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机械镀锌会全面进入市场广为国内外的认可 成为金属表面处理行业

发布时间:2019-05-12 21:50 来源:未知 编辑:admin

  机械镀锌会全面进入市场广为国内外的认可 成为金属表面处理行业的一个新秀。图 国内生产的机械镀锌产品第四节其他机械镀锌和锌合金工艺一、强酸加惰性金属盐法此法的特点在于用强酸保持镀液的 使工件和锌粉处于活化状态用比锌更惰性的金属盐 作为添加剂促进锌粉的沉积配以一定量的分散剂和缓蚀剂。当工件放入这种酸性的

  机械镀锌会全面进入市场广为国内外的认可 成为金属表面处理行业的一个新秀。图 国内生产的机械镀锌产品第四节其他机械镀锌和锌合金工艺一、强酸加惰性金属盐法此法的特点在于用强酸保持镀液的 使工件和锌粉处于活化状态用比锌更惰性的金属盐 作为添加剂促进锌粉的沉积配以一定量的分散剂和缓蚀剂。当工件放入这种酸性的混合溶液中 镀液中最初含有的药剂浓度为每’ 被镀面积强酸 金属盐 工件上获得一个薄的基层后 加入锌粉和连续活化剂逐渐增厚镀锌层 用量为每 01 强酸或酸式盐可溶性惰性金属盐及适量的缓蚀剂。美国456789 C3公称直径为1D 07的螺钉 浸入硫酸基的清洗剂中清洗装入到一个与水平轴线为 E放置的 多边形镀桶中加入等体积的玻璃珠 随后加料 含有’’FG的22度硫酸的酸性抑制剂和 1G的“H”添加剂 混合 221含有 G硫酸铜11 G的氯化钠使工件上沉积出一层均匀的铜层 混合0 含有00’G的22度硫酸 G的氯化亚锡和2G的“H”添加剂锌粉 1B锌粉按每次10 间隔 第十二篇机械镀新工艺、新技术桶中然后再按每次 间隔 次加入镀桶。此外每次加入锌粉时加入如表 所示药剂。表 药剂及加入量药剂加入量硫酸氢钠 锌惰性金属盐 聚乙二醇锌“0”添加剂 “0”添加剂是该专利使用的专用活化剂。最终得到外观好附着均匀 厚度为2 321 的镀锌层。此工艺的适应性较好 而且以工业硫酸为酸性维持剂 生产成本较低 但是加料的品种和次数繁杂容易搞错 镀层色偏灰 有缓慢变色发乌的现象。二、柠檬酸、活化剂料棒法采用柠檬酸为镀液的酸性保持剂 用高分子量的聚乙二醇 4567895 为分散剂 把活化剂的各组分混合制成固体的料棒或料块 操作中按量加入这种料棒 它们在镀液中逐渐溶解将各组分释放出来从而使镀液中的各组分浓度能保持在一个较佳的范围。较典型的配料含有柠檬酸、柠檬酸铵、聚乙二醇、惰性金属盐、酒石酸和硬酯酸 硬酯酸的作用主要是使料棒 块便于成形。采用这种料棒和块可以减少加料操作中的麻烦 块必须有专门的厂家生产。其实把上述原料配制为水溶剂按量加入生产中也是方便的 国内有如此应用的 只是水溶液中没必要再加硬脂酸 。以下为美国 发明的专利5A 1D7去除毛刺的铆钉 在酸中清洗并浸硫酸铜溶液后 放置在振动、转动式滚筒中。加入 玻璃珠加水浸没工件 加入2 锌粉和二根 的活化剂料棒每个含B 份柠檬酸 份柠檬酸铵 份聚乙二醇 4567895 份硫酸亚锡和 份硬酯酸。然后转动滚筒 得到光亮的、厚度为131 的镀锌层。这类工艺的应用较广生产成本略高于硫酸工艺 在镀锌过程中水温的高低会影响到金属沉积的速率 块中各组分的溶解也与此有关。此外结晶组织较粗表面易出现团粒状锌点。 第一章机械镀发展概况三、铝、锌、锡共同沉积采用一些电化学的措施用机械镀的方法在小零件上获得共同沉积的锌、铝、锡层 使其耐腐蚀性能胜过机械镀锌和镉 附着性超过一般的机械镀锌。这是一种性能较好的镀层 在工艺控制中 其主要环节是把锡离子与铝、锌同时加入到混合液中作为一种先导金属 引起铝、锌的共同沉积。混合液的值保持在 以下 可以采用硫酸、盐酸或柠檬酸 以及它们的混酸。美国 123435申请的专利678 中提供了以下应用实例在一个 的斜翻转桶中加入 的粗牙或细牙碳钢渗氮六角螺栓EB 玻璃珠加热到 FG 加入 4HEE度硫酸和 。镀桶转速为F’D0 硫酸亚锡、E细浮石、 锌粉、铝粉。再加人 F4H铝粉 为间隔分别加入F次最后一次加料后继续转动 质量分数下同 K7。这种工艺已经摆脱了早期机械镀盲目依赖碰撞力来形层的观点 也从参考电镀用配料控制结晶的用料思路中走了出采 找到了机械镀形层结晶的初步规律 注重原料在混合液中的电化学行为 从加料上给予控制 是最有发展前景的工艺方向。四、锌N铝合金镀由于热浸镀中1 合金在防腐蚀效果上的优良表现锌铝合金镀受到重视。而采用机械镀来获得锌N铝或铝N锌合金层则是一种更为便捷的方法。改变加入的金属粉和添加剂 即加入铝粉和促使铝沉积的促进剂 最终可以获得铝、锌合金层。美国O45 发明的专利678 中提供以下应用实例FB 钢制螺钉镀前处理后 加入 锌粉、 铝粉、 氟化氢氨、氧化亚锡 转动F’ 再加入 锌粉、 铝粉、 氧化亚锡 转动F’ 此间加入 K的硫酸 低于最后加入 硫酸铜转 、RP、7的合金镀层 镀层耐腐蚀性能为 盐雾试验 FKS 钝化后F5。由以上几例能看出机械镀可以是以锌为主的含有锡的镀层 也可以是锌D铝 第十二篇机械镀新工艺、新技术第二章机械镀锌新工艺第一节机械镀锌应用工艺机械镀锌是近年来进入工业应用的新型镀锌工艺由于所用原料无毒性 环境易治理 可实现生产过程无工业污染 镀后无氢脆和退火软化现象 可满足高强度零件的使用要求 例如汽车的高强度紧固件、射钉、高强度环链 镀层的厚度可以根据需要通过加料量控制 生产中可依零件的防腐蚀要求选择适合的厚度 实现防腐功能与生产成本的合理控制。此外 工艺的动作原理使得专用设备容易实现机械化生产和自动控制 近年来许多工业发达国家在高强度紧固件和一些小五金制品上逐渐采用。最早的机械镀锌 工件要处理近 才能形成镀层 而金属锌粉的有效使用率仅达 。现代的工艺可以在 内完成镀层的形成而金属粉的使用率可达 以上。在美国的 0标准中将锌层的厚度由1’ 分为若干个等级由需方按零件服役的环境和期限选定厚度等级 厂家按要求的厚度加工。一般情况下在国外将锌层厚度在 231’443 67887 用于代替电镀锌的产品。机械镀锌的工艺有许多种按施镀时的环境状态分有湿法和干法 按保持性活化剂的用酸种类分有无机酸和有机酸 按设备的原理又可分为旋转滚筒式、三维机械振动式、磁力振动式、喷涂式等 其中旋转滚筒式是应用最普遍的设备。为了叙述的明确性 根据 第二章机械镀锌新工艺目前工业应用最广泛的工艺方法和设备我们暂且将机械镀锌工艺过程定义为 在室温下将经过预处理的工件加入到一个可以绕轴线旋转的滚筒中 并加入一定量的水和冲击介质 玻璃珠 然后根据预定的镀锌层厚度加入保持性活化剂 锌粉和沉积活化剂 镀桶转动的过程中由于吸附、沉积和机械碰撞力的共同作用 锌粉在工件上沉积并逐渐形成镀层。在机械镀锌的定义中 完成镀锌的主要设备为旋转式滚筒 预处理指对工件进行脱脂、除锈或者预镀铜处理 保持性活化剂指由有机酸或无机酸 以及它们的盐为主要原料组成的具有使金属粉保持吸附、沉积活性的添加剂。例如美国工艺中一般是采用柠檬酸、柠檬酸铵、酒石酸等有机酸和它们的盐作为保持性活化剂的主原料 或者以复合的表面活性剂及适量的无机酸保持镀液的 形成一个酸性的活性环境沉积活化剂一般是含有比欲镀金属更惰性的金属离子的金属盐 例如机械镀锌可使用亚锡盐或其他金属盐促进锌粉在工件上的沉积。根据上述定义我们按金属锌粉活化、沉积成层的活化原理将机械镀锌工艺分为两种 一、锡盐沉积工艺美国工艺及在我国的转化工艺 其特点是 工件镀前经硫酸铜处理形成预镀铜层 称为“闪铜” 。随后加入锡盐在铜层上沉积出一层锡层在此基础上加入柠檬酸、柠檬酸氨、聚氧乙烯乙二醇等复合的保持性活化剂 然后逐次加入锌粉和锡盐 逐渐形成镀层。这类工艺目前出现的问题是 柠檬酸系的活化剂活化性弱 在溶液中不易稳定 使得工艺周期长 镀层达到 01 2以上后锌粉的沉积率下降 锌粉利用率低。锡盐作为锌粉沉积的主要促进剂 造成镀层的结晶粗化 甚至在外表上出现明显的点疤。此外该工艺原料的成本较高 尤其是亚锡盐的价格高 用量多时使生产成本升高 铜层可能降低锌层与工件基体的结合强度 012以上镀层较明显 但对薄层镀能提高其表面光亮度。二、少锡盐沉积工艺其特点是 无预镀铜处理 仅加入少量的硫酸使镀液的 。再加入由几种表面活性剂合成的保持性活化剂形成稳定的沉积环境。随后交替加入锌粉和无锡盐复合沉积剂 逐次增加厚度。将单位时间段内每次加料欲增加的镀层厚度称为加料强度 加料强度可以始终保持在 2567次。由于活化剂活性高保持时间长 使沉积过程稳定快速 无锡盐沉积 808 第十二篇机械镀新工艺、新技术剂使结晶细化 结合强度增加。这种工艺是国内研究发展的 已于 年以来在多个工厂运行。这种工艺采用非离子表面活性剂与阴离子类表面活性剂复合制成保持性活化剂 以下简称活化液 。活化液 能在新形成的镀层表面与溶液之间形成微电场 使这一表面与溶液中的锌粉团始终保持相反的电位 可以造成锌粉团在数秒钟内就在工件表面上形成松散的吸附。由于表面活性剂只作用于新形成的镀层和溶液的两相界面 不讲入镀层的内部 不会出现明显的消耗 因此 在镀锌过程中新形成的表面的吸附能力不会产生波动。复合的表面活性剂在酸性溶液中非常稳定 可以用少量的无机强酸直接调整溶液的 值。排除了有机酸及盐在溶液中分解造成的活性不稳定的现象 同时也使成本下降。此外 采用非锡类金属盐与无机酸式氨盐复合成沉积性活化剂’ 以下简称活化剂’ 。活化剂’中的金属盐分解出金属离子与锌粉聚积为 再由无机酸式盐水解后产生的氨基的络合作用使金属离子和锌粉络合为带电的大分子团。在活化液中的表面活性剂的作用下被镀表面与大分子团形成相反的电位 进而发生大分子团向被镀表面定向的吸附和沉积。这一作用在数秒钟内即可发生 因此 在每次加料后的 以上的锌粉吸附和沉积完毕当以一定的时间间隔定量加人锌粉和活化剂’ 就可以形成一种间歇式的使镀层稳定增厚的过程。其工艺过程如下 镀前准备将脱脂、除锈后的被镀工件放入镀筒加入玻璃珠和水 转动镀筒。加入适量的硫酸使 23。耗时约23。 预镀基层加入少量的锌粉计量为 在工件表面上形成一层白亮的锌4锡基层。耗时约23。 镀层增厚首先加入活化剂为锌粉的沉积提供一个活性环境 镀筒转动的线。分次加入锌粉和沉积剂’根据镀锌层的厚度要求逐次加料增厚 每次的间隔时间为 23。 以内的光亮薄层镀加料强度为 231次以上的厚层镀加料强度为 231次。例如镀层耗时 23 滚光强化在镀桶中适当的添加玻璃珠和水转动 23使镀件滚光后即可出料 将工件和玻璃珠分离 玻璃珠返回使用。全过程耗时 镀层约 23 规格的出口射钉为例每吨射钉被镀表面积为 镀锌层厚度 又如 的螺栓 被镀表面积为 镀锌层厚度为 。采用012 机械镀设备额定功率 装料量47 机械镀锌生产率和成本表产品镀前处理生产率84786 成本构成8 射钉机内机外 以上计算为基本的成本因各厂情况不一 管理费、税收、折旧等均未计入。机械镀锌的工艺流程图如图 机械镀工艺流程以下将按各工艺步骤介绍。第二节镀前处理镀前处理的目的是去除被镀工件表面的油污、氧化皮等杂质暴露出被镀件的基体 第十二篇机械镀新工艺、新技术表面 以保证将形成的镀层牢固地结合在基体表面上。机械镀锌的镀前处理与电镀大致相同 主要是脱脂、除蜡、除锈及其他杂物 或者按某些工艺的要求再进行预镀铜处理。一、脱脂、除蜡需要进行机械镀锌的零件 主要是钢铁质的小五金件。零件一般使用碳素结构钢的棒料、型材和板材制成 这些材料表面一般有防锈油和一定程度的氧化和锈蚀 在加工过程中也会粘上油污 因此必须除去零件上的油污。油污分为两类 动、植物油和矿物油。动、植物油可用热碱液与其作用产生皂化作用 形成溶于水的肥皂脱离零件表面 矿物油 可用乳化方法去除。皂化作用是动、植物油中的硬脂酸与碱发生反应 生成溶于水的硬脂酸钠和甘油。乳化是在含乳化剂的溶液中处理 乳化剂是表面活性剂 它吸附于金属与溶液间的界面 憎水基团向着金属表面 亲水基团向着溶液 使金属与溶液界面的张力降低 润湿性增加 对粘附的油膜起到排挤的作用。吸附在油膜与溶液间的乳化剂使界面张力降低 增加溶液与油膜的接触面 使油膜破裂为小油珠 乳化剂的憎水基团向着油珠 亲水基团向着溶液防止了油珠的聚集 使其成为乳浊液 油膜脱离金属表面。具体的操作方法可以参考电镀的脱脂工艺 但是 脱脂的溶液中应避免使用含有阳离子表面活性剂的清洗剂 因为残留的阳离子表面活性剂带入机械镀锌的镀桶会改变锌粉沉积的极性 影响沉积速度和效果 一般说来添加非离子类表面活性剂较好。精制螺栓、螺母以及用冷轧板制成的零件或者其他经过冷拔、冷加工的零件上 往往涂有防锈油或防锈蜡或残留有加工润滑冷却液 这些粘附在零件上的残留物中含有氯化石蜡。氯化石蜡不溶于水 采用皂化和乳化都不能除尽 它会严重地影响镀层与基体表面的结合性 造成镀层成片的剥落。目前能彻底去除氯化石蜡的方法是氧化法 因为氯化石蜡在 以上温度会自行分解。在实际生产中为保证将工件都加热到 以上 加热炉温应控制在 。工件表面的脱脂也可以采用电解法、超声波等先进的方法 表面工程手册上有专门介绍。二、除锈脱脂后的工件经过漂洗后进行酸洗除锈。简单的酸洗方法可以用硫酸和盐酸的混合酸洗 两种酸的总量占溶液的 视工件的锈蚀程度决定。溶液中应加入适量的缓蚀剂和非离子表面活性剂以防止过酸洗和增加溶液对工件表面的润湿性。采用 第二章机械镀锌新工艺这种方法除锈后的工件可以不必漂洗直接进入镀桶。除锈也可以在镀桶中进行 将工件装入镀桶后 装入玻璃珠、水和适量的酸洗液 转动镀桶直至工件上的氧化皮去除干净。然后倾倒镀桶将残液倒出 加入清水漂洗 即可转入下工序。该法效果较好但多占机时而且酸洗液耗量较大 对于一般方法除锈效果不好或轻微锈蚀时可用此法。如采用喷丸、喷砂等机械方法除锈的工件可以直接入镀桶 进行镀前的准备阶段。第三节建立基层脱脂、除锈后的工件可以装入镀桶 同时加入玻璃珠和水准备镀锌。玻璃珠的用量一般为被镀件重量的 水量以刚浸没工件和玻璃珠为好随后的工艺步骤将在镀桶的水中加入各种原料和添加剂 使之形成一种一次性的“镀液” 为有别于电镀 并考虑到其中含有固状的金属粉、玻璃珠 因而称之为浆液 。基层的建立依工艺不同可以分为两种方法预镀铜后建立基层和直接建立基层。一、预镀铜后建立基层美国工艺及其转化的工艺中都采用这种方法。将前处理后的工件预镀一层铜层 然后再在铜层上建立基层 具体的方法又分为镀桶外和镀桶内预镀铜。将工件在盛有硫酸铜溶液的槽中浸泡 工件表面置换出一层铜层然后把工件装入镀桶转动 铜层变得致密 这是镀桶外预镀铜 将工件直接装入镀桶 在镀桶转动的过程中加入适量的硫酸铜溶液 内工件上出现铜层这是镀桶内预镀铜。上述两种方法都应先在镀桶中装入玻璃珠和水。预镀铜的原理是一个简单的化学置换反应 硫酸铜溶液加入过少铜层不能完全遮盖铁基或铜层太薄加入过多则浆液中会有铜离子剩余。按被镀工件表面积加入饱和硫酸铜溶液的量约为9 左右的铜层具体用量还应视工件的表面粗糙度决定。在国外的文献中均认为预镀铜层能增加工件表面铁基与随后沉积的锌层之间的附着性 其好坏将直接影响后续沉积层的品质。镀锌层出现脱片 工件边沿、拐角处缺锌等缺陷皆与预镀铜层的好坏有关。 49 第十二篇机械镀新工艺、新技术工件上预镀铜以后 在浆液中加入锡盐 经滚动冲击后形成一个铜锡混合的基层。此后加入保持性活化剂 并调整浆液的 即可进行下一步的镀锌。二、直接建立基层国内研究出的并已进入工业应用的机械镀锌工艺无预镀铜层而是直接在铁质工件表面上建立基层 基层的成分为锌和锡。其操作方法为 将前处理后的工件放入已镀桶中 在浆液中加入适量硫酸使 。加入适量锌粉和少量亚锡盐镀桶滚动 在工件上形成一层锌锡基层。此后即可进行下一步的镀锌。第四节锌层形成及增厚机械镀锌的锌层是随着金属锌粉和沉积活化剂的加入逐渐形成 镀层的形成也可以称为镀层的增厚过程 镀层的厚度取决于加入的锌粉和沉积活化剂的多少。在美国的工艺中也有在浆液中一次加入所需的全部锌粉和能缓慢分解各组分的长效沉积剂 使工件随滚动时间的延续逐渐形成锌层。浆液的环境使已经建立基层的工件表面和金属锌粉保持活性 金属锌粉在沉积性活化剂的作用下在工件表面快速的吸附、沉积 镀桶的转动使玻璃珠和工件产生碰撞 促使锌粉沉积成镀层。镀层形成的原理将在后文讨论。目前应用于工业生产的两类机械镀锌工艺都能得到良好的机械镀锌层 但是镀层形成时所采用的引起锌粉吸附、沉积的活化原理不同 因此产品的外观和生产成本有差别。机械镀锌的镀锌层厚度是通过循环加料逐渐增加 一般每次增加’ 在循环加料完毕后 镀层达到预定的厚度后 应将镀筒继续转动 再加入清水约原水量的 。这一过程称为强化或滚光。强化使镀层结构在冲击力的作用下变得致密外观成为银白色。镀锌过程完成后倾倒镀桶将镀件、玻璃珠和浆液倒出 用清水冲洗 然后将镀件和玻璃珠分离。玻璃珠返回使用 镀件放入干燥炉烘干水分或用沸水烫后晾干即可入库包装。镀后工件如用户需要进行钝化处理 可以根据要求进行无色钝化或铬酸盐钝化处理。 第二章机械镀锌新工艺

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