鄧建青*，張俊榮，何海軍

（株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司汽車產(chǎn)品事業(yè)部制造中心，湖南 株洲 412000）

因鐵件鍍鋅后焊接會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)刺激性煙霧，焊接操作難以忍受，故螺栓和平板配合件(如圖1所示)通常 焊接后整體電鍍鋅，螺栓和平板接觸不可避免地存在縫隙。該類帶縫隙工件電鍍鋅(銨鹽體系)后或儲(chǔ)存一段時(shí)間后在縫隙內(nèi)部及其周圍出現(xiàn)鍍層變色、腐蝕等異?，F(xiàn)象(如圖2所示)。這種現(xiàn)象在螺栓配合中經(jīng)常出現(xiàn)。因?yàn)殇@鹽電鍍過(guò)程中除脫脂和水洗工序之外，其他工序中的溶液均為酸性，縫隙中所藏液體也一般呈酸性，所以在生產(chǎn)中常將因縫隙藏液導(dǎo)致的腐蝕稱為“返酸”。縫隙處鍍層不完整，并殘留水分，即使干燥后也有鹽分殘留，這些殘留物導(dǎo)致的快速腐蝕使產(chǎn)品存在很大的安全隱患。本文對(duì)縫隙返酸現(xiàn)象進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，從鍍鋅工藝調(diào)整、烘烤、縫隙寬度等方面進(jìn)行分析，希望給生產(chǎn)提供參考。

圖1 螺栓和孔板的配合間隙 Figure 1 Space between bolt and aperture on plate

圖2 返酸缺陷樣品照片 Figure 2 Photo showing the “acid return” defect

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

一般帶螺栓鐵件以及按規(guī)定螺栓配合縫隙寬度要求焊接螺栓和孔板(參考圖1)。

1.2 主要設(shè)備

銨鹽鍍鋅槽及配套整流柜、NF85-4A 臺(tái)式熱風(fēng)循環(huán)爐、1 mm × 1 cm 風(fēng)嘴。

1.3 銨鹽鍍鋅工藝

檸檬酸50 ～ 70 g/L、氯化銨220 ～ 250 g/L、氯化鋅30 ～ 40 g/L、硫脲1 ～ 2 g/L、聚乙二醇1 ～ 2 g/L，pH 5 ～ 6，溫度5 ～ 35 °C，電流密度1.0 ～ 1.5 A/dm2。

1.4 實(shí)驗(yàn)方案

1.4.1 工藝流程的調(diào)整

縫隙內(nèi)藥液殘留是導(dǎo)致產(chǎn)品鍍鋅后腐蝕的根源[1-2]，加強(qiáng)縫隙內(nèi)清洗有可能減少返酸現(xiàn)象。工藝調(diào)整方案為：由“鍍鋅─流動(dòng)水洗─鈍化─流動(dòng)水洗─烘烤(熱風(fēng)敞開(kāi)烘烤)”調(diào)整為“鍍鋅─超聲波水洗─鈍化─高壓水沖洗縫隙─高壓氣吹縫隙─烘烤(熱風(fēng)敞開(kāi)烘烤)”。按調(diào)整后工藝試做100 件。

1.4.2 烘烤干燥效果的驗(yàn)證

水和氧的存在是金屬腐蝕的重要條件[3]，烘烤有利于縫隙干燥，除去水分，減少腐蝕。將產(chǎn)品按1.4.1 中調(diào)整后的工藝鍍鋅，不再采用熱風(fēng)敞開(kāi)烘烤，而是60 °C封閉烘烤60 min；實(shí)驗(yàn)數(shù)量50 件。

1.4.3 縫隙寬度對(duì)返酸的影響

流體具有一定黏度，其流動(dòng)與接觸界面和空間有關(guān)[4]，所以縫隙大小顯著影響流體在縫隙內(nèi)的流動(dòng)。目測(cè)將產(chǎn)品按螺栓和鐵件縫隙寬度小于0.2 mm、0.2 ～ 0.4 mm、0.4 ～ 0.6 mm、0.6 ～ 0.8 mm、0.8mm 以上進(jìn)行分組(由于是目測(cè)，邊緣尺寸可能分組不準(zhǔn)確)，每組20 件樣品，再按1.4.1 中調(diào)整后的工藝進(jìn)行鍍鋅。

1.4.4 縫隙封閉試驗(yàn)

鍍鋅后縫隙殘留鹽主要是氯化鈉，根據(jù)氯化鈉等鹽類有吸濕性的特點(diǎn)，對(duì)縫隙內(nèi)表面進(jìn)行封閉處理將有利于減少殘留鹽分吸濕，從而減少潛在的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，具體方案是按1.4.3 將產(chǎn)品進(jìn)行分組，再按1.3.1 中調(diào)整后鍍鋅工藝鍍鋅，鍍鋅烘干后用丙烯酸聚氨酯清漆涂刷縫隙周圍，清漆濃度根據(jù)其滲透性調(diào)整，要求讓其較好地滲入縫隙；每組各試驗(yàn)50 件。

1.5 檢驗(yàn)

試驗(yàn)樣品分別放置24 h 和7 d 后觀察螺栓縫隙處的返酸情況，無(wú)返酸為合格。

2 結(jié)果與討論

2.1 工藝調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果

一般帶螺栓鐵件工藝調(diào)整試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表1。從中可以看出，大部分產(chǎn)品在鍍鋅后放置不久即出現(xiàn)明顯返酸異常，部分產(chǎn)品需存放較長(zhǎng)時(shí)間才顯現(xiàn)異常，不能及時(shí)有效地判斷產(chǎn)品是否返酸。從7 d 后觀察返酸率的 增加情況可以看出，調(diào)整工藝前后返酸率隨時(shí)間變化的規(guī)律基本一致。根據(jù)實(shí)際觀察，產(chǎn)品放置一周后返酸率仍有上升，一般放置一月后返酸率就趨于穩(wěn)定。調(diào)整后工藝的效果相對(duì)于原工藝有較明顯改善，返酸率下降為原來(lái)的一半左右，但還是不能滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。另外，存放過(guò)程中出現(xiàn)腐蝕的多為表觀配合較緊的工件。其原因是縫隙越小，殘留在縫隙中的藥液就越難清除，部分縫隙小的產(chǎn)品仍然有藥液殘留在縫隙中。從工藝調(diào)整試驗(yàn)可以看出：超聲波清洗、高壓水沖洗縫隙和高壓空氣吹干縫隙有利于降低鍍鋅后縫隙返酸的程度，因?yàn)槌暡ㄇ逑春透邏簺_洗縫隙可使縫隙內(nèi)所藏藥液排出，而高壓氣吹縫隙還可實(shí)現(xiàn)快速干燥?？p隙內(nèi)殘留藥液減少以及干燥速度加快的結(jié)果就是鍍鋅層腐蝕可能性降低。

表1 工藝調(diào)整前后的返酸率對(duì)比 Table 1 Comparison between “acid return” rates before and after technological improvement

2.2 密閉烘烤干燥試驗(yàn)結(jié)果

一般帶螺栓鐵件密閉烘烤試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表2。試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，烘烤后即出現(xiàn)明顯異?，F(xiàn)象，并且鋅層表面出現(xiàn)輕微的發(fā)暗、失光。與2.1 調(diào)整后工藝的敞開(kāi)烘烤試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比后可知，密閉烘烤不能減少返酸率，異常現(xiàn)象反而有小幅上升。密閉烘烤后產(chǎn)品放置12 h和放置7 d 后的返酸率相同，而原工藝(電鍍后不烘烤)所做產(chǎn)品放置12 h 和放置7 d 后的返酸率相差25 個(gè)百分點(diǎn)以上。由此可見(jiàn)，烘烤能讓缺陷在短時(shí)間內(nèi)一次性暴露出來(lái)，有利于異?，F(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)和判斷。其原因是：烘烤可以在短時(shí)間內(nèi)干燥縫隙，但縫隙中的藥液是酸性的，在加熱的情況下會(huì)很快地腐蝕其周圍鋅層，所以烘烤可以在短時(shí)間內(nèi)將返酸情況暴露出來(lái)。

表2 不同烘烤方式下的返酸率 Table 2 “Acid return” rates for different baking methods

2.3 縫隙寬度對(duì)返酸的影響

縫隙寬度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。從中可以得知：返酸率隨縫隙寬度增大而下降，縫隙寬度大于0.6 mm 就不再出現(xiàn)返酸的異?，F(xiàn)象；而且縫隙寬度越大，返酸率隨放置時(shí)間的變化就越小。其原因應(yīng)該是：縫隙寬度越大，縫隙中的殘留藥液就越容易被清洗出來(lái)，縫隙也 越容易干燥；因此，縫隙寬度越大，縫隙內(nèi)殘留藥液就越少，干燥就越快，縫隙內(nèi)的環(huán)境就越接近中性，而在中性及干燥的環(huán)境中鋅層不易被腐蝕。

表3 縫隙寬度對(duì)返酸率的影響 Table 3 Effect of gap width on “acid return” rate

2.4 縫隙封閉試驗(yàn)結(jié)果

縫隙封閉試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。從表3和表4的對(duì)比可知：返酸率隨縫隙擴(kuò)大而下降，并且縫隙寬度大于0.6 mm 后就不再出現(xiàn)返酸現(xiàn)象；而縫隙封閉后的返酸率比未封閉時(shí)下降1/3 以上。對(duì)于縫隙封閉后的產(chǎn)品，其存放過(guò)程中的返酸率隨時(shí)間的變化比不封閉的產(chǎn)品要小，產(chǎn)品放置1 個(gè)月和放置1 周后返酸率無(wú)明顯變化，即鍍鋅后1 周內(nèi)大多有返酸傾向的產(chǎn)品都已經(jīng)表現(xiàn)出異常。

表4 縫隙封閉處理后的返酸率 Table 4 “Acid return” rate after gap sealing

縫隙中的水分干燥后會(huì)留下鹽分，鹽分會(huì)因吸濕而導(dǎo)致鋅層腐蝕(甚至加速其腐蝕)，所以未封閉產(chǎn)品在存放過(guò)程中的返酸率變化較大?？p隙封閉后，縫隙內(nèi)表面被清漆覆蓋，清漆對(duì)縫隙內(nèi)表面起保護(hù)作用，防止腐蝕的發(fā)生，所以縫隙經(jīng)封閉后的產(chǎn)品在存放過(guò)程中的返酸率無(wú)明顯變化。

3 結(jié)論

(1) 加強(qiáng)縫隙清洗可以減少縫隙產(chǎn)品鍍鋅后的返酸率，鍍鋅后烘烤干燥可以馬上得知較準(zhǔn)確的產(chǎn)品返酸率。

(2) 縫隙產(chǎn)品鍍鋅后的返酸率隨存放時(shí)間延長(zhǎng)而增加，大多會(huì)在存放一周內(nèi)表現(xiàn)出異常。

(3) 縫隙產(chǎn)品鍍鋅后的返酸率隨縫隙寬度增加而下降，縫隙寬度達(dá)到一定值后將不會(huì)出現(xiàn)鍍鋅后返酸的現(xiàn)象。

(4) 鍍鋅后用清漆對(duì)縫隙進(jìn)行封閉處理能大幅減少產(chǎn)品返酸率，并且確保產(chǎn)品存放過(guò)程中的質(zhì)量穩(wěn)定性。

[1]張?jiān)收\(chéng),胡如南,向榮.電鍍手冊(cè)[M].3 版.北京: 國(guó)防工業(yè)出版社,2008: 16-17.

[2]鄭瑞庭.電鍍實(shí)踐900 例[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2007: 16.

[3]虞兆年.腐蝕與防護(hù)全書(shū): 防腐蝕涂料和涂裝[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,1996: 139-143.

[4]陳玉璞.流體動(dòng)力學(xué)[M].南京: 河海大學(xué)出版社,1990: 6-11.