受電弓弓角表面處理方式的研究分析

馮 葉，林 平，李 軍，孫 寧，王秋紅

（南車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲412001）

1 前言

某型機車車用受電弓弓角主要材質為碳鋼Q235，表面處理為電鍍鋅白鈍化（Ep·Zn15·c1A），在段運行約一定時期后表面出現較嚴重的銹蝕現象（如圖1所示）。

為解決高溫酸雨惡劣環境下碳鋼工件的耐腐蝕能力，現對電鍍鋅鎳的耐腐蝕能力進行研究。

圖1 在段運行約半年后受電弓弓角

2 電鍍鋅鎳合金

（1）概述：電鍍鋅鎳合金是以電鍍的方式在金屬表面形成一層鋅鎳鍍層，在鍍層中含有13%左右的鎳。

三價鉻彩色鈍化是電鍍鋅鎳合金在鈍化液的作用下，反應生成不溶性鋅鉻氧化物，該復合氧化物在鍍層表面沉積形成鈍化膜，隔離了空氣中的氧氣和水分的滲透，對電鍍層及母材形成保護。

（2）試制情況：將弓角進行電鍍鋅鎳合金三價鉻彩色鈍化處理。弓角電鍍鋅鎳合金彩鈍處理后表面外觀良好呈彩色的金屬光澤，鍍層厚度均為15μm以上，如圖2所示。

圖2 電鍍鋅鎳合金三價鉻彩色鈍化后

（3）鹽霧試驗結果：按國標GB/T2423.18-2000進行72h鹽霧試驗。經過72h的鹽霧試驗，弓角（如圖3所示）和表面沒有明顯變化。

對弓角進行電鍍鋅鎳合金三價鉻彩色鈍化處理時，有一樣片進行了同樣的處理，隨后對樣片進行了快速腐蝕試驗報告，報告顯示其通過快速腐蝕試驗1h測試（相當于中性鹽霧試驗1000h）。

（4）電鍍鋅鎳合金的防腐原理：電鍍鋅鎳合金有比較好的防腐性能，目前在海洋船舶、航空電子等行業廣泛應用。根據資料顯示，鋅鎳合金鍍層的晶體隨著鍍層中鎳含量的不同,其結構也有所不同。不同鎳含量鋅鎳合金的表面形貌不同，如圖4所示。

圖4 不同鎳含量鋅鎳合金的表面形貌

可以認為表面微觀晶粒細致緊密，則其耐腐蝕性較晶粒粗大的表面要好些，分別對鍍鋅及鋅鈍化、鎘鈍化、鍍鎘鈦、鋅鎳合金及其鈍化的鋅鎳合金鍍層進行了中性鹽霧試驗,其結果如表1所示。

（5）鈍化膜防腐原理及顏色差異：電鍍鋅鎳合金厚度在15μm以上，經鈍化處理后，在鋅鎳合金表面形成了一層厚度約0.5～1μm的鈍化膜，該鈍化膜難溶于水，隔離了空氣中的氧氣和水分滲透，對鋅鎳合金電鍍層和Q235母材形成保護。

表1 不同鍍層的鹽霧試驗對比

三價鉻彩色鈍膜呈紅黃綠相間的彩虹色，目前對其成因沒有特定的解釋。有一學說是：鈍化膜中三價鉻呈淡綠色或綠色，六價鉻呈黃到紅色，當六價鉻含量高時，膜呈紅黃色，三價鉻含量高時，膜呈綠色。另外一種學說是：從鈍化膜表面的反射光和金屬基體上的反射光發生了干涉現象（類似于肥皂泡沫的干涉），當鈍化膜從薄變厚時，干涉光的波長依次增大，使鈍化膜顏色依黃紫藍綠次序變化。由于不同位置鈍化膜厚度會有差異，所以導致鈍化膜彩虹色澤交替出現。

目前行業應用中未對彩鈍顏色有苛刻的要求，現場使用時，表面只要清爽、防腐蝕性能好即可。電鍍廠對電鍍鋅鎳彩色鈍化制定的企業標準中對表面顏色的要求如表2所示：

表2 電鍍鋅鎳合金要求

可見電鍍鋅鎳合金三價鉻彩色鈍化后出現彩虹色澤屬于彩色鈍化工藝正常現象，是現場生產中所允許的。

3 結語

經過試驗及分析，碳鋼表面電鍍鋅鎳的處理方式防銹能力良好，可大大提高在酸雨高溫的惡劣工況下，碳鋼工件的耐腐蝕能力。此處理方式可解決機車車頂長期存在的碳鋼部件銹蝕問題，提高了機車在線運行的可靠性、安全性。

[1]田偉，謝發勤，吳向清.鋅鎳合金鍍層耐蝕性研究[J].材料保護，2008，（1）.

[2]鄒錦光,劉建平,曾振歐,等.鍍鋅層的三價鉻鈍化[J].電鍍與涂飾，2005，（8）.

[3]沈品華，錢寶梁.三價鉻藍白和彩色鈍化溶液的研制涂料[J].涂裝與電鍍,2006,4(5).