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為什麽同等情況下掛鍍能鍍好而滾鍍鍍不好(或很難鍍好)?

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為什麽同等情況下掛鍍能鍍好而滾鍍鍍不好(或很難鍍好)?

想必不少人有過這樣的經曆,同樣的鍍液,同樣的鍍件,掛鍍能鍍好而滾鍍卻鍍不好或很難鍍好,為什麽呢?這與滾鍍的特殊性是分不開的。

1、混合周期的影響

滾鍍不可避免地會受到零件混合周期的影響。混合周期指滾鍍時零件從內層翻到表層,然後又從表層翻回內層所需要的時間(可參考往期有關混合周期內容的文章)。而掛鍍零件是單獨分裝的,不存在混合周期的影響。所以,對於某些鍍件基體與鍍液“相克”的情況,掛鍍一般沒有問題,而滾鍍常常鍍不好或很難鍍好。可以說,混合周期是影響滾、掛鍍鍍層質量或施鍍難度的主要因素。

例如,釹鐵硼材質化學活性較強,若采用簡單鹽鍍液(如酸性鍍鋅、硫酸鹽鍍鎳等)施鍍,存在基體表麵氧化(則影響結合力)、基體遭受腐蝕、汙染鍍液等風險。此即屬於鍍件基體與鍍液“相克”的情況。盡管如此,釹鐵硼掛鍍基本沒有什麽障礙,電鍍開始後電流直接、無遮擋地施加在鍍件上,上鍍速度大於表麵氧化速度,鍍層質量得到保證。可以說,釹鐵硼掛鍍與普通零件掛鍍差異不大。但釹鐵硼滾鍍就不是這樣了,使用簡單鹽鍍液,由於混合周期的存在,當零件位於內層時因電化學反應基本停止而發生基體表麵氧化。所以,為保證鍍層質量,釹鐵硼滾鍍會采取一係列措施,如(預鍍或直接鍍時)盡量選用鍍速快的溶液、嚴格滾筒尺寸、增加滾筒透水性、工序間不間斷操作、大電流衝擊等(可參考往期有關釹鐵硼零件滾鍍內容的文章),這相應增加了釹鐵硼滾鍍的難度。

鋼件或鋅合金件直接鍍無氰堿銅,滾鍍比掛鍍難度大也是這個道理,即滾鍍因混合周期的存在比掛鍍更容易發生“置換鍍”,則鍍層與基體的結合力存在更大的風險。所以,鋼件或鋅合金件滾鍍無氰堿銅,最好先鍍底鎳,不用太厚,薄薄的一層即可,則難度大大降低。而掛鍍(可能)可以不用。

滾鍍酸銅難度較大,生產中應用也不多,其原因未必在於酸銅工藝本身,更主要的是由於其對底鍍層要求較高,底鍍層做不好對後續鍍銅產生較大的影響。滾鍍酸銅要求底鍍層須達到一定的厚度、均勻度、深度等,以起到基體與酸銅溶液較好的“隔離”作用。否則滾鍍過程中當零件位於內層時,因電化學反應基本停止基體可能會承受較大的酸銅溶液腐蝕的風險。滾鍍酸銅也是受混合周期影響較大的一個比較典型的例子。而掛鍍酸銅對底鍍層基本不做刻意要求。

釹鐵硼滾鍍鎳-銅-鎳也存在這樣的問題。釹鐵硼滾鍍底鎳也是為了“隔離”基體與後續的焦銅溶液,否則因釹鐵硼基體化學活性較強,必然會遭受焦銅溶液的氧化腐蝕。所以,釹鐵硼底鎳層也要求一定的厚度、均勻度、深度等。但底鎳層厚的話又會影響磁體的熱減磁,這是一個矛盾。可以考慮鍍兩次焦銅或選用性能更好的無氰堿銅工藝,墨守成規難以使產品質量得到提升。

一種含鋅量較高的小零件鍍亮鎳,不鍍底銅,掛鍍可得到質量合格的鍍層,滾鍍則鍍層發黑,且滾鍍過程中零件表麵伴有一定量的氣泡產生。這是因為滾鍍時受混合周期的影響,零件表麵受到了亮鎳溶液的置換腐蝕,從而影響了鍍層質量。而掛鍍時零件單獨分裝懸掛,其混合周期可視為零,則零件表麵電流導通後會在最短的時間內上鍍,此時零件受腐蝕程度最小,因而可獲得質量合格的鍍層。

2、電流密度的影響

滾鍍因受瞬時電流密度的製約(可參考往期有關瞬時電流密度內容的文章),給定的平均電流密度上限不易提高,因此常常使用比掛鍍小或小得多的電流密度。電流密度小,給滾鍍帶來了相比於掛鍍更多的麻煩。

比如,鍍液中電位較正的雜質金屬(如銅、鉛等)容易在電流較小時優先於主金屬離子而沉積。滾鍍使用的電流較小,銅、鉛等雜質極易沉積,從而對鍍層質量產生影響。氯化鉀滾鍍鋅,當鍍液中含鉛離子時,輕則零件低電流區鍍層不亮或不合格,重則零件出槽僅高電流區有亮度,出光或鈍化後消失。當鍍液中有銅離子時,零件出槽鍍層亮度尚可,出光或鈍化後發黑。但同等情況下,掛鍍銅、鉛等離子的影響就會小得多。這是因為掛鍍使用的電流較大,這時鍍層沉積以電位較負的鋅為主,而電位較正的銅、鉛等在陰極沉積的概率降低,則對鍍層產生的影響減小。

還有,滾鍍由於電流相對較小,零件低電流區電流更小,則複雜零件的深凹部位往往質量不佳或不合格(即深鍍能力不好)。比如,一種油桶桶蓋鍍鋅,掛鍍基本沒有障礙,但滾鍍在桶麵的兩個“凹兒”內得到的是黑或深灰的鍍層。一種內螺紋膨脹螺栓鍍鋅,掛鍍可將全部螺紋鍍覆,而滾鍍不能。電流密度的差異,造成了滾、掛鍍鍍層質量的差異。提高滾鍍使用的電流,是減小這種差異的關鍵所在。而提高滾鍍使用的電流,需要從減小孔眼處瞬時電流密度或提高瞬時電流密度上限入手(可參考往期有關瞬時電流密度內容的文章)。

3、滾筒開孔的影響

滾筒開孔阻礙了溶液內部的導電離子向陰極運行,導致滾筒內導電離子濃度較低,因此滾鍍件的鍍層均勻性會比掛鍍差,則一般滾鍍難以滿足高精度零件的質量要求。另外,滾鍍合金時,由於滾筒開孔的屏蔽作用,滾筒內外溶液中的鍍液組分(尤其合金比例)差別可能較大,則鍍出的產品在鍍層合金成分、外觀等方麵可能差別較大。比如,滾鍍鋅鎳合金鍍層中可能達不到要求(或預期)的鎳含量(則鍍層耐蝕性打折扣),滾鍍仿金鍍層外觀不佳有時做“補色”處理等。而掛鍍合金則較少出現此類問題。改進滾筒開孔以增加滾筒透水性,是解決或改善問題的關鍵(可參考往期有關滾筒開孔內容的文章)。

所以,很多時候掛鍍能鍍好而滾鍍卻未必能鍍好(或很難鍍好),這需要根據情況找出鍍不好或很難鍍好的原因,然後對症下藥,從而使問題得到解決或改善。


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