氰化鍍鋅層厚度控制的初探

張 筠

(中航工業沈陽飛機工業集團技術裝備中心工具單元,遼寧沈陽 110034）

氰化鍍鋅層厚度控制的初探

張 筠

(中航工業沈陽飛機工業集團技術裝備中心工具單元,遼寧沈陽 110034）

0 前言

鍍鋅一般是作為防護性鍍層來使用,對尺寸要求不高,但是并不能說明控制鍍鋅層厚度沒意義。眾所周知,由于環境保護的原因,很多單位都在使用無氰鍍鋅工藝,但是由于氰化鍍鋅與無氰鍍鋅相比具有很多優點,這些優點使其在航空、航天等對鍍層要求嚴格的場合是無氰鍍鋅無法取代的。相比于其他無氰鍍鋅工藝,氰化鍍鋅能在復雜零件表面獲得厚度更均勻的鍍層。所以繼續研究氰化鍍鋅是有一定現實意義的。本文以我單位加工的某項要求控制鍍鋅層厚度的航空產品為例,簡要介紹在鍍鋅過程中控制鍍層厚度的方法,希望能起到拋磚引玉的作用。

1 零件的要求

產品為螺紋桿件,材料為30CrMnSi,頂端焊有65Mn彈簧鋼壓板,零件要求的抗拉強度為1 100 MPa,螺紋公差在±0.001 5 mm之間。以往在鍍鋅中沒有注意關于控制鍍層厚度的問題,往往在鍍鋅后螺紋桿件在裝配時旋不進螺紋導套中,所以不得不返工;但是由于零件是航空產品,又因為零件的抗拉強度高,導致不能多次返工,設計給出的要求為此零件在整個表面處理工序中只能返工2次。所以選則合適的工藝參數來控制鋅層的厚度是唯一的解決辦法。為了控制厚度,要求零件加工單位將零件螺紋部分車小(0.08±0.001 5）mm,作為鍍層厚度的余量。

2 實現厚度控制的可能性分析

很多人認為靠計算來控制鍍層厚度是不容易實現的,因為鍍層厚度與很多因素有關,其中最主要的因素有主鹽,配位劑的質量濃度,電流密度,電流效率,而電流效率又與溫度及鍍液的擴散等有關。所以為了方便計算,需控制以上參數,將主鹽氧化鋅及配位劑的質量濃度控制在(中間值±2）g/L左右,還需將溫度與電流效率也控制在一定范圍內。另外還有一個最主要的因素就是零件的復雜程度直接影響電流密度的分布,電流密度分布不均勻就會造成鍍層厚度的不均勻,這一問題也只有在氰化鍍鋅中才能部分解決。因為在氰化鍍鋅中電流效率隨電流密度的提高而下降。對于一件外形復雜的零件,在電鍍時實際的電流分布是凸部大于凹部,使凸部(相當于近陰極）比之凹部(相當于遠陰極）能沉積更多的金屬。但是凹部的電流效率高于凸部的電流效率,這樣就造成電流密度和電流效率的乘積在凹部與凸部的數值趨于接近。所以氰化鍍鋅在對于復雜零件的電鍍上能取得相對優異的平均厚度鍍層。但這個也是相對的,如果零件過于復雜,就要考慮作象形陽極的問題了。

3 鍍鋅工藝參數

氰化鍍鋅工藝規范為:氧化鋅 33～45 g/L,氰化鈉 70～90 g/L,氫氧化鈉 75～100 g/L,硫化鈉0.5～5.0 g/L,2～5 A/dm2,16～40 ℃,S陰∶S陽=1∶2。為了便于計算,將以上參數控制在:氧化鋅(36±2）g/L,氰化鈉 (80±2）g/L,氫氧化鈉(88±2）g/L,硫化鈉 2 g/L。

在一些資料上氰化鍍鋅的電流效率在60%～85%之間,這個范圍有點大,很難作為計算依據。所以為了進一步縮小本單位氰化鍍鋅槽的電流效率范圍,與本集團公司內部的冶金、理化部門配合,通過試驗及式(1）更進一步縮小了電流效率范圍。

其中:η為電流效率;M為實際析出物的質量,g;I為電流,A;t為時間,h;K為電化當量,g·A-1·h-1。

在試驗中充分考慮各工藝參數對電流效率的影響。其中,把溫度控制在(25±5） ℃之間,采用陰極移動方式。通過試驗及計算得出鍍槽的電流效率在75%～85%之間。在計算中取中間值80%。

根據式(2）得出要求鍍出相應厚度所需的時間。

其中:δ為鍍層要求控制的厚度(0.08±0.001 5）mm(厚度隨產品要求而變）;K為電化當量,本試驗取1.22 g·A-1·h-1;Dk為電流密度,本試驗取3 A/dm2;η為陰極電流效率,本試驗取80%;ρ為密度,本試驗取7.17 g/cm3。

4 結論

通過公式求出的時間只是近似的時間,因為在整個電鍍過程中鍍層的沉積受很多因素的影響,要想簡單的通過一個公式就能精準地控制鍍層的厚度是不可能的。但是運用此公式計算出的時間偏差較小,在生產時只需將以上參數固定,時間上做適當調整就能連續穩定的鍍出均勻的鍍層。

TQ 153

B

1000-4742(2011）05-0047-02

2010-12-27