王殿西 ，魏亞平，呂 鵬，呂成斌，蔣 杰，

（1.天津市飛鴿集團聯(lián)合化工廠，天津300163；2.天津市杰出金屬制品有限公司，天津301900）

鑄鋁合金具有許多優(yōu)點，如良好的導熱性，導電性，高延展性，高強度，易成型，比重低，因此廣泛應用于復雜零部件的鑄造加工，例如：散熱片，發(fā)動機缸體缸蓋，變速箱外殼，轎車輪轂等。由于鑄鋁合金件表面硬度低，耐磨性能差，且鋁是一種活潑的兩性金屬，電極電位很低（約－1.67 V），在空氣中就很容易氧化和腐蝕，盡管合金中添加了其它元素在一定程度上增加了硬度和抗蝕性能，但依然不能滿足實際應用中的抗磨和抗蝕性要求，因而絕大多數(shù)鑄鋁合金零部件都需要合適的表面處理，主要包括陽極氧化、電泳涂裝、化學鍍鎳、電鍍銅鎳鉻、電鍍硬鉻等［1-4］。無論采用何種表面處理方法，均需要對零件表面進行必要的前處理，由于鑄鋁合金成分復雜，特別是含硅量高，傳統(tǒng)前處理幾乎都要應用HNO3-HF 體系工藝和HNO3工藝，從而不可避免會產生大量“黃煙”和硝酸酸霧，嚴重污染環(huán)境和影響從業(yè)者身體健康。本文重點討論無硝酸環(huán)保前處理工藝在鑄鋁合金零件電鍍中的應用。

1 工藝流程及參數(shù)

鑄鋁合金零件電鍍無硝酸環(huán)保前處理工藝與傳統(tǒng)前處理工藝流程如下［5］：

冷脫脂（選擇性使用）→三級水洗→弱堿性熱脫脂→三級水洗→堿蝕→三級水洗→除垢活化→三級水洗→一次浸鋅→三級水洗→退鋅→三級水洗→二次浸鋅→三級水洗→電鍍

1.1 冷脫劑脫脂

冷脫劑脫脂工藝條件如表1 所示。由于冷脫脂油容量（1 kg 脫脂劑能夠容納油脂的最大重量占脫脂劑重量比）一般達到20%以上，有的達到40%，遠大于弱堿性熱脫脂油容量，并且不需要加熱，因而在熱脫脂前增加一道冷脫劑脫脂處理，可以大大減輕熱脫脂壓力，延長熱脫脂溶液使用壽命，節(jié)約能源。

表1 冷脫劑脫脂工藝條件Tab.1 Process conditions of degreasing with cold stripper

1.2 弱堿性熱脫脂

弱堿性熱脫脂［6］工藝條件如表2 所示，單獨使用堿蝕工藝如表3 所示。工作溫度取上限時，在脫脂的同時兼有堿蝕作用，因而可一舉兩得，不用單獨堿蝕處理。如果配合超聲波脫脂，效果更佳，超聲波功率一般按每升脫脂工作液6～8 W 配置，不會破壞工件表面，在增強脫脂效果的同時兼有去除堿蝕掛灰的作用。

表2 弱堿性熱脫脂工藝條件Tab.2 Process conditions of weak alkaline hot degreasing

表3 單獨的堿蝕工藝條件Tab.3 Process conditions of separate alkali etching

1.3 除垢活化

除垢活化工藝條件如表4 所示。鑄鋁合金含硅量高，一般在6%～13%之間，在進行堿蝕或熱脫脂處理時，難免會產生黑褐色灰垢，用一般方法難以完全去除干凈，傳統(tǒng)工藝需要采用75%硝酸+25%氫氟酸溶解灰垢，露出鋁合金本體金屬，確保后續(xù)鍍層結合力符合要求，上述工藝在操作時會產生大量“黃煙”（NO2），嚴重影響從業(yè)者身體健康，環(huán)境污染嚴重，采用P77 環(huán)保除垢劑，可以完全消除“黃煙”危害。

表4 除垢活化工藝條件Tab.4 Process conditions of scale removal and activation

1.4 一次浸鋅

一次浸鋅工藝條件如表5 所示。對于高硅鋁合金，采用穩(wěn)定性好的A68 浸鋅水，不需要頻繁調整，可確保較高的浸鋅質量，而且溶液使用壽命也比普通浸鋅液高50%以上。浸鋅膜層含有鋅、鐵等合金元素，膜層致密，性能良好。

1.5 退鋅

退鋅［7］工藝條件如表 6 所示。應用 P66 環(huán)保退鋅劑于退鋅工藝時，退鋅劑使用濃度低，操作范圍寬，質量可靠，沒有傳統(tǒng)硝酸退鋅工藝的酸霧溢出，大大改善了操作環(huán)境，廢水處理成本極大降低。

表5 一次浸鋅工藝條件Tab.5 Process conditions of zinc dipping

表6 退鋅工藝條件Tab.6 Process conditions of zinc stripping

1.6 二次浸鋅

二次浸鋅工藝條件如表7 所示。二次浸鋅可以與一次浸鋅共用一槽溶液，也可單獨使用，由于經過一次浸鋅并退鋅處理后，工件表面已經處于“新鮮金屬”狀態(tài)，處理時間短于一次浸鋅，可確保獲得更加致密完整的浸鋅膜層，保證后續(xù)鍍層獲得較高結合力。

表7 二次浸鋅工藝條件Tab.7 Process conditions of secondary zinc dipping

1.7 電鍍

鑄鋁件完成浸鋅工序后，可以根據(jù)實際需要電鍍銅、鎳、鉻、錫、金、銀等各種鍍層。

2 工藝討論與維護

2.1 脫脂

大多數(shù)鑄鋁合金件形狀比較復雜，表面一般不平整，孔隙吸油，凹點藏污納垢，有的還有脫模劑，因而脫脂難度較大，單純使用冷脫脂方法達不到電鍍需要的潔凈程度。目前的弱堿性鋁合金脫脂劑對于有些脫模劑并不能完全去除，需要溶劑型冷脫劑輔助脫脂。對于孔隙吸油等頑固污物，更需要高溫脫脂和超聲波輔助脫脂。所以，從綜合因素考慮，最佳鑄鋁合金件脫脂工藝應是溶劑冷脫脂與弱堿性熱脫脂和超聲波的有機結合，才能更好滿足電鍍脫脂要求。

溶劑型脫脂劑使用的溶劑都不是易燃易爆品，只要補充帶出量即可，不需要分析，在油容量接近飽和時，可以通過蒸餾方法回收溶劑重新投入使用；熱脫脂溶液可以按相關產品化學分析補充消耗量，接近使用周期時廢棄。

2.2 堿蝕

堿蝕是非常必要的一步工序，堿蝕的目的是讓工件表面硅等異金屬元素裸露并變得酥松，有利于后續(xù)的除垢工序在工藝時間范圍內去除工件表面的灰垢和不良組織，獲得致密干凈的金屬本體表面。如果對表面不良組織不進行堿蝕松動處理，單純靠除垢工序會造成表面過腐蝕，反而會大大降低鍍層結合力并影響外觀。

堿蝕溶液中應有鋁緩蝕劑等添加劑，防止堿蝕過度，還可延長堿蝕溶液的使用周期。對堿蝕液只需分析補充NaOH含量和相應添加劑即可。

2.3 除垢

除垢的難點在于H2O2濃度的控制。當P77 環(huán)保除垢劑濃度為600 mL/L時，除垢液中H2O2濃度與除垢速度的關系如表8 所示。H2O2濃度濃度太高，除垢后零件表面容易產生鈍化“黃膜”，濃度過低，除垢不完全，影響鍍層結合力，H2O2的濃度可以通過分析進行補充調整。

P77環(huán)保除垢劑可以測量溶液波美度并進行控制，一般控制溶液波美度在16～18 度之間。此外，P77環(huán)保除垢劑中含有鋁緩蝕劑，操作范圍寬，穩(wěn)定性好，不會對鑄鋁件產生過腐蝕不良。當H2O2濃度為150 mL/L 時，P77 環(huán)保除垢劑濃度與除垢速度的關系如表9所示。

2.4 退鋅

采用P66 環(huán)保退鋅劑，退鋅質量可靠，使用維護安全方便，綜合使用成本比硝酸還要低些，已有大量電鍍廠家應用。退鋅劑和硫酸需要按照帶出比例進行補充。退鋅溶液中的P66 環(huán)保退鋅劑和H2SO4（98%）濃度與退鋅速度的關系如表10和表11所示。

表8 H2O2濃度與除垢速度關系Tab.8 Relationship between H2O2 concentration and descaling speed

表9 P77環(huán)保除垢劑濃度與除垢速度關系Tab.9 Relationship between the concentration of P77 environmental scale remover and descaling speed

2.5 浸鋅

采用商品浸鋅液A68 浸鋅水，使用過程中濃度變化小，調整頻次相應降低，應用在高硅壓鑄鋁合金工件上質量可靠，可以通過分析化驗補充維護。

2.6 電鍍

鑄鋁件浸鋅后一般需要預鍍氰化鍍銅或暗鎳或半光亮鎳或堿性化學鍍鎳，再電鍍其它鍍層。采用A68 浸鋅工藝，在浸鋅后可以直接鍍鎳、鍍硬鉻和酸性化學鍍鎳，不需要預鍍也可以獲得良好結合力。

表10 P66環(huán)保退鋅劑濃度與退鋅速度關系（c（H2SO4）為30 g/L）Tab.10 Relationship between c（P66）and the speed of zinc stripping（c（H2SO4）is 30 g/L）

表11 H2SO4濃度與退鋅速度關系（c（P66）為50 g/L）Tab.11 Relationship between c（H2SO4）and the speed of zinc stripping（c（P66）is 50 g/L）

3 環(huán)境和經濟效益討論

表12 對不同鑄鋁鍍前處理工藝的廢氣及廢水治理難易進行了比較。

表12 不同鑄鋁鍍前處理工藝的廢氣及廢水治理難易比較Tab.12 Comparison of waste gas and waste water treatment in different casting aluminum plating pretreatment processes

可以看出，采用P77 環(huán)保除垢劑代替HNO3-HF除垢，采用P66 環(huán)保退鋅劑代替HNO3退鋅，沒有“黃煙”和硝酸酸霧產生，可以節(jié)省排風設備投入，且廢水處理時無需處理離子，降低了廢水處理成本。因此，無硝酸環(huán)保前處理工藝在鑄鋁電鍍上具有良好環(huán)境和經濟效益。

4 結論

（1）采用環(huán)保除垢工藝代替HNO3-HF 體系工藝，徹底解決鑄鋁電鍍前處理工藝“黃煙”污染和危害，確保鑄鋁合金電鍍鍍層擁有良好的結合力。

（2）采用環(huán)保退鋅工藝代替HNO3體系工藝，完全消除傳統(tǒng)退鋅工藝硝酸酸霧污染，保護環(huán)境的同時降低退鋅廢水處理成本。

（3）采用無硝酸環(huán)保前處理工藝可以獲得良好的環(huán)境和經濟效益。