鑄鋼件摘要:采用(yòng)覆蓋能(néng)力和分(fēn)散能(néng)力好的電(diàn)鍍液對鑄鋼件進行電(diàn)鍍鋅。按照國(guó)家相關标準對鍍層進行質(zhì)量檢測，結果表明該鍍層附着力強、光澤度好。通過電(diàn)子掃描電(diàn)鏡對鍍層表面形貌進行分(fēn)析，結果表明該鍍層厚度均勻、緻密度好，鍍層向基體(tǐ)金屬方向呈現鋅減少、鐵增多(duō)的趨勢。
關鍵詞:鍍鋅;厚度;緻密度;鑄鋼件
中圖分(fēn)類号:TQ153．15 文(wén)獻标識碼:A
文(wén)章編号:1001-3849(2011)11-0008-03
引言
鑄造碳鋼具有較高的強度和較好的塑性，鑄造性能(néng)和焊接性能(néng)良好，可(kě)切削性差，可(kě)用(yòng)作(zuò)軋鋼機機架、軸承座、連杆、箱體(tǐ)、曲拐及缸體(tǐ)等。由于鑄鋼件具有優良的機械加工性能(néng)，能(néng)壓鑄成幾何形狀複雜的工件，而且價格便宜，所以在機械制造領域應用(yòng)廣泛。鑄鋼件通常需要進行鍍鋅處理(lǐ)，在電(diàn)鍍過程中，氫易于析出，造成嚴重析氫，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)量達不到國(guó)家規定的有關标準。采用(yòng)通常的方法對鑄鋼件表面電(diàn)鍍，電(diàn)鍍時間較長(cháng)，鍍層厚度的均勻性難以保證，同時色澤會變得灰暗;若增大電(diàn)流密度，會導緻鍍層部分(fēn)燒焦。針對存在的問題，本文(wén)采用(yòng)一種對鑄鋼件表面覆蓋能(néng)力和分(fēn)散能(néng)力良好的電(diàn)鍍液及工藝，對表面積為(wèi)2dm2的ZG270-500鑄鋼件鍍鋅。并采用(yòng)掃描電(diàn)鏡、能(néng)譜儀等對鍍層的厚度與成分(fēn)進行分(fēn)析，并對鍍層的外觀、鍍層與基體(tǐ)的附着力進行試驗。
1·實驗部分(fēn)
1．1 基材成分(fēn)及前處理(lǐ)
鑄鋼件的尺寸為(wèi)13cm×4．5cm×0．8cm。試驗基材為(wèi)ZG270-500鑄鋼件，其成分(fēn)(均為(wèi)質(zhì)量分(fēn)數)為(wèi):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(wèi)60～65℃，t為(wèi)20min脫脂處理(lǐ)後，水洗，再經10%～20%鹽酸、0．3%六次甲基亞胺、0．2%乳化劑(OP-10)溶液中，θ為(wèi)20～25℃，t為(wèi)15min酸洗，然後放入3%～8%的鹽酸溶液活化2～8s，水洗後電(diàn)鍍鋅。
1．2 電(diàn)鍍溶液
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
亞苄基丙酮(主光亮劑) 0．2g/L
聚乙二醇(整平劑) 1g/L
pH 1．8～2．4
分(fēn)别采用(yòng)亞苄基丙酮、鄰硝基苯甲醛及香草(cǎo)醛作(zuò)為(wèi)主光亮劑對鑄件鍍鋅，通過對鍍鋅層的比較表明，亞苄基丙酮适用(yòng)于此種鑄件的鋅鍍層制備。
1．3 電(diàn)鍍工藝過程
将鑄鋼件放入制備好的挂鈎上鍍鋅，維持Jκ為(wèi)0．5A/dm2，預鍍5min;然後在Jκ為(wèi)1A/dm2，加入預先配好的主光亮劑與柔軟劑混合溶液;不斷調整電(diàn)流密度，維持鍍鋅液的pH在1．8～2．4，電(diàn)鍍20～30min，鑄鋼件表面形成均勻的鋅鍍層。
1．4 電(diàn)鍍後處理(lǐ)
1)鈍化。鈍化液成分(fēn):1g/L硫酸，0．2g/L硝酸，60g/L鉻酐;将鍍鋅的鑄鋼件放入鈍化液中8s，熱水洗滌10s;
2)幹燥。将鈍化後的鑄鋼件放入60℃的幹燥箱幹燥10min。
1．5 電(diàn)鍍層質(zhì)量測試
1)附着力。按照GB/T5270-2005金屬基體(tǐ)上的金屬覆蓋層電(diàn)沉積和化學(xué)沉積層附着強度試驗方法評述标準，對鍍鋅層附着強度進行檢測試驗;
2)厚度與緻密度。JSM-6360LV掃描電(diàn)子顯微鏡檢測;
3)外觀。按照GB/T9799-1997金屬覆蓋層鋼鐵上的鋅電(diàn)鍍層标準，對鋅鍍層的外觀與厚度進行檢測;
4)鍍層成分(fēn)分(fēn)析。采用(yòng)Genesis2000XM60SEDAX(EnergyDispersiveAnalysisSystemofX-ray)能(néng)譜儀對電(diàn)鍍層化學(xué)成分(fēn)進行分(fēn)析;
5)耐腐蝕性試驗。鹽霧試驗(GB/T10125-1997)。
2·實驗結果與讨論
2．1 鍍層鋅鐵含量分(fēn)布
圖1為(wèi)從掃描電(diàn)鏡(SEM)中選定待測金屬含量的鍍層區(qū)域，圖1中虛線(xiàn)表示的為(wèi)檢測選定的區(qū)域，采用(yòng)Genesis 2000 XM60S EDAX(Energy Disper-sive Analysis System of X-ray)能(néng)譜儀對選定區(qū)域的電(diàn)鍍層進行化學(xué)成分(fēn)分(fēn)析。圖2為(wèi)鍍層成分(fēn)分(fēn)析，表1為(wèi)鍍層中元素化學(xué)成分(fēn)。
從圖2及表1可(kě)以看出，鍍層的鋅合金中，鋅、鐵的質(zhì)量分(fēn)數分(fēn)别為(wèi)95．25%、4．75%，其中鋅、鐵的原子數分(fēn)數分(fēn)别為(wèi)94．84%、5．52%。表明鍍層中主要成分(fēn)為(wèi)鋅，有極少部分(fēn)為(wèi)鐵，圖3分(fēn)析了沿着電(diàn)鍍層向基體(tǐ)方向的金屬分(fēn)布曲線(xiàn)，從圖3可(kě)以看出，沿着基體(tǐ)金屬向鍍層方向，鋅的質(zhì)量分(fēn)數在遞增，鐵在遞減，這是由于電(diàn)鍍過程起始階段，基體(tǐ)金屬上的鐵原子與鋅形成合金，随着電(diàn)鍍進程的深入，鍍層主要以鋅與高分(fēn)子配合物(wù)形成高分(fēn)子配合物(wù)為(wèi)主，基體(tǐ)金屬被鋅層所覆蓋，因而距離基體(tǐ)金屬較遠(yuǎn)處的鍍層，主要是鋅，這也加強了基體(tǐ)的防腐性能(néng)。
2．2 鍍層緻密度檢測
圖4表示電(diàn)鍍層在放大5000倍時的表面形貌，照片中下面部分(fēn)表示基體(tǐ)金屬，中部為(wèi)鍍鋅層，最上面為(wèi)SEM測試時鑲嵌的組織，從圖4可(kě)以看出，電(diàn)鍍層緻密度良好，确保了鍍層附着力與NSS試驗的良好防腐性能(néng)。
2．3 鍍鋅層的厚度檢測
圖5為(wèi)采用(yòng)SEM測量的鍍鋅層厚度。從圖5可(kě)以看出，測量鍍鋅層不同部位的δ為(wèi)6～7μm，達到國(guó)家規定的标準，而且厚度均勻。
2．4 電(diàn)鍍層的附着力試驗
1)剝離試驗。将25mm的3M纖維膠帶，用(yòng)2kg的輥子把膠帶的粘附面貼于試驗的覆蓋層上，排除所有的氣泡，間隔10s後，在帶上一個垂直于覆蓋層表面的穩定拉力，把膠帶拉去，未發現覆蓋層從基體(tǐ)剝落，表明覆蓋層與基體(tǐ)的結合力較強。
2)劃痕試驗。采用(yòng)30。銳刃的硬質(zhì)鋼劃刀(dāo)，相約2mm劃6根平行線(xiàn)，在劃平行線(xiàn)時，以足夠的壓力一次刻線(xiàn)即穿過覆蓋層切割到基體(tǐ)金屬，未發現覆蓋層從基體(tǐ)上脫落現象，表明覆蓋層與基體(tǐ)結合緊密。
2．5 鍍層的外觀檢測
将鍍件放在光線(xiàn)充足或等同60瓦日光燈，不超過1m距離相當照明條件下，距離30cm，進行觀察，未發現鍍層有起泡、孔隙、粗糙、裂紋或局部無鍍層現象，但是鋼鑄件本來表面不平整的現象依然存在，這屬于基體(tǐ)金屬缺陷。
2．6 鍍層鹽霧試驗
NSS試驗96h沒有出現腐蝕點。表明鑄件表面的鍍鋅層比較緻密，厚度均勻，有效發揮了防止腐蝕的功能(néng)。
3·結論
利用(yòng)SEM和能(néng)譜儀對鑄鋼件的鍍鋅層厚度及成分(fēn)進行了分(fēn)析，結果表明，鍍鋅層最薄處δ達到7～8μm，鍍層厚度均勻，鍍鋅層結合緊密，無孔隙。
對鑄鋼件表面的鍍鋅層進行附着檢驗與外觀檢驗，結果表明，鍍鋅層與基體(tǐ)結合緊密，外觀無起泡、孔隙、粗糙、裂紋或局部無鍍層現象。
通過對鑄鋼件鍍鋅層的檢測表明，鍍鋅層與基體(tǐ)結合緊密，鍍鋅層金屬含量分(fēn)布合理(lǐ)，外觀檢驗符合國(guó)家規定的相關标準。該電(diàn)鍍工藝效果良好，具有極大的使用(yòng)與推廣價值。