教你電鍍故障引起原因與排除方法
2016/7/14 16:19:37 點擊：
電鍍故障通常是指電鍍的產品，即鍍層出現的弊病(也稱為毛病或缺陷〉，其表現形式多種多樣,如防護-裝飾性鍍層起泡、暴皮、粗糙、漏鍍、內應力大及光亮度不足等;功能性鍍層達不到耐蝕、耐磨、導磁、硬度、屏蔽及焊接性能等。
電鍍生產流程長，工藝參數處于動態變化之中，影響鍍層質量的因素眾多而復雜。以下分享電鍍故障引起原因與排除方法：
一．由于物理因素對電鍍產品質量的影響
影響電鍍質量的物理因素又可以分為機械的、電學的和幾何的等幾種,包括溫度、攪拌、電流密度及波形、槽體形狀大小、掛具形狀、陽極狀態等,本篇將分別加以討論。
1.幾何因素的影響
幾何因素包括鍍槽的形狀、大小;陽極的形狀和配置;排具的形狀以及被鍍零件的形狀等。
1．1鍍槽
除了刷鍍以外,其他電鍍都需鍍槽,廣義地說任何容器,只要不漏而又耐腐蝕,都可以用來做鍍槽。但是要講究質量的話,鍍槽應用按設計要求制作,而不是隨便拿一個容器就可用的。鍍槽設計的依據是產量和被鍍零件的大小、形狀。如果產量低、零件小,就用較小的鍍槽,否則就是浪費。
反之,產量高、零件大,如果槽子太小,鍍液很容易出現失調,電鍍質量不能保證,也不劃算。合理的鍍槽容量應該是滿負荷運作能力的1.2～1.5倍,建議用加工零件的受鍍面積來估算鍍槽容積,一般每平方分米應占用8～12L容積,才可維持正常的工作。遇有鍍鉻,或對溫度敏感的鍍種,要取上限,并適當加大容量,比如鍍硬鉻,每平方分米需要有30L左右液量。鍍槽的幾何形狀一般是長方體,其高度一般為800～1000mm,寬度為600～800mm,長度在1200mm左右,容量在500～100L。但具體尺寸應根據零件形狀及掛具的設置、陽極的配置來定。一般以中間為陰極、兩側為陽極的配置為標準。零件應浸入在鍍液中,距液面5～10cm,下端距槽底應10～20cm,陰極(零件)與陽極的距離應在15～20cm,尤其在沒有攪拌時,陰陽極距離要拉大一些。有許多電鍍產品高電流區很容易燒焦,與極距離和掛具設計不合理有關系。
1.2掛具
掛具對電鍍質量的影響非常大,卻又往往最容易被忽視。有些簡單的大零件,做一只鉤子把產品一鉤,往槽中陰極杠上一掛,就可以電鍍。即使這樣,如果掛鉤導電截面不夠,燒紅發燙是常見的事。很多電鍍廠的掛具都在工作中發燙燙手,人們都習以為常,認為電鍍就是這樣,實在是大錯特錯。
掛具導電截面不足,使一類導體電阻加大,無功電耗增加。電流表上電流很大,但零件上分布的電流反而不足,使二次電流分布不均,電鍍質量無法保證。同時槽液溫度上升加快,槽電壓上升,帶來種種問題。因此要合理使用掛具主導電杠,以不燙手為原則。應根據鍍槽的總電流強度和掛具數量計算導電截面,合理分配各個掛具,還應根據零件形狀確定掛具附件。
一般掛具上端零件距液面至少5cm,下端距槽底10～15cm,在有攪拌孔和加熱管在槽底時,這個值還要增加或取其上限。人工操作的掛具要考慮每掛的重量,不要超過10kg。最好是雙鉤框式掛具,自動線的掛具在人工上下時,單掛也不可過重。另外,所有掛具都要對非直接導電部位絕緣處理,涂掛具膠。用膠布繞纏的方法不好,溶液殘液流在夾縫中不易清洗。
1.3陽極
陽極以使用鈦籃裝載為最佳方式,即可保證陽極的表面積不發生大的波動,又可以使陽極的溶解利用率大大提高。對于精細的鍍種,如光亮鎳、鍍鉛錫、銀等,應在陽極籃外加套,陽極的表面積應該是陰極(產品)的1～2倍。特殊的還要大,線材行業應保持陽極比陰極的面積大20倍以上。因為其電流密度很高,陽極很容易鈍化。
在使用懸掛陽極時,要做成條形板狀,其長度應比掛具上加工零件的底端短10～20cm,寬度在10～20cm,所有懸掛陽極都應加套,并保持掛鉤良好的導電狀態。
電鍍陽極的純度應在99.99%以上,否則鍍液中的雜質會影響電鍍質量。在陽極短缺時,寧愿使用不溶性陽極(如鈦板、不銹鋼板等)替代也不要用雜質含量高的劣質陽極,否則后患很大。
1.4被鍍零件的形狀及表面狀態
鍍件的形狀是決定電鍍加工難易程度的重要因素之一。對于簡單零件,比如標準件,可以用滾鍍,對于條形件,可采用斜橫懸掛,但對于異形管件、盲孔件等,要設計相應的掛具,有的還要設置輔助陽極,以解決深孔內壁等處的鍍層分布問題,對于帶有尖端、尖角部等突出的零件,在懸掛時要盡量使突出部處于遠離陽極的部位,利用零件本身做相互遮擋。在必要時采用保護陰極,防止被鍍零件突出部位由于“尖端放電效應”而“燒焦”、“鍍毛”。對于每個被鍍零件,都要計算其受鍍的表面積以確定電鍍加工時所給的電流大小。
另外,鍍件表面的光潔度對鍍后質量也有很大影響,使用再好的光亮劑,在粗糙的表面不但不易得到光亮的鍍層,還因為其真實表面積增大,要增大電流強度才能使電鍍得以正常進行。有些高要求的精飾要對基體表面拋光,就是這個道理。
2．電能學因素的影響
電鍍要消耗電能,這是不言而喻的。電鍍對所使用的電能有一定的要求,必須滿足哪些要求才能獲得合格的鍍層,卻有一定的規范。由于大部分電鍍加工企業或部門是購進整流器作電源,因此,可以簡單地說是如何選擇和安裝整流電源的問題。
2.1電源功率的影響
電鍍電源的功率必須能承受所定的加工任務,并連續地工作而不出現故障。一般是按被鍍產品的表面積和所鍍鍍種的正常電流密度計算出所需的總電流量,加上一定保險系數來確定選用多大的整流電源。在取電流密度時應該取最大允許電流密度,并要考慮連續工作時的溫升和可能發生的工藝變化。因此,在計算出的電流總量上,要加30%左右的保險量,以策安全。否則,將難以保持穩定的生產效率和良好的電鍍質量。針對不同的鍍種,對電源和電壓范圍也要有所選擇。一般正常電鍍的槽電壓都在6V以下,但由于陽極鈍化和溶液電導率(濃度、溫度、攪拌等影響)的變化,槽壓會有波動,有時會在10V以上。因此,常規電鍍的電源電壓應在0～12V范圍,對鍍鉻、鋁氧化等特殊鍍種,電源電壓應在0～18V或更高一些。由于工作電壓過高時,整流元件的要求也高,造成電源造價升高。因此,不是鍍種需要時,應選擇電壓低一些的設備比較合算。
2.2電源波形的影響
電源加工一般要求采用直流電源,但對直流的理解往往有誤差,并非從整流電源出來的電流是平穩的直流電源,都帶有一定脈沖,要看采用的是什么整流線路和器件。
通常合適電鍍的電源應該是三相橋式流并加濾波的線路。特別對于鍍鉻來說,平穩的直流有利于鍍鉻的加工。因此鍍鉻的電流效率只有10%～15%,如果電流中有較多的脈沖,使其效率進一步下降,其分散能力進一步下降,質量無法保證。對大多數電鍍來說,都是采用直流為好,脈沖有時有利于電鍍,特別是鍍銅或鍍貴金屬,但對大多數加工企業都是沒有必要的。
2.3電源的安裝
電源安裝在不直接受電鍍車間潮濕和有污染氣體影響的地方,現在也有不少電源是密封式槽邊電源。不在槽邊的電源要把控制開關和儀表部分與電源分立裝備,使表頭和控制部分在槽邊。并且電源雖然在防護環境好的地方,也不應距鍍槽太遠,這主要是要減少槽導電距離,節約導電銅排。關于銅排,一定要使其截面積能承受長時間最大電流的負載,很多單位忽略這個問題,使電流在進入鍍槽之前,已經發生無功消耗、發熱甚至發燙。電鍍質量無法保證,電能白白浪費。
銅排最大電流的計算:
A=Dk最大×S×K
式中:Dk最大鍍液允許的最大電流密度,A/dm2;
S受鍍零件表面積,dm2;
K受鍍零件的裝載總量,個、根。
當以鋁排取代銅排時,要將截面積增加一倍。另外,最好采用單機單槽供電方式,當以單機多槽供電時,每個單槽上應配備電力調節裝置,并且每個單槽都只能并聯在主線路上。
3．輔助設備的影響
我們電鍍界一直呼吁要重視輔助設備,但由于企業考慮一次投入的成本,往往忽視輔助設備。比如鍍鎳循環過濾、鍍銅的降溫設備,很少有備齊的。加熱器、攪拌器、水洗設備、干燥設備都會影響電鍍的質量。只不過由于其一旦選用某種設備,就成為固定因素,一般不易擦覺。只有在明顯影響質量時,才會采取調整和更換措施。有些企業甚至沒有干燥設備,干脆就靠太陽曬,那在陰雨天氣就可想而知,這里主要對溫度和攪拌的影響扼要加以介紹。
3.1溫度的影響
有些鍍種需要加溫才能得到合格的電鍍層,而有些鍍種又必須在某個溫度下工作才行�？梢姕囟戎笜耸请婂児に嚨闹匾笜�。能夠在很高溫度范圍內都正常工作的鍍液當然是好鍍液,但實際中這種鍍液不多。因此,用加溫或降溫的物理方式來彌補鍍液性能的不足是完全必要的,技術上是可行的,唯一的是投資問題。但如果加以綜合考慮,在一次投入后穩定了質量,減少了返工浪費和工時浪費,還是劃算的。因此,現在不少鄉鎮企業也認識到這一點,開始在電鍍設備上增加投入。
以光亮鍍鎳為例,當溫度在40℃以下時,再好的光亮劑也難以發揮出充分的光亮效果,在30℃以下就更難了。但一旦加溫至50℃以上,光亮效果就明顯了。當然,增加槽溫會增加鍍液的蒸發和消耗熱能,能夠不加溫就鍍亮最好。這有待于科研人員去開發新型的光亮劑。加溫可以增加電解液電導,使電流效率增加,在一定范圍內是有利于電鍍的。相反,低溫下也可以在簡單溶液里鍍出結晶細致的鍍層,只不過實用價值不大。
3.2攪拌的影響
現在電鍍工藝都傾向于采用攪拌。原因很簡單,可以增加電流密度,提高電鍍效率,改善分散能力,減小濃差極化。滾鍍、線材電鍍不用說,零件在運動中電鍍,即使這樣還可以用鍍液循環來進一步提高效率,普通的槽鍍如鍍鎳,則一定要有攪拌,靜止的電鍍會使電流密度范圍過小,尖端極易燒焦。因此,現在各種光亮鍍種一律都要攪拌。攪拌的方式有機械攪拌如槳式攪拌、陰極移動或旋轉。有吹氣攪拌(壓縮空氣經過過濾),也有鍍液循環甚至噴射。不同要求的鍍種可以選用不同的攪拌方式。
二．化學因素對電鍍質量的影響
1．主鹽及輔鹽的影響
任何一個電鍍工藝的鍍液配方都離不開主鹽和輔鹽。要鍍什么樣的金屬,就要采用這個金屬鹽做主鹽。由于不同的主鹽有不同的性質和工藝特點,所以我們在稱呼電鍍工藝時往往以主鹽命名。比如鍍鋅,以硫酸鋅為主鹽的叫硫酸鹽鍍鋅。以氧化鋅和氫氧化鈉制成鋅酸鹽的叫鋅酸鹽鍍鋅。以鋅的氰化物絡鹽為主鹽的鍍鋅叫氰化物鍍鋅。比如鍍銅,有硫酸鹽鍍銅,有焦磷酸鹽鍍銅,有氰化物鍍銅,有乙二胺鹽鍍銅等。其他鍍種都是如此�？梢娭鼷}的形式是決定電鍍性能、質量的最主要因素。一旦主鹽選定,輔鹽、添加劑、pH值,都根據主鹽來配套。主鹽對鍍的影響應該產是很大的,因此,電鍍工藝配方的第一項總是主鹽。其濃度范圍和純度都至關重要。
主鹽濃度低于工藝要求時,電鍍效率低下,電鍍密度下降,尖端部位極易燒焦,光亮劑作用降低,甚至在低電流區得不到鍍層。主鹽濃度高于工藝要求(這種情況較少見,但在投料計算有錯誤時,陽極溶解過快時也會發生)時,電流效率也會下降,同時鍍液帶出損失增加。因此,控制主鹽濃度是電鍍工藝管理的第一件工作,要做好這項工作第一是在配槽時正確投料,定期分析。只要保持陽極的正常工作,一般不需要添加主鹽,只添加陽極即可在配料時要認真閱讀工藝資料,注意配料要求及投料順序和方法,以免造成配料錯誤,引起不必要的損失。
同一個鍍種,采用不同的主鹽,濃度是不同的。比如鍍鋅,鋅酸鹽主鹽8～12g/L,硫酸鹽主鹽300～450g/L,氰化物鍍鋅的主鹽為30～50g/L。在工藝配方中,要注意主鹽的分子式的寫法,在國外為了不引起誤會,一般寫金屬離子濃度,以ZnSO4·7H2O為例,當寫結晶水時,其實際含鋅量為23%,不寫結晶水時,金屬含量為40%,實際上我們買到的工業硫酸鋅都是含結晶水,并且純度往往只在95%以下,所以在配槽時要加以注意。輔鹽多為絡合劑,也包括導電鹽和pH緩沖劑,完全靠單一的主鹽就能電鍍的鍍種很少,即使只用主鹽的鍍液也要加入添加劑才能正常工作。因此,輔鹽是必不可少的,并且對濃度也有一定的要求,過多過少都會影響電鍍質量。輔鹽主要靠分析補加。
2.pH值的影響
pH值是電鍍工藝的重要因素。采用不同主鹽的鍍種有不同的pH值工作范圍。從酸堿度的角度,鍍液分為酸性、中性和堿性。對pH值要求較嚴的往往是弱酸、弱堿性鍍液,比如光亮鍍鎳,pH值在4～4.5之間,pH值過低,光亮度會有影響,pH值過高,脆性增加。因此,對于鍍液的pH值要經常檢測,不在工藝范圍內要加以調整,調整的辦法是將與主鹽同離子的酸、堿稀釋后在攪拌下加入。不可以直接將濃酸、濃堿加入鍍液調pH值。
3．添加劑的影響
隨著科技的進步,現在已出現了許多種電鍍添加劑,特別是各種商業的光亮劑。由于光亮劑的出現,使過去需要靠機械拋光才能達到光亮度的鍍種,可以直接從鍍槽中鍍出鏡面光澤的鍍層,這種光亮劑以往只用于鍍鎳等少數鍍種,現在已經是幾乎所有鍍種都有不同程度的光亮添加劑,給電鍍工業帶來了很大的進步。光亮劑現在幾乎都是有機化合物,添加量很少,主要是在電鍍過程中影響結晶過程,改變結晶取向,使其達到對光的反射趨向一致。但添加劑也使鍍層內應力增加,不同程度地帶來鍍層的脆性,好在由于不同有機物在參加電極反應時,給結晶的影響方式不同,使內應力表現為壓應力和張應力兩種。因此,選取合適的添加劑,可以減緩內應力的影響。
添加劑的不利影響,主要是過量的添加劑分解產物的積累。所以使用添加劑的鍍液視生產量的情況要定期進行處理,處理的方法是采用活性炭過濾。通常將鍍液加溫至60℃,在充分攪拌下加入1～2g/L活性炭,當使用顆�；钚蕴繒r,要加至2～4g/L,處理的要點是充分攪拌2h。不要一加進去就靜置不管。為了防止添加劑的不足或過量,最好是按照消耗量勤加少加。即根據通電的安培小時數來加入添加劑。因為光亮劑在電解過程中才消耗,用電鍍時的消耗電量來補加比較科學。經驗的方法是按受鍍面積,即出了多少活兒,消耗多少光亮劑。比如鍍鐵絲每1噸約消耗1kg,則每生產若干噸后,就補加多少公斤。補加添加劑要看清光亮劑名稱、廠家。不同廠家的,即使是同類光亮劑也不可以混用,以免造成不必要的麻煩。往鍍槽中添加光亮劑最好做當班記錄,以便作為今后鍍液有故障時的參考。嚴格地說,往鍍槽中加入任何化學物,包括主鹽、輔鹽、添加劑等都應有當班記錄。這是防止出錯,萬一出錯也容易查找原因的良好管理辦法。
三．雜質的影響
雜質對電鍍的影響是最常見的電鍍故障,在電鍍故障中占的比例較大。本節只作概括性介紹,擬另辟專題來討論各個鍍種對雜質的允許濃度及去除方法。雜質對電鍍來說分為三類:有機雜質、無機雜質、機械雜質。有機雜質主要是帶入槽內的油脂、表面活性劑、添加劑分解物。無機雜質主要是主鹽以及工藝規范以外的金屬離子,比如鍍鎳中的Zn2+、Cu2+、Pb2+等,鍍鋅中的Cu2+、Fe2+等。這些雜質由于沉積電位不同而在鍍件的低電流區或高電流區析出,使鍍層出現發黑、發脆或發花的故障。
機械雜質主要指灰塵、陽極泥等不溶性漂浮物,混入鍍槽后受電泳作用影響,也會在陰極成為雜質而影響鍍層質量。對于有機雜質,主要靠活性炭吸附后過濾處理,無機雜質比較麻煩,個別無機鹽很難用常規方法除去,即使可以除掉,成本也很高,因此要嚴防無機雜質混入。一般用電解法、置換法或沉積法去除。機械雜質主要靠過濾去除。
四．前后處理的影響
1．前處理的影響
前處理這里主要指除油和除銹,磨光后也存在除油(除臘)問題。還有活化也屬前處理或叫預處理。金屬零件在機械加工過程中一般都沾有油污,在周轉和存放中都會生銹,油和銹不去除干凈,電鍍就無法正常進行。電鍍的前處理就如建房打地基,看不起眼,卻十分重要�？梢院敛豢鋸埖卣f:三分電鍍,七分前處理。因為前處理不好,特別是用肉眼不易察覺的油污或氧化層不去干凈,電鍍也能鍍上去,但在隨后的處理中(熱水洗、干燥等熱沖擊過程),就會起皮、鼓泡。更有一些延至裝配以后或到用戶手中才起泡,嚴重影響質量信譽,損失很大。因此,前處理不可不重視,可惜電鍍廠往往是反其道行之,七分電鍍、三分前處理。去油去銹馬馬虎虎,甚至認為用氰化物電鍍可以對油污有容忍,所以有些單位的堿性鍍鋅表面都浮有一層油污,從這里邊鍍出的產品質量很難保證。鑒定去油的標準是表面完全親水化�，F在由于使用各種高效表面活性劑,做到這一點不難,但是有些除油劑會因表面活性劑選用不當,造成假性親水,看似親水,實際不親的另一端連在些油脂。對這種情況,要以電解除油的方法去除。電解除油既有化學作用,主要靠電化學作用。其中陰極除油靠大量析氫來沖刷油膜,再輔以乳化和皂化作用,使油脂完全從金屬表面脫離。陰極除油的優點是除油效果好,但缺點是對彈性零件有造成氫脆的危險,另外除油液必須保持干凈,經常更換,不可讓金屬離子混入,否則會在陰極析出,反而影響結合力。陽極除油作用無陰極好,但不會造成析氫,也不會造成金屬雜質沉積。但當電位不當時,零件會發生鈍化或溶解。因此,也要控制好工藝條件。除油以后的清洗務必要用熱水,再用冷水漂洗,以防浮在零件上的油污帶入鍍槽。除銹主要靠酸與氧化物反應,常用的有鹽酸,通常用1:1的鹽酸,也有用硫酸去銹的,但速度和效果不如純鹽酸。為了防止腐蝕,在純鹽酸中往往加入緩蝕劑如鳥洛托品。有些零件在去完油、銹后,要等待一定時間才會入槽電鍍,這時表面會形成看不見的氧化膜,同樣影響電鍍質量,因此,在電鍍前要加一個活化工序。通常用3%～5%硫酸,但實際1%就夠了,且最好每天更換,至少一周更換一次。有些單位的活化液用幾個月也不換,實際已無活化作用,對于鍍前處理流程,理想的搭配如下:
有機除油→化學除油→去銹→電解除油→活化→電鍍。
其中有機除油及電解除油對裝飾性電鍍和要求嚴格的鍍件必不可少,對鍍鋅等常規鍍種往往可以省掉。更嚴的要求還要加上超聲波除油和二級電解除油。無論采用什么前處理工藝,其目的都是要使鍍件表面處于完全新鮮的金屬活化狀態,使鍍層得以在金屬晶格上生長出來,形成完善合格的鍍層。
2．后處理的影響
這里指鈍化等需化學處理的方法的影響,也包括干燥的方法。有些鍍層如果不進行后處理,看似光亮的鍍層很快會變色變暗。尤其現在彩色電鍍盛行,單一的鍍鉻表面已不適合市場需求,使很多原來是中間層、底層的鍍種也當作表面層,如光亮鍍銅,有些防護性鍍層也要求裝飾性如光亮鍍鋅。因此對這些抗變色差的鍍層,必須進行后處理。對鋅層而言,現在有各種鈍化方案,傳統的彩鈍、白鈍,現在有藍白鈍、黃鈍、黑鈍。鈍化之后的鋅層抗蝕性可提高十幾倍。因此,鋅層一般都應鈍化處理。對光亮銅、仿金等鍍層,只鈍化還不行,還要加上有機膜防護,比如用各種清漆、樹脂漆涂在表面,以防氧化變色,也叫罩光處理。電鍍的干燥以使水分充分蒸發為準,不是溫度越高越好。特別是鍍鋅鈍化后的干燥,應在100℃左右,過高時有色鈍化膜會產生顏色變化,影響外觀,還會使膜層裂紋加大,不利于抗蝕性。
電鍍生產流程長，工藝參數處于動態變化之中，影響鍍層質量的因素眾多而復雜。以下分享電鍍故障引起原因與排除方法：
一．由于物理因素對電鍍產品質量的影響
影響電鍍質量的物理因素又可以分為機械的、電學的和幾何的等幾種,包括溫度、攪拌、電流密度及波形、槽體形狀大小、掛具形狀、陽極狀態等,本篇將分別加以討論。
1.幾何因素的影響
幾何因素包括鍍槽的形狀、大小;陽極的形狀和配置;排具的形狀以及被鍍零件的形狀等。
1．1鍍槽
除了刷鍍以外,其他電鍍都需鍍槽,廣義地說任何容器,只要不漏而又耐腐蝕,都可以用來做鍍槽。但是要講究質量的話,鍍槽應用按設計要求制作,而不是隨便拿一個容器就可用的。鍍槽設計的依據是產量和被鍍零件的大小、形狀。如果產量低、零件小,就用較小的鍍槽,否則就是浪費。
反之,產量高、零件大,如果槽子太小,鍍液很容易出現失調,電鍍質量不能保證,也不劃算。合理的鍍槽容量應該是滿負荷運作能力的1.2～1.5倍,建議用加工零件的受鍍面積來估算鍍槽容積,一般每平方分米應占用8～12L容積,才可維持正常的工作。遇有鍍鉻,或對溫度敏感的鍍種,要取上限,并適當加大容量,比如鍍硬鉻,每平方分米需要有30L左右液量。鍍槽的幾何形狀一般是長方體,其高度一般為800～1000mm,寬度為600～800mm,長度在1200mm左右,容量在500～100L。但具體尺寸應根據零件形狀及掛具的設置、陽極的配置來定。一般以中間為陰極、兩側為陽極的配置為標準。零件應浸入在鍍液中,距液面5～10cm,下端距槽底應10～20cm,陰極(零件)與陽極的距離應在15～20cm,尤其在沒有攪拌時,陰陽極距離要拉大一些。有許多電鍍產品高電流區很容易燒焦,與極距離和掛具設計不合理有關系。
1.2掛具
掛具對電鍍質量的影響非常大,卻又往往最容易被忽視。有些簡單的大零件,做一只鉤子把產品一鉤,往槽中陰極杠上一掛,就可以電鍍。即使這樣,如果掛鉤導電截面不夠,燒紅發燙是常見的事。很多電鍍廠的掛具都在工作中發燙燙手,人們都習以為常,認為電鍍就是這樣,實在是大錯特錯。
掛具導電截面不足,使一類導體電阻加大,無功電耗增加。電流表上電流很大,但零件上分布的電流反而不足,使二次電流分布不均,電鍍質量無法保證。同時槽液溫度上升加快,槽電壓上升,帶來種種問題。因此要合理使用掛具主導電杠,以不燙手為原則。應根據鍍槽的總電流強度和掛具數量計算導電截面,合理分配各個掛具,還應根據零件形狀確定掛具附件。
一般掛具上端零件距液面至少5cm,下端距槽底10～15cm,在有攪拌孔和加熱管在槽底時,這個值還要增加或取其上限。人工操作的掛具要考慮每掛的重量,不要超過10kg。最好是雙鉤框式掛具,自動線的掛具在人工上下時,單掛也不可過重。另外,所有掛具都要對非直接導電部位絕緣處理,涂掛具膠。用膠布繞纏的方法不好,溶液殘液流在夾縫中不易清洗。
1.3陽極
陽極以使用鈦籃裝載為最佳方式,即可保證陽極的表面積不發生大的波動,又可以使陽極的溶解利用率大大提高。對于精細的鍍種,如光亮鎳、鍍鉛錫、銀等,應在陽極籃外加套,陽極的表面積應該是陰極(產品)的1～2倍。特殊的還要大,線材行業應保持陽極比陰極的面積大20倍以上。因為其電流密度很高,陽極很容易鈍化。
在使用懸掛陽極時,要做成條形板狀,其長度應比掛具上加工零件的底端短10～20cm,寬度在10～20cm,所有懸掛陽極都應加套,并保持掛鉤良好的導電狀態。
電鍍陽極的純度應在99.99%以上,否則鍍液中的雜質會影響電鍍質量。在陽極短缺時,寧愿使用不溶性陽極(如鈦板、不銹鋼板等)替代也不要用雜質含量高的劣質陽極,否則后患很大。
1.4被鍍零件的形狀及表面狀態
鍍件的形狀是決定電鍍加工難易程度的重要因素之一。對于簡單零件,比如標準件,可以用滾鍍,對于條形件,可采用斜橫懸掛,但對于異形管件、盲孔件等,要設計相應的掛具,有的還要設置輔助陽極,以解決深孔內壁等處的鍍層分布問題,對于帶有尖端、尖角部等突出的零件,在懸掛時要盡量使突出部處于遠離陽極的部位,利用零件本身做相互遮擋。在必要時采用保護陰極,防止被鍍零件突出部位由于“尖端放電效應”而“燒焦”、“鍍毛”。對于每個被鍍零件,都要計算其受鍍的表面積以確定電鍍加工時所給的電流大小。
另外,鍍件表面的光潔度對鍍后質量也有很大影響,使用再好的光亮劑,在粗糙的表面不但不易得到光亮的鍍層,還因為其真實表面積增大,要增大電流強度才能使電鍍得以正常進行。有些高要求的精飾要對基體表面拋光,就是這個道理。
2．電能學因素的影響
電鍍要消耗電能,這是不言而喻的。電鍍對所使用的電能有一定的要求,必須滿足哪些要求才能獲得合格的鍍層,卻有一定的規范。由于大部分電鍍加工企業或部門是購進整流器作電源,因此,可以簡單地說是如何選擇和安裝整流電源的問題。
2.1電源功率的影響
電鍍電源的功率必須能承受所定的加工任務,并連續地工作而不出現故障。一般是按被鍍產品的表面積和所鍍鍍種的正常電流密度計算出所需的總電流量,加上一定保險系數來確定選用多大的整流電源。在取電流密度時應該取最大允許電流密度,并要考慮連續工作時的溫升和可能發生的工藝變化。因此,在計算出的電流總量上,要加30%左右的保險量,以策安全。否則,將難以保持穩定的生產效率和良好的電鍍質量。針對不同的鍍種,對電源和電壓范圍也要有所選擇。一般正常電鍍的槽電壓都在6V以下,但由于陽極鈍化和溶液電導率(濃度、溫度、攪拌等影響)的變化,槽壓會有波動,有時會在10V以上。因此,常規電鍍的電源電壓應在0～12V范圍,對鍍鉻、鋁氧化等特殊鍍種,電源電壓應在0～18V或更高一些。由于工作電壓過高時,整流元件的要求也高,造成電源造價升高。因此,不是鍍種需要時,應選擇電壓低一些的設備比較合算。
2.2電源波形的影響
電源加工一般要求采用直流電源,但對直流的理解往往有誤差,并非從整流電源出來的電流是平穩的直流電源,都帶有一定脈沖,要看采用的是什么整流線路和器件。
通常合適電鍍的電源應該是三相橋式流并加濾波的線路。特別對于鍍鉻來說,平穩的直流有利于鍍鉻的加工。因此鍍鉻的電流效率只有10%～15%,如果電流中有較多的脈沖,使其效率進一步下降,其分散能力進一步下降,質量無法保證。對大多數電鍍來說,都是采用直流為好,脈沖有時有利于電鍍,特別是鍍銅或鍍貴金屬,但對大多數加工企業都是沒有必要的。
2.3電源的安裝
電源安裝在不直接受電鍍車間潮濕和有污染氣體影響的地方,現在也有不少電源是密封式槽邊電源。不在槽邊的電源要把控制開關和儀表部分與電源分立裝備,使表頭和控制部分在槽邊。并且電源雖然在防護環境好的地方,也不應距鍍槽太遠,這主要是要減少槽導電距離,節約導電銅排。關于銅排,一定要使其截面積能承受長時間最大電流的負載,很多單位忽略這個問題,使電流在進入鍍槽之前,已經發生無功消耗、發熱甚至發燙。電鍍質量無法保證,電能白白浪費。
銅排最大電流的計算:
A=Dk最大×S×K
式中:Dk最大鍍液允許的最大電流密度,A/dm2;
S受鍍零件表面積,dm2;
K受鍍零件的裝載總量,個、根。
當以鋁排取代銅排時,要將截面積增加一倍。另外,最好采用單機單槽供電方式,當以單機多槽供電時,每個單槽上應配備電力調節裝置,并且每個單槽都只能并聯在主線路上。
3．輔助設備的影響
我們電鍍界一直呼吁要重視輔助設備,但由于企業考慮一次投入的成本,往往忽視輔助設備。比如鍍鎳循環過濾、鍍銅的降溫設備,很少有備齊的。加熱器、攪拌器、水洗設備、干燥設備都會影響電鍍的質量。只不過由于其一旦選用某種設備,就成為固定因素,一般不易擦覺。只有在明顯影響質量時,才會采取調整和更換措施。有些企業甚至沒有干燥設備,干脆就靠太陽曬,那在陰雨天氣就可想而知,這里主要對溫度和攪拌的影響扼要加以介紹。
3.1溫度的影響
有些鍍種需要加溫才能得到合格的電鍍層,而有些鍍種又必須在某個溫度下工作才行�？梢姕囟戎笜耸请婂児に嚨闹匾笜�。能夠在很高溫度范圍內都正常工作的鍍液當然是好鍍液,但實際中這種鍍液不多。因此,用加溫或降溫的物理方式來彌補鍍液性能的不足是完全必要的,技術上是可行的,唯一的是投資問題。但如果加以綜合考慮,在一次投入后穩定了質量,減少了返工浪費和工時浪費,還是劃算的。因此,現在不少鄉鎮企業也認識到這一點,開始在電鍍設備上增加投入。
以光亮鍍鎳為例,當溫度在40℃以下時,再好的光亮劑也難以發揮出充分的光亮效果,在30℃以下就更難了。但一旦加溫至50℃以上,光亮效果就明顯了。當然,增加槽溫會增加鍍液的蒸發和消耗熱能,能夠不加溫就鍍亮最好。這有待于科研人員去開發新型的光亮劑。加溫可以增加電解液電導,使電流效率增加,在一定范圍內是有利于電鍍的。相反,低溫下也可以在簡單溶液里鍍出結晶細致的鍍層,只不過實用價值不大。
3.2攪拌的影響
現在電鍍工藝都傾向于采用攪拌。原因很簡單,可以增加電流密度,提高電鍍效率,改善分散能力,減小濃差極化。滾鍍、線材電鍍不用說,零件在運動中電鍍,即使這樣還可以用鍍液循環來進一步提高效率,普通的槽鍍如鍍鎳,則一定要有攪拌,靜止的電鍍會使電流密度范圍過小,尖端極易燒焦。因此,現在各種光亮鍍種一律都要攪拌。攪拌的方式有機械攪拌如槳式攪拌、陰極移動或旋轉。有吹氣攪拌(壓縮空氣經過過濾),也有鍍液循環甚至噴射。不同要求的鍍種可以選用不同的攪拌方式。
二．化學因素對電鍍質量的影響
1．主鹽及輔鹽的影響
任何一個電鍍工藝的鍍液配方都離不開主鹽和輔鹽。要鍍什么樣的金屬,就要采用這個金屬鹽做主鹽。由于不同的主鹽有不同的性質和工藝特點,所以我們在稱呼電鍍工藝時往往以主鹽命名。比如鍍鋅,以硫酸鋅為主鹽的叫硫酸鹽鍍鋅。以氧化鋅和氫氧化鈉制成鋅酸鹽的叫鋅酸鹽鍍鋅。以鋅的氰化物絡鹽為主鹽的鍍鋅叫氰化物鍍鋅。比如鍍銅,有硫酸鹽鍍銅,有焦磷酸鹽鍍銅,有氰化物鍍銅,有乙二胺鹽鍍銅等。其他鍍種都是如此�？梢娭鼷}的形式是決定電鍍性能、質量的最主要因素。一旦主鹽選定,輔鹽、添加劑、pH值,都根據主鹽來配套。主鹽對鍍的影響應該產是很大的,因此,電鍍工藝配方的第一項總是主鹽。其濃度范圍和純度都至關重要。
主鹽濃度低于工藝要求時,電鍍效率低下,電鍍密度下降,尖端部位極易燒焦,光亮劑作用降低,甚至在低電流區得不到鍍層。主鹽濃度高于工藝要求(這種情況較少見,但在投料計算有錯誤時,陽極溶解過快時也會發生)時,電流效率也會下降,同時鍍液帶出損失增加。因此,控制主鹽濃度是電鍍工藝管理的第一件工作,要做好這項工作第一是在配槽時正確投料,定期分析。只要保持陽極的正常工作,一般不需要添加主鹽,只添加陽極即可在配料時要認真閱讀工藝資料,注意配料要求及投料順序和方法,以免造成配料錯誤,引起不必要的損失。
同一個鍍種,采用不同的主鹽,濃度是不同的。比如鍍鋅,鋅酸鹽主鹽8～12g/L,硫酸鹽主鹽300～450g/L,氰化物鍍鋅的主鹽為30～50g/L。在工藝配方中,要注意主鹽的分子式的寫法,在國外為了不引起誤會,一般寫金屬離子濃度,以ZnSO4·7H2O為例,當寫結晶水時,其實際含鋅量為23%,不寫結晶水時,金屬含量為40%,實際上我們買到的工業硫酸鋅都是含結晶水,并且純度往往只在95%以下,所以在配槽時要加以注意。輔鹽多為絡合劑,也包括導電鹽和pH緩沖劑,完全靠單一的主鹽就能電鍍的鍍種很少,即使只用主鹽的鍍液也要加入添加劑才能正常工作。因此,輔鹽是必不可少的,并且對濃度也有一定的要求,過多過少都會影響電鍍質量。輔鹽主要靠分析補加。
2.pH值的影響
pH值是電鍍工藝的重要因素。采用不同主鹽的鍍種有不同的pH值工作范圍。從酸堿度的角度,鍍液分為酸性、中性和堿性。對pH值要求較嚴的往往是弱酸、弱堿性鍍液,比如光亮鍍鎳,pH值在4～4.5之間,pH值過低,光亮度會有影響,pH值過高,脆性增加。因此,對于鍍液的pH值要經常檢測,不在工藝范圍內要加以調整,調整的辦法是將與主鹽同離子的酸、堿稀釋后在攪拌下加入。不可以直接將濃酸、濃堿加入鍍液調pH值。
3．添加劑的影響
隨著科技的進步,現在已出現了許多種電鍍添加劑,特別是各種商業的光亮劑。由于光亮劑的出現,使過去需要靠機械拋光才能達到光亮度的鍍種,可以直接從鍍槽中鍍出鏡面光澤的鍍層,這種光亮劑以往只用于鍍鎳等少數鍍種,現在已經是幾乎所有鍍種都有不同程度的光亮添加劑,給電鍍工業帶來了很大的進步。光亮劑現在幾乎都是有機化合物,添加量很少,主要是在電鍍過程中影響結晶過程,改變結晶取向,使其達到對光的反射趨向一致。但添加劑也使鍍層內應力增加,不同程度地帶來鍍層的脆性,好在由于不同有機物在參加電極反應時,給結晶的影響方式不同,使內應力表現為壓應力和張應力兩種。因此,選取合適的添加劑,可以減緩內應力的影響。
添加劑的不利影響,主要是過量的添加劑分解產物的積累。所以使用添加劑的鍍液視生產量的情況要定期進行處理,處理的方法是采用活性炭過濾。通常將鍍液加溫至60℃,在充分攪拌下加入1～2g/L活性炭,當使用顆�；钚蕴繒r,要加至2～4g/L,處理的要點是充分攪拌2h。不要一加進去就靜置不管。為了防止添加劑的不足或過量,最好是按照消耗量勤加少加。即根據通電的安培小時數來加入添加劑。因為光亮劑在電解過程中才消耗,用電鍍時的消耗電量來補加比較科學。經驗的方法是按受鍍面積,即出了多少活兒,消耗多少光亮劑。比如鍍鐵絲每1噸約消耗1kg,則每生產若干噸后,就補加多少公斤。補加添加劑要看清光亮劑名稱、廠家。不同廠家的,即使是同類光亮劑也不可以混用,以免造成不必要的麻煩。往鍍槽中添加光亮劑最好做當班記錄,以便作為今后鍍液有故障時的參考。嚴格地說,往鍍槽中加入任何化學物,包括主鹽、輔鹽、添加劑等都應有當班記錄。這是防止出錯,萬一出錯也容易查找原因的良好管理辦法。
三．雜質的影響
雜質對電鍍的影響是最常見的電鍍故障,在電鍍故障中占的比例較大。本節只作概括性介紹,擬另辟專題來討論各個鍍種對雜質的允許濃度及去除方法。雜質對電鍍來說分為三類:有機雜質、無機雜質、機械雜質。有機雜質主要是帶入槽內的油脂、表面活性劑、添加劑分解物。無機雜質主要是主鹽以及工藝規范以外的金屬離子,比如鍍鎳中的Zn2+、Cu2+、Pb2+等,鍍鋅中的Cu2+、Fe2+等。這些雜質由于沉積電位不同而在鍍件的低電流區或高電流區析出,使鍍層出現發黑、發脆或發花的故障。
機械雜質主要指灰塵、陽極泥等不溶性漂浮物,混入鍍槽后受電泳作用影響,也會在陰極成為雜質而影響鍍層質量。對于有機雜質,主要靠活性炭吸附后過濾處理,無機雜質比較麻煩,個別無機鹽很難用常規方法除去,即使可以除掉,成本也很高,因此要嚴防無機雜質混入。一般用電解法、置換法或沉積法去除。機械雜質主要靠過濾去除。
四．前后處理的影響
1．前處理的影響
前處理這里主要指除油和除銹,磨光后也存在除油(除臘)問題。還有活化也屬前處理或叫預處理。金屬零件在機械加工過程中一般都沾有油污,在周轉和存放中都會生銹,油和銹不去除干凈,電鍍就無法正常進行。電鍍的前處理就如建房打地基,看不起眼,卻十分重要�？梢院敛豢鋸埖卣f:三分電鍍,七分前處理。因為前處理不好,特別是用肉眼不易察覺的油污或氧化層不去干凈,電鍍也能鍍上去,但在隨后的處理中(熱水洗、干燥等熱沖擊過程),就會起皮、鼓泡。更有一些延至裝配以后或到用戶手中才起泡,嚴重影響質量信譽,損失很大。因此,前處理不可不重視,可惜電鍍廠往往是反其道行之,七分電鍍、三分前處理。去油去銹馬馬虎虎,甚至認為用氰化物電鍍可以對油污有容忍,所以有些單位的堿性鍍鋅表面都浮有一層油污,從這里邊鍍出的產品質量很難保證。鑒定去油的標準是表面完全親水化�，F在由于使用各種高效表面活性劑,做到這一點不難,但是有些除油劑會因表面活性劑選用不當,造成假性親水,看似親水,實際不親的另一端連在些油脂。對這種情況,要以電解除油的方法去除。電解除油既有化學作用,主要靠電化學作用。其中陰極除油靠大量析氫來沖刷油膜,再輔以乳化和皂化作用,使油脂完全從金屬表面脫離。陰極除油的優點是除油效果好,但缺點是對彈性零件有造成氫脆的危險,另外除油液必須保持干凈,經常更換,不可讓金屬離子混入,否則會在陰極析出,反而影響結合力。陽極除油作用無陰極好,但不會造成析氫,也不會造成金屬雜質沉積。但當電位不當時,零件會發生鈍化或溶解。因此,也要控制好工藝條件。除油以后的清洗務必要用熱水,再用冷水漂洗,以防浮在零件上的油污帶入鍍槽。除銹主要靠酸與氧化物反應,常用的有鹽酸,通常用1:1的鹽酸,也有用硫酸去銹的,但速度和效果不如純鹽酸。為了防止腐蝕,在純鹽酸中往往加入緩蝕劑如鳥洛托品。有些零件在去完油、銹后,要等待一定時間才會入槽電鍍,這時表面會形成看不見的氧化膜,同樣影響電鍍質量,因此,在電鍍前要加一個活化工序。通常用3%～5%硫酸,但實際1%就夠了,且最好每天更換,至少一周更換一次。有些單位的活化液用幾個月也不換,實際已無活化作用,對于鍍前處理流程,理想的搭配如下:
有機除油→化學除油→去銹→電解除油→活化→電鍍。
其中有機除油及電解除油對裝飾性電鍍和要求嚴格的鍍件必不可少,對鍍鋅等常規鍍種往往可以省掉。更嚴的要求還要加上超聲波除油和二級電解除油。無論采用什么前處理工藝,其目的都是要使鍍件表面處于完全新鮮的金屬活化狀態,使鍍層得以在金屬晶格上生長出來,形成完善合格的鍍層。
2．后處理的影響
這里指鈍化等需化學處理的方法的影響,也包括干燥的方法。有些鍍層如果不進行后處理,看似光亮的鍍層很快會變色變暗。尤其現在彩色電鍍盛行,單一的鍍鉻表面已不適合市場需求,使很多原來是中間層、底層的鍍種也當作表面層,如光亮鍍銅,有些防護性鍍層也要求裝飾性如光亮鍍鋅。因此對這些抗變色差的鍍層,必須進行后處理。對鋅層而言,現在有各種鈍化方案,傳統的彩鈍、白鈍,現在有藍白鈍、黃鈍、黑鈍。鈍化之后的鋅層抗蝕性可提高十幾倍。因此,鋅層一般都應鈍化處理。對光亮銅、仿金等鍍層,只鈍化還不行,還要加上有機膜防護,比如用各種清漆、樹脂漆涂在表面,以防氧化變色,也叫罩光處理。電鍍的干燥以使水分充分蒸發為準,不是溫度越高越好。特別是鍍鋅鈍化后的干燥,應在100℃左右,過高時有色鈍化膜會產生顏色變化,影響外觀,還會使膜層裂紋加大,不利于抗蝕性。
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