王洪奎

(天津自行車三廠，天津 300163)

電鍍生產(chǎn)中的故障排除

王洪奎

(天津自行車三廠，天津 300163)

電鍍是電化學(xué)加工方法之一。電鍍生產(chǎn)中發(fā)生故障在所難免，故障頻發(fā)會影響生產(chǎn)進(jìn)度和產(chǎn)品合格率，造成經(jīng)濟(jì)損失。排除故障是電鍍工藝技術(shù)管理的重要內(nèi)容。分析了電鍍生產(chǎn)中發(fā)生故障的原因;列舉生產(chǎn)中的實例歸納出排除故障的一般步驟為:現(xiàn)場檢查、科學(xué)思維、試驗分析、合理處置及積累經(jīng)驗等;提出了預(yù)防電鍍故障的措施。

電鍍生產(chǎn);故障;排除;預(yù)防

引 言

電鍍故障通常是指電鍍的產(chǎn)品，即鍍層出現(xiàn)的弊病(也稱為毛病或缺陷)，其表現(xiàn)形式多種多樣，如防護(hù)-裝飾性鍍層起泡、暴皮、粗糙、漏鍍、內(nèi)應(yīng)力大及光亮度不足等;功能性鍍層達(dá)不到耐蝕、耐磨、導(dǎo)磁、硬度、屏蔽及焊接性能等［1］。

電鍍生產(chǎn)流程長，工藝參數(shù)處于動態(tài)變化之中，影響鍍層質(zhì)量的因素眾多而復(fù)雜，生產(chǎn)中出現(xiàn)故障，有的通過查閱工具書(如電鍍手冊等)找到原因，很快得以排除;而大多數(shù)故障較難找出原因，有時甚至需要多次反復(fù)的尋找，有人稱其為“軟故障”［2］。及時有效地排除故障，恢復(fù)生產(chǎn)的正常運(yùn)行，這對電鍍技術(shù)人員來說是一個十分重要的課題。本文將討論排除電鍍生產(chǎn)中故障的基本思路和方法。

1 電鍍故障產(chǎn)生的原因

有研究者分析了數(shù)千例單金屬電鍍和合金電鍍的故障，列舉出造成電鍍故障的原因包括前處理、工藝規(guī)范及電解液等在內(nèi)的17種之多［3］。通過歸納主要有以下幾個方面:

1.1 原材料的影響

在電鍍生產(chǎn)中，由于原材料使用不當(dāng)引發(fā)故障的情況較為普遍?？陀^地看待電鍍領(lǐng)域的原材料市場，從陽極材料、化工材料到各種添加劑，存在著良莠不齊的狀況，甚至相同名稱和用途的添加劑不能交替使用。有的企業(yè)為降低成本，采購低于化學(xué)純或電鍍級原料，不經(jīng)處理直接用于生產(chǎn)，如工業(yè)硫酸鎳(含鋅、銅及硝酸根);劣質(zhì)的活性炭(含重金屬雜質(zhì));達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)的陽極材料等，這都是引發(fā)故障的根源。水也是電鍍生產(chǎn)的重要原料，卻往往被忽視，如使用ρ(Cl-)過高的水在硫酸鹽光亮鍍銅溶液中會造成鍍層不良;使用井水或山泉水清洗有色金屬陽極氧化零件會出現(xiàn)花斑。因此可以說不合格的原料是引發(fā)電鍍故障的重要原因。

1.2 鍍件材料物理及化學(xué)狀態(tài)的影響

當(dāng)出現(xiàn)鍍層弊病時，往往偏重于從電鍍過程尋找原因。實際上零件鍍前加工狀態(tài)、材料的化學(xué)成分及金相組織對電鍍過程中電沉積影響很大，甚至關(guān)系加工的成敗。如鋅鋁合金零件富鋅會造成電鍍困難;經(jīng)磨削加工的合金鋼零件鍍硬鉻易產(chǎn)生龜裂紋;鋼鐵件熱處理碳化物偏析會使電鍍過程中產(chǎn)生過腐蝕現(xiàn)象等。

1.3 電鍍工藝規(guī)范的影響

電鍍生產(chǎn)工藝流程長、工序繁多，發(fā)生故障的影響因素很多。如前處理不凈、清洗不良、掛具失效、電解液成分失調(diào)及雜質(zhì)污染、操作條件失控及生產(chǎn)環(huán)境不良等。而故障的原因往往存在于以上各影響因素的一兩個細(xì)節(jié)之中。

某自行車電鍍分廠鍍鎳工序曾發(fā)生鍍層結(jié)合力不良、起皮的故障，對前處理、直流供電、鍍液pH和硼酸及光亮劑的影響因素排除后，故障仍然在部分零件出現(xiàn)。經(jīng)反復(fù)查找，原來是前一天設(shè)備維修，在天車的運(yùn)轉(zhuǎn)部位注油過多，潤滑油滴落在鍍液中所致。這個事例說明，一個小小的疏漏就會導(dǎo)致故障的發(fā)生，對電鍍生產(chǎn)線的維護(hù)管理任何細(xì)節(jié)都不能放過。

1.4 人為操作不當(dāng)?shù)挠绊?/h3>

在影響產(chǎn)品質(zhì)量的五大因素(操作者、設(shè)備、材料、工藝方法及生產(chǎn)環(huán)境)中，人是第一位的。不少電鍍故障的發(fā)生都與操作工專業(yè)技能和工作責(zé)任心有關(guān)。如清洗操作達(dá)不到作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求(動作似“蜻蜓點水”);專業(yè)知識貧乏將化工原料加錯等。此外，生產(chǎn)管理人員對操作工指導(dǎo)和監(jiān)督不力，這些在電鍍企業(yè)較普遍存在的狀況，使得故障在所難免。因此，要減少電鍍生產(chǎn)故障，提高電鍍從業(yè)人員的專業(yè)技能和工作責(zé)任心是十分重要的。

2 尋找故障原因的常用方法［4］

2.1 跳躍工序法

所謂跳躍工序就是人為地越過可能產(chǎn)生故障的工序來尋找出故障發(fā)生工序的方法。如在鍍Cu-Sn合金→酸性鍍銅→光亮鎳→裝飾鉻工藝路線中，鍍層出現(xiàn)花斑，懷疑故障存在于酸性鍍銅工序中，可以先跳過該工序，如果鍍層花斑消失，則表明故障就發(fā)生在酸性鍍銅工序。同樣方法也可以確定故障是否發(fā)生在鍍光亮鎳工序。

2.2 替代試驗法

替代試驗法就是用已知正常的鍍液替代有可能造成故障鍍液的方法，類似電器維修中用好零件替換可能失效零件的方法。如上例中懷疑光亮鍍鎳工序是故障原因，可以在其他生產(chǎn)線上正常工作的鍍鎳槽中試鍍，如果故障消失，說明原鍍光亮鎳溶液有問題;如故障依然存在，就可以把原鍍光亮鎳溶液的故障原因排除。替代鍍液試驗也可用配制標(biāo)準(zhǔn)鍍液在1～3 L燒杯中進(jìn)行。

2.3 赫爾槽試驗法

赫爾槽試驗是排除電鍍故障中常用的方法，具有方便、快捷的特點。

其用途:1)了解電鍍液各成分對鍍層的影響;2)工藝條件(θ、Jκ、pH 等)對鍍層的影響;3)雜質(zhì)對電解液性能及鍍層的影響;4)添加劑對鍍層的影響;5)確定處理有故障鍍液的最優(yōu)方法。

現(xiàn)代電鍍技術(shù)中為了改善鍍層質(zhì)量，鍍液中應(yīng)用光亮劑、走位劑、整平劑、潤濕劑及穩(wěn)定劑等，這些添加劑大多為有機(jī)化合物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用料極少，能改善鍍液性能和鍍層質(zhì)量，但同時也增加了鍍液的復(fù)雜性。目前，電鍍企業(yè)對添加劑尚無化驗分析的手段，赫爾槽試驗?zāi)苡行У亟鉀Q這一難題。

排除電鍍故障用赫爾槽試驗時，試驗條件應(yīng)盡量作到與生產(chǎn)中的情況相一致，以免試驗偏差導(dǎo)致錯誤判斷［5］。

2.4 小工藝槽模擬試驗

赫爾槽試驗采用的溶液一般為250 mL，難免有局限性。另外，在滾鍍和合金電鍍工藝中，赫爾槽試驗的效果較差。在這種情況下，采用1～3 L燒杯或者10 L以上小工藝槽模擬試驗就更接近生產(chǎn)實際情況。在調(diào)整故障鍍液時避免造成化工原料的浪費。此外，電鍍設(shè)備市場也有多種規(guī)格的微型滾鍍機(jī)，用來排除滾鍍生產(chǎn)中的故障進(jìn)行模擬試驗也很便捷。

3 排除電鍍故障的一般步驟

經(jīng)過長期生產(chǎn)實踐，排除電鍍生產(chǎn)故障的過程大致有以下幾步:即現(xiàn)場檢查、科學(xué)思維、試驗研究、合理處置及總結(jié)經(jīng)驗。

3.1 現(xiàn)場檢查及糾正

有如中醫(yī)診病的“望、聞、問、切”，尋求電鍍故障產(chǎn)生的原因，首先要檢查工藝流程中是否有疏漏。如前處理是否潔凈;工序間水洗是否充分;掛具是否良好及陽極溶解和直流供電是否正常等。還要檢查電鍍工藝參數(shù)是否在規(guī)范內(nèi)，如θ、pH、Jκ、t和鍍液組分及添加劑的使用情況等;檢查時還要詢問操作人員執(zhí)行工藝的情況及故障發(fā)生的情況，是突發(fā)還是在漸進(jìn)過程中出現(xiàn)的等?，F(xiàn)場檢查和詢問應(yīng)縝密和全面，對發(fā)現(xiàn)的不正常情況應(yīng)及時糾正，一般說來對簡單的故障，單一因素影響造成的故障是可以排除的。

3.2 進(jìn)行科學(xué)的思維分析

在多數(shù)情況下，造成故障的原因是復(fù)雜的，這就要運(yùn)用科學(xué)的思維方法尋找故障的真正原因。

某電鍍廠氯化鉀鍍鋅工藝，先在掛鍍線上配鍍液4 000 L，初試沒有發(fā)現(xiàn)問題。緊接又配800 L的4個滾鍍槽液，初試滾鍍螺栓，外觀烏灰無光澤，工藝員認(rèn)為是光亮劑不足，陸續(xù)添加，直至超過正常量2倍多，鍍層仍然不亮。工藝員大惑不解，無奈之下聘請廠外工程師協(xié)助解決，通過檢查原料和進(jìn)行赫爾槽試驗，斷定氯化鉀中有金屬雜質(zhì)，用Zn粉處理后，滾鍍出現(xiàn)了光亮的鍍層。其實這里面道理很簡單，掛鍍Jκ較大，電鍍時間較短，金屬雜質(zhì)對鍍液影響很微弱;而滾鍍Jκ要小得多，電鍍時間較長，金屬雜質(zhì)對鍍層的影響就凸顯出來。這個實例說明原料中的雜質(zhì)是不能忽視的，配鍍液前必須要處理。另一方面也表明不加認(rèn)真思考，誤認(rèn)為鍍層不光亮就是光亮劑不足，而盲目添加是非常錯誤的。在電鍍生產(chǎn)出現(xiàn)故障時，盲目投料的情況比較常見，結(jié)果使故障更加復(fù)雜化，欲速則不達(dá)。只有認(rèn)真思考和分析才能不被表面現(xiàn)象所迷惑，找出故障的真正原因。

某自行車廠在輻條滾鍍鎳工序中常發(fā)生輻條螺紋一端“露黃”(予鍍Cu-Sn合金層)的弊病。通過化驗分析鍍液成分及操作條件均在正常規(guī)范以內(nèi)，因此可以確定故障原因在滾具上。于是采用小槽模擬試驗，觀察發(fā)現(xiàn)通電開始瞬間陰極導(dǎo)電部位有大量氣泡溢出，說明局部電流較大，Ni2+迅速放電，使陰極區(qū)ρ(Ni2+)急劇降低，從電化學(xué)物質(zhì)傳遞理論可知，陰極附近Ni2+補(bǔ)充要依靠電遷移、擴(kuò)散和對流三種形式，由于輻條滾動速度只有6 r/min，Ni2+不能及時補(bǔ)充，陰極區(qū) ρ(Ni2+)經(jīng)常低于電解液內(nèi)其它部位，電極反應(yīng)受濃差極化作用過大的影響，導(dǎo)致鍍層變壞。根據(jù)以上分析，將陰極導(dǎo)電面積縮小，開始電鍍時使一部分輻條與陰極接觸，其余大部分輻條在滾動中交替與陰極接觸，消除了濃差極化的不利影響，改進(jìn)后故障消失。這個實例說明，雖然發(fā)生故障的原因是較復(fù)雜的，但任何事物都有其內(nèi)在的規(guī)律性，遵循電化學(xué)理論由淺入深、由表及里剖析故障的表現(xiàn)形式和特點，就不難找出故障發(fā)生的原因，排除故障就是順理成章的事了。

3.3 赫爾槽試驗分析

如前所述，赫爾槽試驗是排除電鍍故障的常用手段，現(xiàn)舉一實例。某廠電鍍自行車零件工藝流程為:鍍Cu-Sn合金→酸性光亮鍍銅→鍍光亮鎳→鍍裝飾鉻。鍍層出現(xiàn)不光亮且有暗狀條紋的弊病。排除故障的過程如下:首先用一批銅零件(拋光后)在鍍鉻槽試鍍，鍍層光亮無瑕;又用跳躍工序法排除了酸性鍍銅槽的問題;考慮到鍍Cu-Sn合金是閃鍍，鍍層也很均勻。這樣一來就可以判斷出故障是在鍍光亮鎳中，于是用雙氧水-活性炭綜合處理和小電流電解處理鍍液，故障仍未消除。采用赫爾槽試驗，在pH=4.2，θ=55℃ ，I=1 A，t=5 min條件下進(jìn)行試驗，試片顯示低Jκ區(qū)部分無鍍層，高Jκ區(qū)鍍層一觸即掉。根據(jù)常識判斷，可能存在Cr(Ⅵ)污染鍍液的可能，于是試探向鍍液中加入0.05 g保險粉，攪拌均勻，再按同樣條件作赫爾槽試驗，鍍層出現(xiàn)光亮但不理想，把保險粉增加到0.1 g時鍍層達(dá)到全光亮。最后確定向故障鍍鎳液中按0.4 g/L加入保險粉，處理后鍍液恢復(fù)正常，故障消除。

3.4 合理處置故障

故障原因一經(jīng)找到，排除故障并不困難。在選擇排除故障方法時應(yīng)遵循的原則為:

1)從處理效果看，鍍層質(zhì)量應(yīng)優(yōu)于原來的正常水平;2)從操作過程考慮，應(yīng)盡量簡便易行;3)從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，處理費用要低。

以處理鍍液中金屬雜質(zhì)為例，方法很多。如置換法、電解法、氧化還原法、化學(xué)沉淀法及絡(luò)合劑掩蔽法等。在處理故障時應(yīng)靈活運(yùn)用。如處理鍍光亮鎳溶液中的Cu雜質(zhì)，可以用電解法或加去銅劑進(jìn)行掩蔽，當(dāng)生產(chǎn)有空閑時間時可以選擇前者;生產(chǎn)節(jié)奏緊張時可以選擇后者。再如調(diào)整pH，一般使用稀H2SO4，但如果鍍液中ρ(Cl-)偏低時可使用HCl，這樣既降低了pH，又增加了Cl-，有利于陽極的活化溶解?？傊x擇合理的處理方法，既排出了故障也優(yōu)化了鍍液，一舉兩得，收到了事半功倍的效果。

3.5 做好總結(jié)積累經(jīng)驗

對每一次處理故障的經(jīng)歷應(yīng)詳實記錄在案，視為寶貴資料，供以后生產(chǎn)中作為借鑒，避免重蹈覆轍。通過長期積累，還可以發(fā)現(xiàn)工藝規(guī)程中的某些不足，必要時對有關(guān)工藝文件進(jìn)行修訂，使其日趨完善，不斷提高企業(yè)的工藝技術(shù)水平。

4 電鍍生產(chǎn)故障的預(yù)防

電鍍故障影響生產(chǎn)進(jìn)度，降低產(chǎn)品合格率，導(dǎo)致企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。采取預(yù)防措施是十分必要的。措施包括:1)使用符合電鍍規(guī)格的原材料，加強(qiáng)零件的鍍前檢查，從生產(chǎn)源頭把好質(zhì)量關(guān)，消除產(chǎn)生事故的隱患。2)做好生產(chǎn)線硬件設(shè)施的維護(hù)保養(yǎng)，建立設(shè)備運(yùn)行檔案，為生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的物資技術(shù)保證。3)開展專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，提高操作人員的專業(yè)知識水平和操作技能，嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)范和操作守則。4)建立科學(xué)的質(zhì)量保證體系和技術(shù)管理體系，掌控生產(chǎn)中各項工藝參數(shù)的正常波動和異常波動，使電鍍液經(jīng)常處于較佳的工作狀態(tài)。5)通過網(wǎng)絡(luò)、專業(yè)期刊及行業(yè)學(xué)會等形式加強(qiáng)技術(shù)交流，借鑒其它電鍍企業(yè)工藝管理和排除電鍍故障的成功經(jīng)驗。

5 結(jié)語

故障是每個電鍍企業(yè)都會遇到的問題，排除故障是電鍍技術(shù)人員的重要職責(zé)。實踐出真知，電鍍生產(chǎn)的實踐性很強(qiáng)。要在調(diào)控電鍍生產(chǎn)的全過程中做到遇障不驚，應(yīng)付自如，非兩年三載之功所能及，唯一的途徑就是在生產(chǎn)實踐中摸爬滾打、堅韌實干，還要勤于學(xué)習(xí)、善于思考，不斷探索和積累。如何防止電鍍生產(chǎn)的故障，歸根到底就是一句話:循規(guī)蹈矩，一切遵從工藝規(guī)范。

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［2］陳易初.電鍍軟故障的排除［J］.電鍍與精飾，2010，32(1):23.

［3］謝無極.電鍍故障精解［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007:1-2.

［4］朱立群.實用電鍍故障分析與處理技術(shù)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2007:16-17.

［5］覃奇賢，郭鶴桐，劉淑蘭，等.電鍍原理與工藝［M］.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社，1993:74-79.

Troubleshooting in Electroplating Production

WANG Hong-kui

TQ150

B

1001-3849(2012)01-0033-03

2011-04-12