镀锌层主要用于钢铁件的防护，能够提高钢铁件的耐蚀性及使用寿命，产品钝化后不仅外观漂亮，耐蚀性更增加十几倍。 然而，锌层表面故障的出现会严重影响镀层的耐蚀性，进而降低产品的使用寿命。实际生产中，最多见的就是表面发雾的现象。 有研究和实践经验总结得出，镀锌层表面发雾多是因为产品表面存在油污、槽液金属杂质离子偏高及有机添加剂偏高造成的。提供的排除方法主要有2次镀锌、电解和过滤等方法。 本文主要以在生产过程中出现的氰化镀锌层表面发雾故障为例，通过对生产流程中涉及的因素进行分析得出产生的原因，并经过有效处理、排除的过程。 正常生产的氰化镀锌零件钝化后表面带有黄色、绿色等色调的彩虹色，如图1(a)所示。 表面发雾后的氰化镀锌零件钝化后，表面呈棕色，有些还带有褐色线条，如图1(b)所示。针对此种情况，排故小组展开了相关的分析及排故工作。
1、试验部分 1.材料及设备 材料为：30CrMnSiA，尺寸为100mm×50mm×2mm的试片;若干颗粒状活性炭;若干专用除杂剂。 设备为：1条氰化镀锌生产线;PinAAcle900F型原子吸收分光光度计。 2.试验方法 采用鱼骨分析法，从“人、机、料、法、环”5个方面分析各因素的影响，过程方法如图2所示。
2、初步原因分析 以往生产中曾出现过类似故障，更换新的钝化液后问题即会解决。在镀层未钝化前，表面状态与之前正常情况下几乎无差别，初步判断为钝化工序造成的。 平时生产中只分析钝化液的主要成分大小，不分析杂质成分及含量大小。为验证上述判断，按照调配工艺，配制一份新的钝化溶液，做对比试验。 试验过程中保持其他工序参数一致，后处理分别在新钝化液和旧钝化液中进行，最后水洗烘干。试验结果表明，经两种槽液钝化的试片表面都有发雾和褐色线条的现象。 这说明该次氰化镀锌层表面的异常不是钝化液造成的。 针对初步分析的原因没能够解决问题，需重新制定故障排除方案。 3、故障分析及排除 1.操作的因素 为彻底排除人员因素问题，取2件试片，由专业主管技术人员亲自跟踪指导，按照工艺流程开展试验。镀覆的锌层表面状态与之前几乎无差别，经过钝化后依然出现表面发雾和褐色线条现象。因此，排除操作原因。 2.工艺参数、工艺流程法的因素 通过向技术人员、操作人员确认，氰化镀锌工艺规程近期没有发生更改和换版，特别是工艺参数、工艺流程都和以前保持一致。另外，将工艺规程与参考标准进行对照分析，其重要参数和主要流程均符合要求。因此，排除工艺法的因素。 3.环境温度因素 故障发生虽时值冬季，但厂房供暖系统已打开，厂房温度满足GJB480A-95《金属镀覆和化学覆盖工艺质量控制要求》，在12℃以上。槽液加温系统也打开，显示温度在工艺规定范围内，槽内溶液温差满足HB5335-94《金属镀覆和化学覆盖工艺质量控制》要求，不大于11℃。因此，排除环境温度因素的影响。 4.电镀电源因素 通过分别对比电源的电流、电压的输入值与输出值，两者基本相符。使用万用表测试其纹波系数大小，满足HB5335-94《金属镀覆和化学覆盖工艺质量控制》要求，不大于10%。因此，排除电镀电源因素的影响。 5.槽液因素 通过仔细观察镀层的表面状态发现，镀层颜色要比以往的偏暗一些。经多方查找资料显示，此种现象应为金属杂质离子含量偏高所致。 查阅我厂《槽液分析》工艺规程，氰化镀锌槽液日常化验的金属杂质离子为铜离子和铁离子，通过原子吸收分光光度计测定两者均在合格范围内，含量如表1所示。 工艺指导书中没有要求日常生产中检测其他金属离子的含量。为进一步证明上述判断，取少量槽液，分析其他金属杂质离子的含量和种类。通过原子吸收分光光度计检测出了Pb2+、Ni2+两种金属杂质离子，其含量如表1所示。
研究表明，槽液内Pb2+含量不宜超过0.015g∙L-1，Ni2+含量不宜超过0.050g∙L-1分析槽液金属杂质离子产生的原因，通过了解生产安排及工人工作记录，发现近期有大量工装夹具类的产品在该槽液中加工过。 工装夹具的基体材料较为多样，含金属离子种类较多，在生产过程中存在工件掉落槽中发生腐蚀溶解的可能，进而导致槽液金属杂质离子含量偏高。 虽然不纯阳极溶解和化学药品纯度不够也会产生金属杂质离子，但该工艺中使用的锌阳极为1#锌，化学药品也没有更换过，故这两种因素导致杂质离子含量增加的可能性很小。 为除掉金属杂质离子的影响，对槽液进行了除杂处理。工艺规定除杂剂添加量如表2所示，日常生产每3个月除1次杂质。 按规定添加后，发现槽内反应剧烈，有大量小气泡产生，该现象说明槽内杂质含量较高，按照工艺规定添加除杂剂的量并不能完全沉淀杂质离子。 于是增大除杂剂的添加量采用持续、缓慢加入，反应程度逐渐变缓，直至停止。最终加入除杂剂的量达到3g∙L-1。 捞出表面悬浮物，并对槽液进行过滤处理，再次取槽液进行Pb2+、Ni2+分析，此时含量几乎为零。第2天镀覆试件后，与之前的对比，表面状态有明显改善，偏暗的现象有所缓解。 钝化后产品状态较好，可以正常生产。
跟踪第3天无异常现象发生。第4天后，槽液变成红棕色，与之前的澄清偏绿颜色有明显区别，镀覆层表面状态较好，但经过钝化后表面发暗，状态极差。 通过检查阳极发现，有黏稠的白色东西附着，原本完整的布套部分发生了溶解。通过了解，阳极上的布套为新购置的，与之前批次不同。槽液变成红棕色可能是阳极布套溶解造成的。 针对上述分析，采取更换阳极布套的方式，并采用颗粒状活性炭进行过滤。按工艺规定量(如表2所示)添加后，槽液颜色并未发生改变。于是采用持续、缓慢方式添加，边添加边搅拌，直至红棕色褪去，颜色恢复如初。 最后计算总的添加量达到4g∙L-1，远远超过了平时的添加量，说明槽液中混入了大量的有机杂质。过滤后，再进行镀覆试验，此时表面状态较好，钝化后表面呈黄色色调的彩虹色，没有发雾、发黑现象。 4、总结 表面处理属于特殊过程，其生产中涉及的环节较多，每个环节都有可能引发产品质量问题，因此生产中应注意加强管控。 氰化镀锌槽液中杂质对镀层质量影响较大，平时生产中应注意区分基体材料类型，不宜多种材质的产品同时放一个槽内生产。 日常生产中应定期分析化验金属杂质离子的种类和含量，特殊情况下，可增加化验的次数，包括对有可能存在的杂质的分析。另外，除杂频率不应只按规定的周期来执行，应将生产任务量大小考虑在内。 |
