鑄鋼件摘要:采用覆蓋能力和分散能力好的電鍍液對(duì)鑄鋼件進(jìn)行電鍍鋅。按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鍍層進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，結(jié)果表明該鍍層附著力強(qiáng)、光澤度好。通過電子掃描電鏡對(duì)鍍層表面形貌進(jìn)行分析，結(jié)果表明該鍍層厚度均勻、致密度好，鍍層向基體金屬方向呈現(xiàn)鋅減少、鐵增多的趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞:鍍鋅;厚度;致密度;鑄鋼件
中圖分類號(hào):TQ153．15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1001-3849(2011)11-0008-03
引言
鑄造碳鋼具有較高的強(qiáng)度和較好的塑性，鑄造性能和焊接性能良好，可切削性差，可用作軋鋼機(jī)機(jī)架、軸承座、連桿、箱體、曲拐及缸體等。由于鑄鋼件具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能，能壓鑄成幾何形狀復(fù)雜的工件，而且價(jià)格便宜，所以在機(jī)械制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。鑄鋼件通常需要進(jìn)行鍍鋅處理，在電鍍過程中，氫易于析出，造成嚴(yán)重析氫，不利于金屬離子在工件表面沉積，鍍層容易脫皮、起泡、粗造度差，質(zhì)量達(dá)不到國(guó)家規(guī)定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。采用通常的方法對(duì)鑄鋼件表面電鍍，電鍍時(shí)間較長(zhǎng)，鍍層厚度的均勻性難以保證，同時(shí)色澤會(huì)變得灰暗;若增大電流密度，會(huì)導(dǎo)致鍍層部分燒焦。針對(duì)存在的問題，本文采用一種對(duì)鑄鋼件表面覆蓋能力和分散能力良好的電鍍液及工藝，對(duì)表面積為2dm2的ZG270-500鑄鋼件鍍鋅。并采用掃描電鏡、能譜儀等對(duì)鍍層的厚度與成分進(jìn)行分析，并對(duì)鍍層的外觀、鍍層與基體的附著力進(jìn)行試驗(yàn)。
1·實(shí)驗(yàn)部分
1．1 基材成分及前處理
鑄鋼件的尺寸為13cm×4．5cm×0．8cm。試驗(yàn)基材為ZG270-500鑄鋼件，其成分(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:0．40%C、0．50%Si、0．90%Mn、0．04%P與S、98．16%Fe。
鑄鋼件在12%～15%NaOH、5%碳酸鈉、7%磷酸鈉、0．5%乳化劑(OP-10)溶液中，θ為60～65℃，t為20min脫脂處理后，水洗，再經(jīng)10%～20%鹽酸、0．3%六次甲基亞胺、0．2%乳化劑(OP-10)溶液中，θ為20～25℃，t為15min酸洗，然后放入3%～8%的鹽酸溶液活化2～8s，水洗后電鍍鋅。
1．2 電鍍?nèi)芤?
鍍鋅溶液配方如下:
KCl 60g/L
ZnCl2 40g/L
NH4Cl 20g/L
蘋果酸 3g/L
OP-20乳化劑 1g/L
肉桂酸(柔軟劑) 0．1g/L
亞芐基丙酮(主光亮劑) 0．2g/L
聚乙二醇(整平劑) 1g/L
pH 1．8～2．4
分別采用亞芐基丙酮、鄰硝基苯甲醛及香草醛作為主光亮劑對(duì)鑄件鍍鋅，通過對(duì)鍍鋅層的比較表明，亞芐基丙酮適用于此種鑄件的鋅鍍層制備。
1．3 電鍍工藝過程
將鑄鋼件放入制備好的掛鉤上鍍鋅，維持Jκ為0．5A/dm2，預(yù)鍍5min;然后在Jκ為1A/dm2，加入預(yù)先配好的主光亮劑與柔軟劑混合溶液;不斷調(diào)整電流密度，維持鍍鋅液的pH在1．8～2．4，電鍍20～30min，鑄鋼件表面形成均勻的鋅鍍層。
1．4 電鍍后處理
1)鈍化。鈍化液成分:1g/L硫酸，0．2g/L硝酸，60g/L鉻酐;將鍍鋅的鑄鋼件放入鈍化液中8s，熱水洗滌10s;
2)干燥。將鈍化后的鑄鋼件放入60℃的干燥箱干燥10min。
1．5 電鍍層質(zhì)量測(cè)試
1)附著力。按照GB/T5270-2005金屬基體上的金屬覆蓋層電沉積和化學(xué)沉積層附著強(qiáng)度試驗(yàn)方法評(píng)述標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鍍鋅層附著強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn);
2)厚度與致密度。JSM-6360LV掃描電子顯微鏡檢測(cè);
3)外觀。按照GB/T9799-1997金屬覆蓋層鋼鐵上的鋅電鍍層標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鋅鍍層的外觀與厚度進(jìn)行檢測(cè);
4)鍍層成分分析。采用Genesis2000XM60SEDAX(EnergyDispersiveAnalysisSystemofX-ray)能譜儀對(duì)電鍍層化學(xué)成分進(jìn)行分析;
5)耐腐蝕性試驗(yàn)。鹽霧試驗(yàn)(GB/T10125-1997)。
2·實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2．1 鍍層鋅鐵含量分布
圖1為從掃描電鏡(SEM)中選定待測(cè)金屬含量的鍍層區(qū)域，圖1中虛線表示的為檢測(cè)選定的區(qū)域，采用Genesis 2000 XM60S EDAX(Energy Disper-sive Analysis System of X-ray)能譜儀對(duì)選定區(qū)域的電鍍層進(jìn)行化學(xué)成分分析。圖2為鍍層成分分析，表1為鍍層中元素化學(xué)成分。
從圖2及表1可以看出，鍍層的鋅合金中，鋅、鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為95．25%、4．75%，其中鋅、鐵的原子數(shù)分?jǐn)?shù)分別為94．84%、5．52%。表明鍍層中主要成分為鋅，有極少部分為鐵，圖3分析了沿著電鍍層向基體方向的金屬分布曲線，從圖3可以看出，沿著基體金屬向鍍層方向，鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在遞增，鐵在遞減，這是由于電鍍過程起始階段，基體金屬上的鐵原子與鋅形成合金，隨著電鍍進(jìn)程的深入，鍍層主要以鋅與高分子配合物形成高分子配合物為主，基體金屬被鋅層所覆蓋，因而距離基體金屬較遠(yuǎn)處的鍍層，主要是鋅，這也加強(qiáng)了基體的防腐性能。
2．2 鍍層致密度檢測(cè)
圖4表示電鍍層在放大5000倍時(shí)的表面形貌，照片中下面部分表示基體金屬，中部為鍍鋅層，最上面為SEM測(cè)試時(shí)鑲嵌的組織，從圖4可以看出，電鍍層致密度良好，確保了鍍層附著力與NSS試驗(yàn)的良好防腐性能。
2．3 鍍鋅層的厚度檢測(cè)
圖5為采用SEM測(cè)量的鍍鋅層厚度。從圖5可以看出，測(cè)量鍍鋅層不同部位的δ為6～7μm，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，而且厚度均勻。
2．4 電鍍層的附著力試驗(yàn)
1)剝離試驗(yàn)。將25mm的3M纖維膠帶，用2kg的輥?zhàn)影涯z帶的粘附面貼于試驗(yàn)的覆蓋層上，排除所有的氣泡，間隔10s后，在帶上一個(gè)垂直于覆蓋層表面的穩(wěn)定拉力，把膠帶拉去，未發(fā)現(xiàn)覆蓋層從基體剝落，表明覆蓋層與基體的結(jié)合力較強(qiáng)。
2)劃痕試驗(yàn)。采用30。銳刃的硬質(zhì)鋼劃刀，相約2mm劃6根平行線，在劃平行線時(shí)，以足夠的壓力一次刻線即穿過覆蓋層切割到基體金屬，未發(fā)現(xiàn)覆蓋層從基體上脫落現(xiàn)象，表明覆蓋層與基體結(jié)合緊密。
2．5 鍍層的外觀檢測(cè)
將鍍件放在光線充足或等同60瓦日光燈，不超過1m距離相當(dāng)照明條件下，距離30cm，進(jìn)行觀察，未發(fā)現(xiàn)鍍層有起泡、孔隙、粗糙、裂紋或局部無鍍層現(xiàn)象，但是鋼鑄件本來表面不平整的現(xiàn)象依然存在，這屬于基體金屬缺陷。
2．6 鍍層鹽霧試驗(yàn)
NSS試驗(yàn)96h沒有出現(xiàn)腐蝕點(diǎn)。表明鑄件表面的鍍鋅層比較致密，厚度均勻，有效發(fā)揮了防止腐蝕的功能。
3·結(jié)論
利用SEM和能譜儀對(duì)鑄鋼件的鍍鋅層厚度及成分進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，鍍鋅層最薄處δ達(dá)到7～8μm，鍍層厚度均勻，鍍鋅層結(jié)合緊密，無孔隙。
對(duì)鑄鋼件表面的鍍鋅層進(jìn)行附著檢驗(yàn)與外觀檢驗(yàn)，結(jié)果表明，鍍鋅層與基體結(jié)合緊密，外觀無起泡、孔隙、粗糙、裂紋或局部無鍍層現(xiàn)象。
通過對(duì)鑄鋼件鍍鋅層的檢測(cè)表明，鍍鋅層與基體結(jié)合緊密，鍍鋅層金屬含量分布合理，外觀檢驗(yàn)符合國(guó)家規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。該電鍍工藝效果良好，具有極大的使用與推廣價(jià)值。