深孔零件镀锌及常见故障处理

（中国空空导弹研究院，河南 洛阳471009）

0 前言

氰化物镀锌工艺在军工产品零部件上被广泛使用。然而，零件本身存在缺陷或槽液故障等都会对加工质量造成一定的影响，从而影响镀层性能。本文结合实际工作中存在的问题，对加工中容易出现的问题及排除方法进行探讨。

1 深孔零件镀锌工艺及加工难点

对于深孔电镀而言，由于镀液本身的深镀能力存在一定的局限性，所以采用常规的电镀方法无法保证内孔的镀层厚度。国家标准、行业标准中都有明确的规定：直径或宽度不大于10 mm的盲孔或槽、缝，其深度不小于直径或宽度1倍时，允许无镀层；小于1倍时，镀层厚度不做要求。宽度不大于10 mm的直通孔，其深度不小于直径或宽度2倍时，允许无镀层；小于2倍时，镀层厚度不做要求。对于直径20 mm的钢球接触不到的零件表面，镀层厚度不做要求。对于有特殊要求的镀层，应采取相应措施进行保证。

由于使用环境的特殊性，有些零件设计要求必须保证内孔有完整的镀锌层，而且厚度必须保证在一定的范围内。以本单位某产品零件为例，材料为30Cr MnSi A，零件如图1所示，属于典型的深孔零件。设计图纸要求为表面镀锌8～12μm。由于零件内孔比较深，采用常规电镀方法无法保证内孔镀层的完整性。零件在使用中所处的工作环境比较恶劣，内孔出现锈蚀现象，要求内孔必须有镀锌层。该零件的内孔比较粗糙，这给内孔电镀带来更大的困难。

图1 深孔零件示意图

另外，在电镀过程中，我们也发现了一些问题是由于槽液维护不好、工艺掌握不到位而导致的，如镀层发暗、沉积速率慢等。结合该零件的实际情况进行了试验，最终解决了故障，并取得了一些加工经验。

2 设计合理的工装，解决内孔电镀的难点

2.1 设计制作内阳极，解决内孔电镀问题

根据该零件的实际形状，我们采取的解决办法是设计合理的辅助阳极，如图2所示。内阳极的材料为不溶性的铅棒。为了保证内阳极在零件的正中心，保证内孔镀层均匀，设计了由绝缘材料组成的中心固定座。这样做还有一个好处，就是防止零件与阳极棒接触而导致零件烧伤。在电镀过程中，为了保证零件上下端面镀层的不粗糙及内孔镀层的完整性，还需要上下移动阳极棒。

图2 零件装夹示意图

2.2 冲击电流进行冲击镀

针对零件内孔比较粗糙、电镀时析氢严重、难以沉积镀层的问题，在电镀开始时采用冲击电流进行冲击镀，然后采用正常电流电镀的方法进行解决。冲击镀可以提高氢在基体金属上的过电位，消除基体粗糙度过大对镀液分散能力和覆盖能力的不良影响，从而保证内孔能在短时间内得到均匀的镀锌层。

通过对以上这两种方案的优化，成功地解决了该零件的内孔镀锌问题，厚度经检测达到设计图纸的要求，保证了零件的加工质量。

3 镀锌过程中常见故障处理

在电镀过程中，经常会出现一些质量问题，如内孔镀层起皮，耐蚀性差；表面镀层发暗，镀液的沉积速率慢；镀层出现小黑点，钝化膜发雾等。结合实际工作经验，对存在的问题进行汇总与分析。

3.1 加强前处理，解决镀层起皮、结合力不良的故障

对于零件在镀锌过程中出现的镀层起皮问题，主要原因是零件内表面的油污、氧化锈蚀物未清理干净。该零件外表面为加工面，内表面为非加工面，比较粗糙，沟纹较深，再加上零件在电镀前经过热处理，表面有热处理氧化物的存在，采用常规办法进行处理时，部分零件表面的油污、氧化锈蚀物未清理干净，导致镀层起皮、结合力不良。为此，我们进行了工艺优化，并取得了明显的效果。

3.1.1 常规前处理工艺流程

3.1.2 改进后的前处理工艺流程

3.1.3 流程改进说明

常规前处理中通过有机溶剂擦洗除油，除掉了非皂化油脂。在改进后的工艺流程中，利用超声波振荡原理，使除油溶液在除油过程中产生振荡，即液体内部某一瞬间压力突然减小、接着的瞬间压力突然增大，如此不断反复。在压力突然减小时，溶液内产生许多真空的、很小的空穴，溶解在溶液中的气体会被吸入空穴中并形成气泡。小气泡形成的瞬间，由于压力的增大，气泡被溶解，并产生冲击波，这种波能使油污脱离工件表面。气泡破裂瞬间，还会产生瞬间高温高压，加速液体内部的搅拌和对流，增强除油效果，同时还对零件表面的锈蚀物有一定的松动作用，有利于后续除氧化物。

安装内部辅助阳极之后再进行电解除油，通过提高内孔溶液的流动性及导电性，大大提高了零件内部的除油效果。

通过以上改进，解决了内孔油污、锈蚀氧化物不易去除的难题，解决了镀层起皮、结合力不良的故障。

3.2 加强槽液维护，解决镀层沉积速率慢、出现小黑点的故障

电镀质量的好坏与槽液维护有直接关系。如果槽液维护得好，对于加工质量、生产效率都可起到事半功倍的效果。在氰化物镀锌过程中，也出现了由于槽液维护不好、工艺掌握不到位而出现的诸如镀层发暗、沉积速率慢的故障。

在故障出现之初，我们认为是电源或槽液成分的问题。可是更换电源及化验调配槽液，问题都没有解决。后来，通过工艺试验，终于发现是因为槽液中碳酸盐及重金属铅离子积累过多造成的。为此，我们进行了槽液大处理，解决了槽液故障问题，从而彻底解决了镀层发暗、沉积速率慢的故障，保证了加工质量。

3.2.1 碳酸盐及重金属铅离子的来源

在氰化物镀锌液中，一般不含有碳酸盐及重金属铅离子。但在电镀过程中，由于氰化物的分解、氢氧化钠与空气中氧元素的作用，会不断积累生成碳酸盐。当碳酸盐的质量浓度超过80 g/L时，就会对镀层产生不良影响。重金属铅离子主要是由于所使用的阳极板及化学药品不纯带来的。

3.2.2 碳酸盐及重金属铅离子对镀锌质量的影响

碳酸盐积累过多时，会使镀液的黏度增大，导电性降低，阳极板出现钝化，从而导致零件按正常电流电镀无法得到理想的镀层，沉积速率慢，沉积不上镀层，镀层发灰、发暗。

重金属铅离子积累到一定量时，镀层出现小黑点，钝化后呈现土黄色，镀层的耐蚀性下降。

3.2.3 碳酸盐及重金属铅离子的去除

通过试验，确定了碳酸盐及重金属铅离子的去除方法，应用于日常槽液的维护管理，效果非常明显，而且这一成果也获得了河南省QC质量改进一等奖。

3.2.3.1 碳酸盐的去除工艺

我们通过工艺试验，最终决定用沉淀法去除碳酸盐。采用这种方法不仅效果明显，而且操作非常简单。所谓沉淀法，就是向镀液中加入氢氧化钡，使之与碳酸盐充分反应，从而生成碳酸钡沉淀。

3.2.3.2 重金属铅离子的去除工艺

采用硫化钠沉淀法去除重金属铅离子，即向镀液中加入硫化钠，使之与铅离子充分反应，从而生成硫化铅沉淀。

3.3 钝化膜发雾故障去除

镀锌层经过重铬酸盐钝化处理以后，其耐蚀性得到大幅度提高。但如果在加工过程中掌握不好，或者钝化液出现故障，钝化膜就容易出现发雾、脱落等问题，严重影响镀层的耐蚀性。在氰化物镀锌加工中，就出现过这类故障。通过工艺试验，更换了部分钝化液、改进了钝化工艺时间，解决了质量问题。具体做法如下：

（1）通过化验，更换2/3的陈旧钝化液，降低钝化液中三价铬离子的质量浓度。

（2）镀锌零件除氢后，镀层表面清洗干净（在10～30 g/L的稀硫酸溶液中光化），经去离子水洗干净后再进行钝化处理。

（3）严格按周期化验调配钝化液，严格控制钝化液中锌离子与三价铬离子的质量浓度。

（4）钝化时间严格控制在5～15 s之间，钝化液的温度严格控制在10～35℃之间。此外，在加工过程中，还必须将零件不断晃动，这样不仅可以防止零件之间互相黏附，还可以比较均匀地形成钝化膜。钝化后不要立即进行水洗，而应在空气中停留5～10 s，使之老化。在钝化膜未干燥时，不能用大水冲洗，冲洗时间也不宜过长，防止六价铬溶解。

（5）钝化后最好能在60℃左右的热水中烫干零件，然后及时吹干零件表面的水渍。

我们采取以上几点措施，取得了明显的效果，解决了深孔零件镀锌钝化膜发雾、脱落的问题。

4 结论

通过以上工艺改进，解决了深孔零件在氰化物镀锌加工过程中出现的一些质量问题，达到了设计图纸要求，满足了镀层的特殊要求，取得了明显的效果。