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无氰电镀锌生产质量故障分析与处理

时间:2020-07-20      浏览:121

无氰电镀锌生产质量故障分析与处理


1 前言

电镀故障在生产过程中是不可避免的,甚至时有发生。由于电镀生产流程长,槽液状态时刻都在发生变化,技术人员要做到快速、准确、高效地排除现场故障,除了需要丰富的电镀理论知识和现场生产实践经验外,还需要通过询问现场操作人员和观察故障现象,从中查找原因,有些故障甚至需要做大量试验进一步验证,才能找到真正的原因,继而采取有效措施及时排除故障,恢复正常生产。本文根据近年来车间电镀锌生产实践,分析了3例碱性无氰电镀锌生产质量故障的原因和排除方法,并给出了处理措施。


2 质量故障案例一


2.1 故障现象描述

2016年1月,电镀车间电镀锌生产线的零件镀锌钝化干燥后,锌层有起泡现象,所占比例约为10%,随后的热震试验(180℃保温0.5h后室温水冷)发现,起泡零件比例约50%。同时,车间检验接到在整机装配中也有多批次零件出现不同程度的起泡现象。


2.2 原因分析及确认

1)镀前除油不彻底。首先分析了除油液、酸洗液、镀锌液,各组分均在工艺范围内,未见异常。接着检验了两件镀前除油是否彻底,要求除油后的工件表面完全亲水,即有一层完整的水膜;同时重点检验工件在电解除油及活化后,除油是否彻底。通过跟踪检验,零件除油彻底,镀前各水洗槽和酸槽液面无油污,排除了除油不彻底的因素。

2)氧化皮未彻底除尽。检查了酸洗除锈的效果,未发现异常。

3)零件基体材质不良。车间电镀锌件原材料多为冷轧钢板,曾在以前多批次中采用,可以排除零件材质的影响。

4)镀液中光亮剂过量,造成镀锌层脆性大。首先观察了起泡镀锌层的亮度,亮度适中,同时,检查最近添加剂添加量,均为发现异常。

5)镀液中杂质含量过量,导致镀层内应力过大。首先对镀液中金属杂质的含量进行了分析检测,均在工艺控制范围内(Fe3+<10mg/L,Pb2+<2mg/L,Cu2+<2mg/L)。但是,镀液的有机杂质和无机非金属杂质不能进行化学分析,同时了解到车间已有半年未对镀液进行大处理,平时也因生产繁忙,未对镀液进行小电流电解除杂。因此,要求车间立即停产并对镀液进行除杂处理。


2.3 措施

2016年2月初,分厂对电镀锌镀液进行了全面的化学除杂,具体操作如下:

1)用备用的过滤机将镀液倒滤到空槽中,清理镀锌槽底和阳极板上的污物;

2)采用颗粒活性碳(化学纯)每升按(3~5)g/L在搅拌的条件下缓慢加入镀液中,并充分搅拌(15~20min。静置镀液(8~12)h;

3)将镀液再倒滤回镀槽中,采用去离子水补加液面至工艺要求范围内;

4)在0.2A/dm2下小电流电解3~4h,同时进行循环过滤,进一步清除镀液中的悬浮杂质;

5)分析镀液主盐含量,采用赫尔槽判定添加剂添加量,进行试镀。再次对镀锌层采用热震试验检验结合力,起泡现象消除。


2.4 总结

电镀锌液在日常维护中,对于有机杂质或无机非金属杂质,除了要求做到各环节洗水除油彻底外,还要求当生产一段时间(一般为半年)后,要对镀液进行一次活性炭大处理,以消除镀液中因添加剂分解等原因积累的有机杂质对镀层质量的影响。


3 质量故障案例二


3.1 故障现象描述

2015年7月,电镀车间镀锌生产线的各类大型较复杂零件(如围框等),镀锌时其低电流密度区出现发黑现象,添加低区光亮剂后有所好转,但很快失效。致使镀锌添加剂用量大增,而工件低电流密度区镀锌层发暗。


3.2原因分析及确认

1)电镀锌主盐含量锌高碱低,比例失调。分析主盐中氢氧化钠和氧化锌的含量,均在工以范围内,且比例合适,可以排除该项因素。

2)镀锌低区光亮剂不足。询问操作人员添加剂添加情况,发现低区光亮剂已按工艺要求添加,但仅加入后当时有效,很快便失效,故障现象依旧。

3)镀液中金属杂质含量过高。当镀液中金属杂质含量过高时,镀锌件低电流密度区会发生发黑现象,钝化后也不能消除。分析金属杂质含量,发现铜含量(Cu2+<2mg/L)偏高。同时,当金属杂质含量过高后,会导致添加剂用量的增加。因此,初步可以判定这便是引发故障的原因。


3.3 措施

在确定故障是由镀液铜含量超标引起的后,进而在镀锌生产中各环节中排查铜的带入。排查发现,由于车间镀槽设置场地所限,操作人员将电镀锌后的铜挂具零件在活化槽中退出镀锌层,活化槽中的铜及铬含量不断积累,最终带入镀槽中导致此次故障。

故障排除:采用0.1~0.3A/dm2小电流对镀液进行电解处理4小时,连续一周后,故障现象消失。


3.4 总结

对于碱性无氰镀锌而言,镀液中的金属杂质如铁、铜、铅等都属于有害杂质。这些杂质一般都是由酸洗液中带入。本次故障就是操作人员在镀锌生产中图方便,铜夹具在镀锌活化槽中褪镀或长时间放置,导致铜杂质的积累,最终带入镀液中所致。发现该故障的原因后,车间单独在操作件能设置了铜夹具褪镀酸洗槽,彻底杜绝铜夹具在活化槽中褪镀操作。


4 质量故障案例三


4.1 故障现象描述

2016年3月,某雷达产品镀锌件镀层厚度要求25微米,镀锌层外观、色泽、耐蚀性等均合格,但在热震试验后表面出现雾状白膜,镀层未有起泡等缺陷,镀层外观受到影响。


4.2 原因分析及确认

1)镀液中有机杂质含量过多,镀层受热后导致白膜出现。采用DK-778无氰镀锌除杂级对镀液进行处理,调整镀液添加剂及主盐成分,电镀锌后零件外观、色泽正常,但热震试验后工件依然外表面出现白膜。说明镀液中有机杂质含量不是该故障的诱发因素。

2)钝化液原因。电镀锌后分别采用生产线钝化槽内溶液进行钝化与镀锌后不钝化的工件进行热震试验,均出现白膜,排除钝化液原因。

3)镀层厚度的影响。电镀锌生产中,镀锌层厚度一般在15微米以下,最厚不超过20微米。分别制作不同厚度的电镀锌工件,发现热震试验后出现白膜的工件镀锌厚度越厚月明显。镀层在15微米以下不出现,镀层厚度在25微米以上有80%的几率会出现白膜。当镀层厚度在35微米以上时,100%出现白膜。这说明镀层厚度越厚,高温烘烤后,镀层越易出现白膜。

3)镀锌添加剂的影响。在该故障的排除过程中,发现新配置溶液电镀锌厚度超25微米热震后依然出现白膜,这表明现有镀锌添加剂体系不适合镀锌产品镀厚锌(25微米以上)的需求,该故障是镀锌工艺本身需求限制。


4.3 措施

经过试验找到该项故障的原因后,笔者咨询了添加剂厂家有关技术人员及业内电镀锌专家。综合分析认为:对于厚度达到25微米以上的电镀锌生产,已是常规的无氰镀锌添加剂产品的极限,对镀锌工艺控制及原材料使用等都要求苛刻。另外,镀锌后高温烘烤对镀锌层是破坏性的,可能导致镀锌层由于较厚发生“爆锌”,即微观层面上锌镀层晶粒排列错位,从而出现白膜。

对于上述分析,笔者又做了氰化物镀锌镀厚锌的热震试验,当镀层超过25微米后,同样出现了白膜。同时,笔者联系了国内几家电镀锌生产企业,当采用不同种类的添加剂镀锌厚度超过25微米时,热震试验后也出现了不同程度的白膜,即故障重现。

基于以上原因分析,笔者认为无氰电镀锌镀层厚度在25微米以上时,后续的高温局部涂装、点焊等工序的适应性有待商榷。一般工件的镀锌厚度选择控制在15微米即可。如若产品有重防腐需求,确有需要电镀25微米的锌层,后工序要避免高温烘烤或焊接等操作。


4.4 总结

对于无氰电镀锌镀厚锌,国内同行很少有这方面的需求,相关无氰镀锌镀厚锌添加剂产品也凤毛麟角。针对公司的雷达产品中防护要求,镀锌层要求25微米,镀锌后均直接全部涂装,未发现此故障问题。而在镀后需要热加工的零件中出现,说明无氰镀锌工艺获得的镀锌层厚度超25微米后不适宜进行热加工处理,今后类似产品在工艺设计时应予以考虑。


5 结语

通过3例镀锌生产质量故障的分析和处理,说明碱性无氰电镀锌故障产生的原因较多,不能仅从镀液本身进行考虑,还要从电镀生产流程过程中查找原因。因此电镀锌生产的顺利与否,还需要从车间镀液维护管理、镀槽溶液化学分析、镀件镀层厚度具体要求等出发,需要现场工艺人员及操作人员足够重视,认真对待,才能避免镀锌层生产质量故障的出现。