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摘要：介紹了一種用于炮彈底座防護的電鍍鋅工藝。該工藝的流程包括噴砂、脫脂、酸洗、鍍鋅、除氫和鉻酸鹽鈍化。采用不銹鋼輔助陽極，解決了復(fù)雜空腔內(nèi)難以鍍上、鍍層不均勻和質(zhì)量一致性差等問題。
中圖分類號：TQ153.15文獻標識碼：B文章編號：1004–227X(2007)08–0021–02
1前言
某廠承擔(dān)國家某重點型號炮彈的研制和生產(chǎn)任務(wù)，炮彈底座采用電鍍鋅作為唯一的防護層，質(zhì)量要求高。炮彈底座為底面封閉的圓筒狀(φ150mm，高200mm，底部有φ8mm和φ20mm的階梯狀螺紋底孔)，要求采用低氰堿性鍍鋅工藝。采用普通電鍍鋅方法，通過改變電鍍液成分和工藝參數(shù)都難以使炮彈底座內(nèi)壁形成均勻鍍層，低電流密度區(qū)和死角處難以形成良好鍍層，厚度達不到標準，鹽水浸泡試驗和結(jié)合力測試都不符合要求。經(jīng)過筆者的不斷探索，采用不銹鋼，設(shè)計特定工裝和夾具，解決了復(fù)雜空腔內(nèi)難以鍍上、鍍層不均勻、質(zhì)量一致性差等問題。
2鍍鋅工藝介紹
2.1預(yù)處理
2.1.1噴砂
為了減少炮彈底座的應(yīng)力，均勻地除去表面氧化物，防止酸洗過腐蝕，粗化表面，提高鍍層結(jié)合力，故采用噴砂進行表面預(yù)處理。砂粒大小為100~150目，壓縮空氣壓力為0.4~0.8MPa。
2.1.2脫脂和除銹
脫脂采用常規(guī)的化學(xué)法與電化學(xué)法相結(jié)合的工藝。酸洗采用20%~30%(質(zhì)量分數(shù))鹽酸，并加入10%(體積分數(shù))添加劑(具有抑霧和緩蝕的作用)，溫度控制在20~40°C。脫脂和除銹至表面呈灰白色(鋼鐵基體的顏色)，表面無掛水現(xiàn)象。
2.2電鍍鋅
電鍍過程中內(nèi)壁難以鍍上的主要原因是內(nèi)壁電流密度小;難以形成均勻鍍層的主要原因是電流分布不均勻，鍍液流動性差，金屬離子得不到有效補充;炮彈階梯底孔局部無鍍層的主要原因是電鍍過程中產(chǎn)生的氫氣不能及時有效排出，所形成的氣袋阻礙了金屬離子結(jié)晶反應(yīng)的進行。根據(jù)以上分析，必須設(shè)法調(diào)整炮彈底座內(nèi)電流的分布，增加炮彈內(nèi)壁的電流密度，改善炮彈底孔氫氣的排出，消除氣袋。使用輔助陽極和特殊掛具是首選的方法，加強陰極移動(堿性鍍鋅不宜使用空氣攪拌)可有效補充鋅離子。
鍍液組成及工藝規(guī)范如下：
氫氧化鈉100~120g/L
氧化鋅10~12g/L
添加劑A3~5g/L
添加劑B10~15g/L
θ20~40°C
Jk3~6A/dm2
陰極移動10~15次/min
t40min
由于懸掛方向的原因，在炮彈底座的底火孔處形成氣袋而不易鍍上，因此有必要采用陰極移動。鋅鑄造輔助陽極厚度2~3cm。為了使內(nèi)壁的鍍層均勻，鋅鑄造輔助陽極上端直徑比下端直徑小3cm。電鍍過程中保持炮彈底座垂直懸掛，并每隔10min水平轉(zhuǎn)動炮彈底座90°，以消除掛具在炮彈底座底孔留下的痕跡。
2.3后處理
電鍍后，工件應(yīng)吹干、除氫(200°C，2h)，然后進行鉻酸鹽鈍化處理，最后用熱風(fēng)吹干。
2.4質(zhì)量檢驗
厚度測量采用GB/T4955–2005所規(guī)定的方法，最小厚度24μm(質(zhì)量標準要求最小厚度大于12μm);耐中性鹽霧試驗(NSS)要超過144h。
3存在的問題及改進措施
使用上述工藝、輔助陽極及掛具，雖然可生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，但也有以下缺點：(1)鋅鑄造仿形輔助陽極的制造工藝復(fù)雜，成本很高;(2)鋅輔助陽極在電鍍過程中因不斷溶解(包括電解溶解和化學(xué)反應(yīng)溶解)而變小，需要不斷更換輔助陽極，造成了巨大的浪費，影響了生產(chǎn)的連續(xù)性和生產(chǎn)效率;(3)鋅輔助陽極各部位的溶解速度不一致(高電流密度區(qū)比低電流密度區(qū)溶解得快)，使輔助陽極與炮彈底座內(nèi)壁的間距不斷變化。經(jīng)測量，在其它工藝條件不變的情況下，炮彈底座內(nèi)壁的鍍層厚度隨著輔助陽極的變小而變小，導(dǎo)致了產(chǎn)品質(zhì)量一致性差，不符合標準化生產(chǎn)的要求。
經(jīng)試驗，采用厚度為2mm的不銹鋼板材卷制成筒狀作為輔助陽極(形狀同鋅鑄造輔助陽極)可解決上述問題。其使用要點如下：(1)確保輔助陽極不與炮彈底座和掛具相接觸，以防短路;(2)輔助陽極的表面面積不小于炮彈底座內(nèi)壁面積的一半，輔助陽極上端直徑小于下端直徑3cm，輔助陽極底邊沿與炮彈底座內(nèi)底平面和側(cè)面的距離以2cm為宜;(3)保持輔助陽極、炮彈底座和掛具垂直懸掛，并相互保持固定的距離，電鍍過程中轉(zhuǎn)動掛具以消除掛具在炮彈底孔留下的痕跡。
經(jīng)檢驗，后處理后的鍍件質(zhì)量均符合標準要求。
4應(yīng)用效果
輔助陽極的設(shè)計與制作要根據(jù)不同電鍍種類、電鍍過程的特性、鍍液成分，充分考慮電鍍工件的形狀、電流密度分布、陰極極化特點等因素。不銹鋼輔助陽極有許多優(yōu)點，既改變了電流密度的分布，又不損耗和污染電鍍?nèi)芤海庸こ杀镜土部捎糜谠趶?fù)雜零件上電鍍銀、銅等。改進后的工藝已應(yīng)用于批量生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品的合格率、質(zhì)量一致性和經(jīng)濟效益.
