CN101942680A - 一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺及专用设备 - Google Patents
一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺及专用设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺，其工序如下：上挂具、超声化学除油、热水洗、冷水洗、热酸洗、冷水洗、电解除油、热水洗、冷水洗、盐酸洗、二级冷水洗、中和、无氰镀锌、三级冷水洗、出光、二级冷水洗、钝化、二级冷水洗、热纯水洗、烘干、下挂具、检验；无氰镀锌工序电镀液的配方：氧化锌9～19g/L，氢氧化钠100～150g/L，辅助剂、主光剂、净化剂；本发明还公开一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的专用设备。无氰碱性镀锌工艺具有镀液成分简单，稳定性好，操作简便，分散能力和深镀能力优异，镀层结晶细致，结合力好，电流效率高。
Description
技术领域
本发明涉及金属制品的表面处理方法及设备，具体涉及一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺及专用设备，适用于特种产品的表面防腐处理，以满足其长期储存的使用要求。
背景技术
以前，对具有深孔、盲孔的异形特种工件的表面防腐处理，一直采用氰化电镀工艺，虽然深镀和细化镀层晶粒的能力较好，但允许的电流密度范围偏窄，特别是氰化物是剧毒化学品，购买、运输、储存、管理相当繁琐。氰化电镀生产过程中逸出的气体也有毒，氰化废水的处理对安全和通风要求极高。为了消除剧毒氰化物造成的危害，有效地保护环境和操作者的身心健康，各国都先后出台了相关法规，我国的《清洁生产促进法》和国务院23号令明确要求电镀行业要“淘汰氰化电镀等落后生产工艺”，采用环保、清洁的无氰或代氰电镀工艺。
无氰电镀锌工艺，目前常用的有无氰锌酸盐镀锌、铵盐镀锌、氯化物镀锌、硫酸盐镀锌。根据具有深孔、盲孔的异形特种工件的特点，要求采用分散能力和深镀能力都强的镀锌工艺及专用设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺，它能满足工件表面防腐处理后的储存及使用要求，所产生的废水容易处理，节省废水处理费用，有利于保护环境和操作者的身心健康。
本发明还提供一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的专用设备，该专用设备能适应具有深/盲孔的异形工件上镀锌的要求，保证电镀质量。
本发明所述的一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺，其工序如下：
上挂具、超声化学除油、热水洗、冷水洗、热酸洗、冷水洗、电解除油、热水洗、冷水洗、盐酸洗、二级冷水洗、中和、无氰镀锌、三级冷水洗、出光、二级冷水洗、钝化、二级冷水洗、热纯水洗、烘干、下挂具、检验；
无氰镀锌工序电镀液的配方：
氧化锌(ZnO) 9～19g/L，
氢氧化钠(NaOH) 100～150g/L，
2699Base辅助剂 6～12ml/L，
2699Bri主光剂 0.5～1.5m l/L，
2699M净化剂 3～6ml/L，
2699W净化剂 4～7ml/L；
采用的工艺条件为：
镀锌工序温度 20～30℃
镀锌工序时间： 30～35min
阴极电流密度Jk 1.5～4.5A/dm2
阴极面积与阳极面积比：1∶1～3。
a)氧化锌是镀液主盐，锌含量对镀液性能和镀层质量有重要影响。锌偏高，电流效率提高，但分散能力和深镀能力降低，复杂件的尖棱部位镀层粗糙，容易出现阴阳面；锌偏低，阴极极化增加，分散能力好，但沉积速度慢；所以，氧化锌的含量宜控制在(9～19)g/L。
b)氢氧化钠是是锌的络合剂，并能促进阳极溶解，提高溶液导电性能。根据实践经验，控制氢氧化钠和锌含量在一定比例范围内(Zn∶NaOH＝1∶(10～13))，是获得质量优良镀层的一个关键。氢氧化钠含量偏高时，电流效率显著下降，析氢增加，锌阳极溶解加快；若氢氧化钠含量偏低，电流密度提不高，阳极钝化，镀层粗糙；所以，氢氧化钠的含量宜控制在(100～150)g/L。
c)添加剂：
2699Base辅助剂的作用是提高镀液的分散能力和深镀能力；2699Bri主光剂的作用是提高镀层的光泽，达到细致光亮；
2699M和2699W净化剂的作用是去除镀液中的金属和有机杂质。
d)温度和阴极电流密度：注意二者的相互关系，温度低时，镀液导电性能差，添加剂吸附强，脱附困难，此时切莫用高电流密度，否则会造成边棱部位烧焦，添加剂夹杂，镀层脆性增大鼓泡。温度高时，添加剂吸附弱，极化降低，必须采用较高电流密度，以提高阴极极化，细化结晶，防止阴阳面(阴阳面就是镀层表面形成的色泽不一致光亮和暗黑的表面，阴面即暗黑的表面，阳面即光亮的表面，直接影响产品的外观质量)。
所述的一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺，其所述的超声化学去油工序所用工作槽为1Cr18Ni9Ti材质的不锈钢槽，内置板式超声波发生器，蛇形蒸汽加热管，功率为12kw，外接超声波电源；
超声化学去油工序溶液的配方及工艺参数为
高效清洗剂RLQ-110：40～70％(质量百分比浓度)，
总碱度： 50～65点，
时间： 10～20min，
温度： 50～70℃，
超声波频率：28kHz。
所述的一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺，其所述的电解除油工序所用工作槽为1Cr18Ni9Ti材质的不锈钢槽，内置不锈钢阳极板，蛇形蒸汽加热管，外置整流器，采用先阴极后阳极的电解除油方式
电解除油工序溶液的配方及工艺参数为
金属粉末清洗剂RLQ-115A：5～10％(质量百分比浓度)，
总碱度： 110～230点，
温度： 50～70℃，
时间： 阴极电解5～10min，阳极电解1～2min，
Jk： 5-10A/dm2。
所述的一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺，其所述的出光工序采用PP材质的塑料槽，出光工序溶液的配方及工艺参数为
硝酸：10～30g/L，
时间：3～5s，
温度：室温。
所述的一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺，其所述的钝化采用1Cr18Ni9Ti材质的不锈钢槽，内置蛇形蒸汽加热管，采用环保的三价铬彩色处理，彩色钝化具有很好的耐蚀性，钝化工序溶液的配方及工艺参数为
钝化液RLF-304：100～200ml/L，
PH： 1.5～2，
时间： 30～60s，
温度： 40～60℃。
对无氰镀锌后处理采用三价铬彩色钝化处理，表面形成一层交联网状钝化膜，以提高锌层的耐蚀性。镀锌后的彩色钝化分为三价铬钝化、六价铬钝化，三价铬的毒性远低于六价铬，其废水处理简单，只需要沉降法即可除去微毒的三价铬，而六价铬毒性大，有致癌性，废水处理较复杂，需要将六价铬还原成三价铬，再沉降处理。所以，从环保角度考虑，镀锌后处理工艺采用三价铬彩色钝化工艺。
本发明所述的一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的专用设备，包括镀锌槽、浸没在镀锌槽中的阳极板、溶锌槽、浸没在溶锌槽中的溶锌铁框，其特征是：一管路的一端与镀锌槽排液口连通、另一端与溶锌槽的进液口连通；一输送泵的吸入管与溶锌槽、排除管与镀锌槽连通。
所述的一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的专用设备，其所述的阳极板为镍阳极板。
阳极板可用铁板制作，但使用时间过久，铁离子会进入镀液中形成杂质离子。阳极板也可用锌板制作，由于镀锌槽液呈强碱性，锌为两性金属，在电镀过程中锌板会发生电解溶解和化学溶解，停产时要取出锌板；若不取出锌板，也会发生化学溶解，造成溶液锌离子一直上升。
经过试验筛选，采用镍板作为阳极板，镍板在碱性的镀锌溶液中不会溶解，避免了铁离子对槽液的污染。
通过溶锌槽中的氢氧化钠溶液溶解盛装在溶锌铁框中的锌阳极板，采用溶液状态的锌离子通过输送泵补充镀锌槽的锌离子，这样能有效控制镀锌槽的锌离子浓度。在溶锌槽中配制140～150g/L的氢氧化钠。用干净的铁框装上锌阳极板，放在配好的氢氧化钠溶液的溶锌槽中，铁框和锌阳极板电极电位不同，在氢氧化钠溶液中形成原电池，溶解速度较快。锌阳极板中不能溶解的部分沉入槽底，避免锌板不溶解部分污染镀锌槽液。
无氰碱性镀锌工艺具有镀液成分简单，稳定性好，操作简便，分散能力和深镀能力优异，镀层结晶细致，光亮平滑，结合力好，电流效率高，沉积速度快等特点。经过上述工艺和专用设备的对具有深/盲孔的异形钢件进行表面防腐处理，使其外观、厚度、结合力、盐雾试验、湿热试验、霉菌试验均满足要求。
本发明的有益的效果：
(1)无氰镀锌镀液稳定性好，操作简便，镀层分散能力和复盖能力好，所形成的镀层结晶细致，色泽均匀，光亮平滑，结合力好，生产稳定可靠；
(2)整个生产过程清洁环保，不含任何有毒物质，对人体无害；
(3)废水处理和其它镀种废水处理一样，只需进行简单的化学处理、固液分离就可进行排放，处理成本低，对环境无害，节省了200万元以上的氰化废水设备投资等费用，具有显著的经济效益；
(4)专用设备的电流效率高，沉积速度快，渗氢少，采用独立的溶锌槽补锌，镀液稳定，能有效控制锌离子浓度，溶液使用寿命长。
附图说明：
图1是本发明的专用设备示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1所示的一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的专用设备，包括镀锌槽2、浸没在镀锌槽中的阳极板1、溶锌槽5、浸没在溶锌槽中的溶锌铁框6；一管路3的一端与镀锌槽2排液口连通、另一端与溶锌槽5的进液口连通；一输送泵4的吸入管与溶锌槽5、排除管与镀锌槽2连通；阳极板1为镍阳极板。
镀锌液的配制方法：
第一配方；
a)按150g/L称取氢氧化钠倒入清洗干净的镀锌槽2内，注入总体积1/4的纯水，搅拌至溶解；
b)按19g/L称取氧化锌，用少量纯水调成糊状，在不断搅拌下逐渐加到热碱溶液中，直至搅到完全溶解，将镀液稀至总体积；
c)加入锌粉3g/L，搅拌均匀，静置1～2小时，过滤；
d)阳极挂上干净的镍阳极板1，阴极挂上干净的瓦楞铁板，用小的阴极电流密度通电处理5～7小时；
e)按配方加入添加剂，即可正式镀锌生产。
第二配方；
a)按120g/L称取氢氧化钠倒入清洗干净的镀锌槽2内，注入总体积1/4的纯水，搅拌至溶解；
b)按15g/L称取氧化锌，用少量纯水调成糊状，在不断搅拌下逐渐加到热碱溶液中，直至搅到完全溶解，将镀液稀至总体积；
c)加入锌粉2.5g/L，搅拌均匀，静置1～2小时，过滤；
d)阳极挂上干净的镍阳极板1，阴极挂上干净的瓦楞铁板，用小的阴极电流密度通电处理5～7小时；
e)按配方加入添加剂，即可正式镀锌生产。
第三配方；
a)按100g/L称取氢氧化钠倒入清洗干净的镀锌槽2内，注入总体积1/4的纯水，搅拌至溶解；
b)按9g/L称取氧化锌，用少量纯水调成糊状，在不断搅拌下逐渐加到热碱溶液中，直至搅到完全溶解，将镀液稀至总体积；
c)加入锌粉2g/L，搅拌均匀，静置1～2小时，过滤；
d)阳极挂上干净的镍阳极板1，阴极挂上干净的瓦楞铁板，用小的阴极电流密度通电处理5～7小时；
e)按配方加入添加剂，即可正式镀锌生产。
实施例一：一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺，将具有深/盲孔的异形钢件用人工单个挂在镀锌挂具的每个挂钩上，异形钢件的盲孔朝上倾斜20-30度角度，以便在镀锌槽镀锌时，异形钢件的深/盲孔内能排出镀锌过程产生的氢气。挂有异形钢件的镀锌挂具在专用镀锌槽中电镀锌时，输送泵在输送镀锌溶液，促使镀锌溶液在循环流动，流动的镀锌溶液也能带走异形钢件镀锌过程外表面及深/盲孔产生的氢气，以保证异形钢件外表面及深/盲孔内的镀锌质量；其工序如下：
上挂具、超声化学除油、热水洗、冷水洗、热酸洗、冷水洗、电解除油、热水洗、冷水洗、盐酸洗、二级冷水洗、中和、无氰镀锌、三级冷水洗、出光、二级冷水洗、钝化、二级冷水洗、热纯水洗、烘干、下挂具、检验；
超声化学去油工序所用工作槽为1Cr18Ni9Ti材质的不锈钢槽，内置板式超声波发生器，蛇形蒸汽加热管，功率为12kw，外接超声波电源；
超声化学去油工序溶液的配方及工艺参数为
高效清洗剂RLQ-110：40～70％(质量百分比浓度)，
总碱度： 50～65点，
时间： 10～20min，
温度： 50～70℃，
超声波频率： 28kHz。
热酸洗工序采用Q235材质内衬铅板的工作槽，内置蛇形蒸汽加热管，酸洗剂为硫酸、缓蚀剂、表面活性剂的组合物，在除锈的同时具有除油的作用。热酸洗工序溶液的配方及参数，
酸洗剂RLQ-210：50～80％(质量百分比浓度)，
总酸度： 250～500点，
温度： 50～70℃，
时间： 5～8min。
电解除油工序所用工作槽为1Cr18Ni9Ti材质的不锈钢槽，内置不锈钢阳极板，蛇形蒸汽加热管，外置整流器，采用先阴极后阳极的电解除油方式
电解除油工序溶液的配方及工艺参数为
金属粉末清洗剂RLQ-115A：5～10％(质量百分比浓度)，
总碱度：110～230点，
温度： 50～70℃，
时间： 阴极电解5～10min，阳极电解1～2min，
Jk： 5-10A/dm2。
盐酸洗工序采用PP材质的塑料槽，盐酸洗工序溶液的配方及工艺参数为
盐酸：≥170g/L，
时间：1～3min，
温度：室温。
中和工序采用PP材质的塑料槽，中和工序溶液的配方及工艺参数为
氢氧化钠：20～40g/L，
时间： 0.5～1min，
温度： 室温。
无氰镀锌工序选择上述的第一配方，采用的工艺条件为：
镀锌工序温度 20～30℃
镀锌工序时间： 30～35min
阴极电流密度Jk 1.5～4.5A/dm2
阴极面积与阳极面积比：1∶1～3。
出光采工序用PP材质的塑料槽，出光工序溶液的配方及工艺参数为
硝酸：10～30g/L，
时间：3～5s，
温度：室温。
钝化采用1Cr18Ni9Ti材质的不锈钢槽，内置蛇形蒸汽加热管，采用环保的三价铬彩色处理，彩色钝化具有很好的耐蚀性，钝化工序溶液的配方及工艺参数为
钝化液RLF-304：100～200ml/L，
PH： 1.5～2，
时间： 30～60s，
温度： 40～60℃。
热纯水洗工序采用1Cr18Ni9Ti材质的不锈钢槽，内置蛇形蒸汽加热管，采用纯水洗的，是为了避免自来水中的钙、镁离子及其它物质残留到镀层中，降低镀锌层的防腐效果。热纯水洗工序的工艺参数为
纯水电导率：≤10μs/cm，
温度： 50～60℃，
时间： 0.5～1min。
二级冷水洗、三级冷水洗都采用PP材质的两联、三联清洗塑料槽，二级冷水洗采用的是两级逆流清洗工艺，三级冷水洗采用的是三级逆流清洗工艺，水流动的方向和工件运行的方向相反。自来水只在最后一个工作槽补充，逆向流动到前一个工作槽，排水只在最前面的工作槽排走，达到节约用水的目的。
实施例二：无氰镀锌工序选择上述的第二配方，其余与实施例一相同。
实施例三：无氰镀锌工序选择上述的第三配方，其余与实施例一相同。
溶锌槽液的配制方法：
a)称取计算量的氢氧化钠倒入清洗干净的溶锌槽内，注入总体积1/3的纯水，搅拌至溶解，将溶锌槽液稀至总体积。
b)去除溶锌铁框的油污，以铁框表面的清洗水形成连续水膜为宜。
c)去除计算量的锌阳极板的油污，以锌板表面的清洗水形成连续水膜为宜。
d)将锌阳极板放入溶锌铁框中，将溶锌铁框挂于溶锌铁槽中，溶液淹没锌板为宜，直到计算量的锌板完全溶解。
e)取样分析锌离子的浓度。
f)启动输送泵，输送溶锌溶液，即可实现溶锌槽补加锌离子。
镀锌液的维护：
a)为保持镀锌液良好的电化学性能，获得优质镀层，生产中不但要防止锌浓度波动过大，而且要注重锌、碱的比值，两者不可偏废。
b)镀锌液温度至关重要，要装降温装置使温度控制在30℃以下。
c)镀锌液对杂质较敏感，生产中许多故障是杂质引起的。特别是阳极不纯时，容易积累铜、铅、铁、镉等重金属杂质。定期用1～3g/L锌粉或2699净化剂处理，处理后要捞出表面悬浮物，酌情补充一些添加剂和光亮剂，并稍加电解。
d)辅助剂和主光剂都要根据生产量、镀层外观等酌情添加，做到少加勤加。添加剂和光亮剂的分解产物以及油脂的带入都会引起镀层发脆，产生条纹、发花等疵病，需定期用活性炭处理，除去其分解产物。方法是在镀液中加入活性炭约3～4g/L，充分搅拌后，静置数小时，过滤镀液。
Claims (7)
1.一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺，其工序如下：
上挂具、超声化学除油、热水洗、冷水洗、热酸洗、冷水洗、电解除油、热水洗、冷水洗、盐酸洗、二级冷水洗、中和、无氰镀锌、三级冷水洗、出光、二级冷水洗、钝化、二级冷水洗、热纯水洗、烘干、下挂具、检验；
无氰镀锌工序电镀液的配方：
氧化锌(ZnO) 9～19g/L，
氢氧化钠(NaOH) 100～150g/L，
2699Base辅助剂 6～12ml/L，
2699Bri主光剂 0.5～1.5ml/L，
2699M净化剂 3～6ml/L，
2699W净化剂 4～7ml/L；
采用的工艺条件为：
镀锌工序温度 20～30℃
镀锌工序时间： 30～35min
阴极电流密度Jk 1.5～4.5A/dm2
阴极面积与阳极面积比：1∶1～3。
2.根据权利要求1所述的一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺，其特征是：所述的超声化学去油工序所用工作槽为1Cr18Ni9Ti材质的不锈钢槽，内置板式超声波发生器，蛇形蒸汽加热管，功率为12kw，外接超声波电源；
超声化学去油工序溶液的配方及工艺参数为
高效清洗剂RLQ-110：40～70％，
总碱度： 50～65点，
时间： 10～20min，
温度： 50～70℃，
超声波频率： 28kHz。
3.根据权利要求1所述的一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺，其特征是：所述的电解除油工序所用工作槽为1Cr18Ni9Ti材质的不锈钢槽，内置不锈钢阳极板，蛇形蒸汽加热管，外置整流器，采用先阴极后阳极的电解除油方式
电解除油工序溶液的配方及工艺参数为
金属粉末清洗剂RLQ-115A：5～10％，
总碱度： 110～230点，
温度： 50～70℃，
时间： 阴极电解5～10min，阳极电解1～2min，
Jk： 5-10A/dm2。
4.根据权利要求1所述的一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺，其特征是：所述的出光工序采用PP材质的塑料槽，出光工序溶液的配方及工艺参数为
硝酸：10～30g/L，
时间：3～5s，
温度：室温。
5.根据权利要求1所述的一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的工艺，其特征是：所述的钝化采用1Cr18Ni9Ti材质的不锈钢槽，内置蛇形蒸汽加热管，采用环保的三价铬彩色处理，彩色钝化具有很好的耐蚀性，钝化工序溶液的配方及工艺参数为
钝化液RLF-304：100～200ml/L，
PH： 1.5～2，
时间： 30～60s，
温度： 40～60℃。
6.一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的专用设备，包括镀锌槽(2)、浸没在镀锌槽中的阳极板(1)、溶锌槽(5)、浸没在溶锌槽中的溶锌铁框(6)，其特征是：
一管路(3)的一端与镀锌槽(2)排液口连通、另一端与溶锌槽(5)的进液口连通；
一输送泵(4)的吸入管与溶锌槽(5)、排除管与镀锌槽(2)连通。
7.根据权利要求6所述的一种在具有深/盲孔的异形钢件上镀锌的专用设备，其特征是：所述的阳极板(1)为镍阳极板。
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