍍一個(gè)月以上，溶液中雖無(wú)陽(yáng)極，pH也緩慢上升，這是由于空氣中的氧不斷滲入溶液與Fe2+ 產(chǎn)生氧化反應(yīng)的結(jié)果。
因此停鍍時(shí)間較長(zhǎng)，恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)應(yīng)加0.2g/L—0.3g/L抗壞血酸將Fe3+ 還原為Fe2+ 將pH調(diào)至4，方能生產(chǎn)。
穩(wěn)定pH的措施：
(1) 停鍍?nèi)〕鲫?yáng)極，生產(chǎn)時(shí)再掛入;
(2) 每天用精密試紙測(cè)Ph，高于5用稀鹽酸調(diào)至4;低于3.5用稀氫氧化鈉溶液調(diào)至4。
(3) 陰極電流密度，多用中下限，少用上限。電流大，析氫量大，pH上升。
工藝條件的pH影響鍍液穩(wěn)定性能，基礎(chǔ)液中的鹽和導(dǎo)電鹽也是不可忽視的因素。在生產(chǎn)中只要將主鹽和導(dǎo)電鹽的濃度，陰極電流密度與pH值控制在工藝范圍，鍍液就能穩(wěn)定正常生產(chǎn)。
4.22 獨(dú)特的后處理工藝
鋅鐵合金鍍層鐵含量在3%—50%需閃鍍一層光亮鋅才能常規(guī)鈍化;含鐵量小于1%能常規(guī)鈍化。前者已形成共識(shí)，后者并非如此。
本工藝鐵含量0.2%-0.8%。電鍍時(shí)對(duì)工藝條件稍有忽視，鈍化膜質(zhì)量也有影響，這已為生產(chǎn)所驗(yàn)證。
實(shí)踐證明，氯化物鋅鐵合金的鈍化不能用鍍鋅的常規(guī)鈍化，只能用適合于自身特點(diǎn)的鈍化工藝。
實(shí)踐總結(jié)：HNO3出光液濃度為1ML/L – 3ML/L，各色鈍化液除蘭白與軍綠鈍化液HNO3 3ML/L- 5ML/L外，其余色澤均無(wú)HNO3;CrO3除黑鈍化30g/L外，其余CrO3均在0.5g/L-5g/L之間。
本工藝銀白鈍化，光亮照人，彩色鈍化，鮮艷奪目，黑色鈍化，油光黑亮，深受用戶青睞。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，10年應(yīng)用實(shí)踐表明，鋅鐵合金對(duì)提高鍍層質(zhì)量，減薄鍍層，節(jié)約金屬，減少污染與降低成本方面是取代電鍍與熱浸鍍鋅的理想工藝，同時(shí)也展示了鋅鐵合金是一個(gè)很有發(fā)展前景的防護(hù)電鍍工藝。
