铁基粉末冶金镀锌工艺

刘虹驿，郑微

（烟台东星集团有限公司，山东 烟台 264000）

铁基粉末冶金是以各种金属粉末为原料，经过磨具压制成型，再通过高温烧结获得毛坯件，接着进行热处理、抛丸、喷砂等工序所得的成品，近几年被广泛应用于机械制造中的齿轮、含油轴承等零件。镀锌是铁基粉末冶金件的常用表面防腐技术。但铁粉和其他金属粉末在压制成型过程中产生了大量的孔隙，这给铁基粉末冶金件的电镀带了不少困难。因此，铁基粉末在电镀前必须进行封孔，以保证电镀过程中溶液不渗入基体孔隙，以及电镀后的装配过程中不会出现“吐酸”等不良故障。

1 粉末冶金镀锌工艺的选择

粉末冶金在压制成型过程中产生大量孔隙，在选择镀锌工艺时可根据其压制后的密度来决定。压制密度高的粉末冶金可以选择碱性锌酸盐体系，压制密度低的粉末冶金则选择氯化钾体系。笔者所在公司的铁基粉末冶金压制后的密度为(6.95 ± 0.05) g/cm3，因此选择氯化钾体系镀锌工艺。

2 镀锌工艺流程

封孔→抛丸→超声波去灰→热水洗→冷水洗→活化→冷水洗→纯水洗→氯化钾镀锌→冷水洗→热水洗→冷水洗→出光→冷水洗→蓝白钝化→冷水洗→冷水洗→封闭→吹干→烘干→检验包装[1]。

2.1 封孔

分别采用浸熔融硬脂酸锌、水蒸气氧化和浸渗有机树脂3种封孔工艺。

2.1.1 浸熔融硬脂酸锌

硬脂酸锌是白色轻质粉末，熔点130 °C，自燃点900 °C，不溶于水。将硬脂酸锌粉末置于铁槽中，加热至180～200 °C并保温，将铁基粉末冶金件浸入其中20～30 min，由于毛细作用，液态硬脂酸锌会逐渐渗入粉末冶金件孔隙中。注意加热时温度不能超出硬脂酸锌的自燃点，以免引起火灾。

2.1.2 水蒸气氧化

水蒸气氧化是将粉末冶金件置于580～600 °C蒸汽炉中处理1～4 h，使其外表面氧化生成连续、致密的Fe3O4膜，从而起到阻塞外表孔隙的作用[2]。笔者在试验时发现，随水蒸气氧化处理时间延长，零件表面硬度升高，同时脆性增大，在组装过程中容易出现断裂问题。最终选择处理温度为600 °C，处理时间为1 h。

2.1.3 浸渗有机树脂

将粉末冶金件置于甲基丙烯酸酯类物质组成的树脂中，在常温常压下浸泡1 h，令树脂渗入粉末冶金件的孔隙。浸渗完要用热水固化，再抛丸、电镀。由于该树脂不耐强酸和强碱，因此采用该法封孔的零件不能采用强碱除油、强酸酸洗以及碱性镀锌[3]。

2.2 抛丸

为了去除零件封孔时表面产生的凝固物，同时作为机械封闭法精准关闭外表孔隙。抛丸时应根据零件形状、厚度以及客户要求的表面粗糙度来选择钢砂粒径和抛丸时间。本工艺选用粒径为0.6 mm的钢砂作为磨料，滚抛处理10 min。

2.3 超声波去灰

粉末冶金件不存在表面涂油的问题，所以无需脱脂，直接通过超声波处理抛丸留下的灰尘和砂砾即可。本工艺采用pH = 8的弱碱性去污剂超声处理5 min。

2.4 活化

零件在电镀过程中会产生浮锈，尤其是夏季，零件经过超声波处理后裸露在空气中极易生锈，必须用弱酸除去表面浮锈，再迅速过纯水洗后电镀。由于本工艺的粉末冶金件C质量分数低于0.9%，酸洗时间不宜过长，否则容易洗出碳灰。最终选择用体积分数为0.5%的盐酸处理10～30 s。

2.5 镀锌

硼酸(30 ± 10) g/L，氯化钾(250 ± 20) g/L，氯化锌(65 ± 5) g/L，pH 5.5 ± 0.7，温度(25 ± 5) °C，电流密度1 A/dm2，时间(40 ± 10) min。

2.6 蓝白钝化

采用体积分数为(4 ± 1)%的ST-500HQ三价铬蓝白钝化液(由上海涤宝公司生产)，pH 2.5 ± 0.5，温度(25 ± 5) °C，时间(25 ± 5) s。

2.7 封闭工艺

采用体积分数为30%的水溶性有机树脂封闭剂，温度(25 ± 5) °C，时间10～40 s。

2.8 烘干

采用烘干炉固化，温度70～90 °C，时间5～10 min。

3 镀锌产品性能

表1示出了采用不同封孔工艺时镀锌铁基粉末冶金零件的照片、返黑斑情况和不良品率。可见未封孔就进行镀锌时不良品率达100%。因此，铁基粉末冶金件镀锌前必须进行封孔。通过浸渗有机树脂进行封孔时产品合格率最高。

表1 采用不同封孔工艺时所得镀锌产品的外观和不良品率 Table 1 Appearance and defect rate of zinc-electroplated products when using different sealing processes

4 结语

通过浸渗有机树脂对铁基粉末冶金件进行封孔能够很好地解决镀锌后返黑斑的问题。虽然合格率未能达到100%，但可通过增加浸渗次数来提高封孔效果，也可以在蓝白钝化前增加超声波清洗，彻底清洗零件表面残留溶液，从而保证产品的合格率。