镀锌零件外观缺陷原因分析和改进

焦莎，于建政，万冰华，徐喜刚

（1.航天精工股份有限公司，天津 300300；2.天津市劳动保障技师学院，天津 300000）

某氯化钾挂镀锌彩色钝化零件在存储过程中表面变暗、局部发黑，钝化膜颜色不均匀(见图1a)，尾部盲孔及其附近有严重的腐蚀现象(见图1b)。该零件的表面处理加工流程为：除油→水洗→活化→水洗→挂镀锌→水洗→出光→水洗→钝化→水洗→干燥→检验。本文对造成上述外观缺陷的原因进行分析，并通过试验加以验证，提出了相应的改进措施。

图1 缺陷产品(a, b)与合格产品(c)的外观Figure 1 Appearance of defective products (a, b) and qualified products (c)

1 问题定位

从现场了解到，库房产品用泡沫纸包装后放于塑料袋中，再用订书针密封(如图2所示)。每个塑料袋中都有缺陷产品，占比约33%。产品都是检验合格后才出厂发给客户，并经客户检验合格后入库，故外观质量问题应该发生在存放过程中。主要原因有产品清洗后未彻底干燥，包装方式不当，以及库房存放环境不佳。

图2 产品的包装方式Figure 2 Packaging method for the products

2 试验验证与分析

2.1 盲孔及其周围腐蚀问题的分析

通过针管用清水冲洗零件盲孔内部，发现有黄色液体流出，说明孔内有槽液残留。经了解，产品在加工过程中的干燥时间仅2 ~ 5 min，这么短的时间并不能将盲孔内水分彻底烘干，这为腐蚀埋下了隐患。

2.2 产品变色、局部发黑问题的分析

为确定造成产品变色和局部发黑问题的原因，取带盲孔产品，先用针管吸掉孔内水分并烘干，再通过改变包装方式和存放环境进行第一轮试验，共8组，每组2个平行试样，结果见表1和图3。

表1 第一轮验证试验的内容Table 1 Scheme of the first round of verification experiments

图3 第一轮试验后产品的外观Figure 3 Appearance of the products obtained at the first round of experiments

从表1和图3可以看出，无论如何包装，产品在自然环境下存放2.5个月都无外观异常现象。但在温度60 °C、相对湿度95%的湿热环境下存放192 h后，产品表面均发生了不同程度的变化：未包装产品表面发生了不均匀变色，略暗；只用泡沫纸包装的产品都有较严重的黄色或黑色锈点，在泡沫纸外套上纸盒后锈蚀情况减轻；泡沫纸外套上塑料盒后产品未发生锈蚀，但存在不均匀变色现象。

由第一轮试验结果可知，白色泡沫纸包装及存放环境对产品外观有较大的影响，于是设计了第二轮试验，共7组，每组2个平行试样，结果见表2和图4。

表2 第二轮验证试验的内容Table 2 Scheme of the second round of verification experiments

图4 第二轮试验产品外观Figure 4 Appearance of the products obtained at the second round of experiments

由表2和图4可知，盲孔未烘干的产品在室内自然环境下储存2个月外观无明显变化，但盲孔周围出现黑斑，这是盲孔中残留的槽液破坏钝化膜所致。未包装产品在湿热环境中暴露1个月后局部出现小白点，此为钝化膜脱落现象，表明未烘干产品的钝化膜与镀层结合力较差。烘干完全的产品用油麻纸包装或油麻纸+塑封袋包装或真空包装后，在湿热环境中存放1个月都无异常，这与第一轮的泡沫纸效果相反，说明镀锌产品不宜用泡沫纸之类的有机塑料纸包装。烘干完全的产品浸水后用自封塑料袋包装，在有光照的自然环境中存放2个月表面颜色变淡，说明钝化膜的耐光性不佳，应避光储存。将烘干的产品浸在室温的水中20 d，局部出现腐蚀黑点和黄色无光泽水印，说明钝化膜在潮湿环境中时耐蚀性显著降低。

2.3 分析与讨论

2.3.1 包装和储存条件对钝化膜变色的影响

镀锌产品表面钝化膜中有很多微孔，一些产品甚至存在较深的盲孔，微孔和盲孔中往往含有酸性液体。如果用不透气的塑料纸或塑料袋密封包装，在长期存放过程中(尤其是夏天时)，水分蒸发，使零件处于酸性气氛中，导致钝化膜发生变色或腐蚀[1-2]。这也印证了用油麻纸包装后产品表面变色和腐蚀现象得到明显改善的事实。

2.3.2 镀层晶格结构对钝化膜变色的影响

氯化钾镀锌是通过光亮剂附着在工件表面作为晶核进行结晶的，因此镀层晶格结构为层状结构。也就是说，镀层的层与层之间存在镀锌光亮剂的有机薄膜，而这层有机膜在空气中极不稳定，在冷热、光照等环境条件下容易分解，造成镀锌层钝化膜变色并失去光泽[1-3]。

另一种钝化膜变色原因的解释为：氯化钾镀锌层中夹杂的有机物较多，这些有机物促使钝化膜中的六价铬转化为三价铬。高电流密度区的有机物夹杂比低电流密度区更严重，因此高电流密度区的变色更明显[1-4]。另外，夹杂的有机物种类不同，产生的三价铬颜色也会有差异，这解释了产品表面不均匀变色和耐蚀性变差的现象。

3 改进和预防措施

3.1 清除盲孔中的残留积液

如图5所示，为避免出光后盲孔内残留的出光液污染后道工序的钝化液，用自制水枪冲洗盲孔后才钝化，钝化完并水洗后再用自制水枪冲洗盲孔，接着用注射器吸出盲孔内的积液(如图6所示)，再通过压缩空气将产品吹至表干，最后在60 °C的烘箱中放置30 min。

图5 用自制水枪冲洗盲孔Figure 5 Rinsing the blind vias with home-made water gun

图6 用注射器吸出盲孔内积液Figure 6 Drawing the residual solution from the blind vias with a syringe

3.2 增加盲孔干燥度和清洁度的检测

为保证盲孔内彻底清洁和干燥，交检时增加盲孔干燥度和清洁度检测项目。如图7所示，将pH试纸卷成细棒，插进盲孔内并旋转2 ~ 3圈，拉出后观察pH试纸。若pH试纸未浸湿，也无红褐色现象，说明产品盲孔干燥度和清洁度合格。若pH试纸被浸湿，并且pH在6 ~ 8范围内，则只需继续烘干至彻底干燥；若pH超出6 ~ 8，则要重新用自制水枪冲洗，直至合格。

图7 用pH试纸检验盲孔内的干燥度和清洁度Figure 7 Checking the dryness and cleanliness inside the blind vias with a pH paper

3.3 改善包装和存放环境

镀锌产品应先采用透气性良好的软纸包装，再置于有孔的塑料箱或纸盒中，并存放于通风良好的干燥环境中，避免用塑料纸或泡沫棉之类的材料包装。

3.4 改善装配使用环境

镀锌产品钝化膜对酸碱和油性环境极为敏感，因此在检验、装配过程中应配戴干净的手套，避免赤手接触零件，防止汗液、油渍污染钝化膜。

3.5 避免有机物残留

严格控制镀锌槽中光亮剂的浓度，定期用活性炭处理镀液中被分解的小分子有机物。产品从镀锌槽中取出后，应采用逆流漂洗清除表面残留的有机光亮剂薄膜。

4 结语

采取上述措施后，产品在储存过程中外观保持良好，未发现有上述不良现象。

在产品加工和存放过程中，忽略任何一个细节都可能会导致质量问题。因此，预先识别过程质量风险，采取有效预防措施极其重要。