集团新闻

  来源：《中国科技纵横》2010Байду номын сангаас第17期

  摘要:对于机械镀锌的工艺、设备和应用开展较大范围的讨论研究。力求探索一个较好的机械镀锌工艺及设备,本文通过从机械镀锌原理及工艺同设备做分析。

  目前,机械镀锌工艺按下列工艺过程进行:工件除油、除锈后,与冲击介质一起加入镀锌机的滚筒中,加入适量的水,按工件的被镀面积加入硫酸铜,在工件表面沉积出一个铜层(称为“闪铜”);随后加入少量的锌粉和活化剂,使铜层上沉积出一个锌层(称为“闪锌”)。之后进入逐渐使锌层沉积的过程,根据最终镀层的要求,以一段时间间隔,依次加入锌粉和活化剂,待锌层沉积完毕,经过5-10min的强化期,使锌层变得均匀、细致,即可从滚筒中倒出,分离工件和介质,然后清洗、干燥。

  (3)冲击物料的直径与工件表面的不平度及粗糙度相适应,否则对镀层质量有影响。

  (4)镀液体积应与固体物料相匹配,工作时候的温度不能太低,以20℃左右的室温为宜。

  机械镀锌设备的基本功能是提供机械碰撞力和使混合料及工件形成合理的流态,物理运动的滚筒或电磁振动的槽、床都能够给大家提供机械碰撞力,而影响镀件外观品质的重要的因素是混合料及工件流态运动。如把工件、冲击介质、水、金属粉和添加剂视为一个流体来讨论,则机械镀锌主体设备要满足以下条件:造成碰撞和搓碾的环境;使流体处于一种搅拌状态,避免形成偏聚分布,使其形成一种混沌状态;设备有装料,分离,干燥,前处理和后处理辅助设施。

  机械镀锌虽然有诸多优点,但是其应用目前处于一个较窄的范围内,原因主要在于工艺自身的不完善和社会对新生事物的认知过程。机械镀锌所适用的零件一般较小,典型的零件有:射钉、铁针、螺母、螺栓、垫圈、弹簧水暖管件的接头、链条等,对于零件材质的适合使用的范围较广,许多工业发达国家在高强度紧固件和一些五金制品上逐渐采用机械镀锌,如汽车的高强度紧固件、射钉、水泥钉等。中国对机械镀锌的研究只有十来年的历史,发展比较缓慢。机械镀锌如果要逐步发展就一定要解决以下问题:提高镀层大于50 m的结合强度;提高沉积的细化作用,使组织细密,外观平滑光亮;改善钝化的色泽,使习惯于电镀钝化色泽的用户能接受;专用设备的规范化和通用化。尽管机械镀锌与电镀、热镀相比有较大的差距,由于其得天独厚的优点,会逐渐在钢铁小零件的镀锌市场中占据一席之地。

  (3)自动化生产流水线。在国外发达国家已然浮现了比较先进的自动化生产线,配置了输送、装料、分离、供排水和干燥等设备。图3为美国Renold公司的机械镀锌设备流水线)螺旋振动式。通过机械的三元振动给工件、冲击介质提供了碰撞搓碾的能量和流态运动形式,物料在螺旋状的槽中运动形成涡流,处于一个强烈的搅拌场中,保证了碰撞受力及药料的均匀化。该设备还处于理论研究阶段,其优点是结构紧密相连,设备占地小,操作更简单。

  (1)锌粉粒度。机械镀锌可获接近10m的薄镀层,这决定了锌粉直径不能超过该尺寸,否则将降低利用率,甚至不能形成镀层。另外,为了让锌粉能获取足够的单位体积内的包含的能量,粉粒直径应在微米级范围内。

  (2)机械镀液。机械镀液应能去除工件和锌粉表面的氧化污染物,使其在施镀过程中始终处于清洁活化状态;对锌粉具有湿润,分散作用;镀液应具有对酸碱作用的缓冲性,以保证整个工作过程中镀液性能的稳定;镀液呈酸性。

  (1)简易滚筒式。由电机经减速机带一个或几个滚筒,工作时与水平呈20-30。角,以30r/min左右转动,装入工件、冲击介质和水、再加上各种原料,镀后将机架翘起倒出工件。此设备投资低,简单易行,滚筒工作时是单一的转速和固定的角度,易引起工件集中在下区域(实心件)或上区域(轻薄件),难以适应任何工件对相对碰撞速度的要求。该设备多为工厂自制或试用设备。

  根据以上对镀液的性能要求,其主要成分(因素)设计为某种有机酸,该有机酸的盐及某非离子活性剂的水溶液。

  (1)有机酸的作用。有机酸对锌粉和工件表面具有活化作用,能使工件、锌粉表面的氧化膜溶解除去。施镀后随着溶液的有机酸消耗,pH值增大,物料中能与酸反应的锌氧化物发生反应。

  (2)有机酸盐的作用。同一种有机酸及其盐,因同离子效应组成酸性的缓冲溶液,保证在工作中溶液的pH值不发生过大改变,使溶液性能维持稳定。该有机酸的盐也是一种可溶分散剂,能够增强镀液的分散能力。

  (3)非离子活性剂的作用。非离子活性剂在水溶液中不离解,稳定性高,不受酸碱盐影响,且相溶性、耐硬水性强,更重要的是能进一步提升溶液的分散、乳化、湿润、增溶、洗涤清洁作用。

  (2)当锌粉量一定时,镀层的最大厚度与所用时间无关,即厚度受锌粉量控制。因此,生产中镀层厚度易于控制。

  [4]沈宁一,等.表面处理工艺手册[M].上海:上海科学技术出版社,1991.

  [5]夏纪鼎,等.表面活性剂和洗涤剂化学与工艺学[M].北京:中国轻工业出版社,1997.

  (2)可调速的循环摇摆滚筒式。该设备是采用调速电机和减速器实现滚筒的调速转动(图2),以不同的转速来适应任何镀件所需要的相对碰撞速度。此外,采用一对齿轮和电气控制,镀锌时滚筒可以在-200～600之间循环摇摆,避免了工件在滚筒中的偏聚,同时能绕支撑轴作3600旋转,以满足多种位置卸料。该设备具备了可调转速和摇摆功能,充分满足了机械镀锌对碰撞速度的变化和均匀功能的要求,这种功能的设备造价趋于合理,而且性能可靠、实用性较强、简单易操作,适合中小规模的生产。