镀锌件返工涂覆锌铬涂层工艺探讨

刘国锋，赵珺，刘剑钊，马旭红

（包头北奔重型汽车有限公司，内蒙古 包头 014030）

镀锌件返工涂覆锌铬涂层工艺探讨

刘国锋*，赵珺，刘剑钊，马旭红

（包头北奔重型汽车有限公司，内蒙古 包头 014030）

锌铬涂覆技术在国内日趋成熟，已被很多制造企业所应用。根据生产现场的需要，通过试验分析，探究出将镀锌零件改制成合格的锌铬涂层零件的工艺案例，解决了镀锌零件上的锌层对锌铬涂层质量的影响问题。采用由硫酸、氯化钠、OP乳化剂组成的酸洗褪锌工艺，须先以抛丸破坏原有锌镀层的完整性，虽成本低，但存在氢脆的危险，不适用于高强度连接件和弹性类零件。采用由氢氧化钠和亚硝酸钠组成的溶液进行碱煮的工艺，适用于所有铁基材料褪锌后涂覆锌铬涂层。2种工艺处理后的零件均满足耐20%硝酸铵快速腐蚀试验时间＞1.5 h的要求。

镀锌件；返工；锌铬涂层；耐腐蚀性

1 前言

锌铬涂覆在20世纪60年代起源于北美，自1993年南京宏光空降厂引入第一条生产线以来，它就以优良的防腐性能、无氢脆、无公害等优点而很快被国内许多制造企业所应用，用来代替原有的镀锌、氧化等标准件，以提高其防腐性能[1]。

镀锌、磷化、氧化零件等不合格品的返工通常是在相应的褪除溶液中除掉表面处理层，再重新进行表面处理。而锌铬涂层件的返工是重新抛丸毛化，处理掉表面的锌铬涂层后，再重新涂覆。但是，若将已经镀锌的零件返工成锌铬涂层，传统的褪除方法和工艺则达不到锌铬涂层的防腐技术要求。因此，本文对镀锌标准件返工时涂覆锌铬涂层的工艺进行探讨，以便使其满足锌铬涂层的防腐技术要求。

2 现状介绍

笔者所在公司于 2006年引进锌铬涂层生产线，2007年完成工艺调整并开始生产，主要产品是一些螺栓紧固件、垫片、管状零件等，生产工艺包括零件抛丸、涂锌铬涂层(二涂二烘，膜厚6.0 ～ 8.6 μm，未封闭涂层的中性盐雾试验时间≥800 h；或者三涂三烘，膜厚8.6 ～ 10.0 μm，未封闭涂层的中性盐雾试验≥1 000 h)。表面附着力采用日本达克罗工业协会标准JDIS K5311中4.4规定的赛璐玢胶带5级标准评定法测定，附着力≥3.5级为合格，以常州达克罗涂覆有限公司推荐的20%硝酸铵快速腐蚀试验来判定其耐腐蚀性[2]。

2009年初，公司采购了大批量的各类镀锌标准件。如今，由于产品整体防腐要求的提高，原来的镀锌标准件已达不到新的产品要求。因此，以防腐性能优异的锌铬涂层代替镀锌防腐是最佳选择。下述为库存的镀锌件返工、涂覆锌铬涂层的工艺试验方案[3]。

(1) 除油：QS-1金属清洗剂2% ～ 3%，50 ～ 60 °C；除尽为止。

(2) 酸洗：硫酸100 ～ 150 g/L，氯化钠30 ～ 50 g/L，OP(乳化剂)5 ～ 10 g/L，室温。

(3) 碱煮：氢氧化钠 400 g/L，亚硝酸钠200 g/L，煮沸20 min。

(4) 抛丸：青岛双星履带抛丸机，钢丸直径0.3 ～0.5 mm，电流10 ～ 15 A。

(5) 锌铬涂覆：以JH-380型锌基铬盐水基涂料浸涂，100 ～ 150 °C预烘10 ～ 15 min，300 ～ 350 °C烧结固化20 ～ 30 min，室温强冷5 ～ 10 min。

(6) 硝酸铵快速腐蚀试验：由于盐雾试验周期时间很长，在生产试验中很难具体操作，因此借用常州(君合)达克罗涂覆有限公司的企业标准 QB/JHST001–2001《水系锌基铬酸盐复合涂层》中7.7规定的快速腐蚀试验，快速判定涂层的耐腐蚀性能。这也是目前国内流行的快速判定锌铬涂层耐腐蚀性能的方法，虽然不能替代盐雾试验，但是通过对照，可以提供一种快速界定锌铬涂层耐腐蚀性能好坏的方法。盐雾试验与硝酸铵试验腐蚀时间对比见表1(以基体不出现红锈为准)。试验采用20%的硝酸铵溶液，(70 ± 2) °C水浴。

表1 盐雾试验与硝酸铵试验腐蚀时间对照Table 1 Correspondence between corrosion time of salt spray test and accelerated ammonium nitrate test

3 镀锌件返工涂覆锌铬涂层工艺试验

3. 1 工艺1

3. 1. 1 工艺流程

除油─水洗(常温)─烘干(60 ～ 80 °C，30 min)─抛丸毛化(8 min)─锌铬涂覆(常规返修方法进行处理)。

3. 1. 2 存在的问题

经过抛丸毛化及锌铬涂覆(两涂两烘)的螺栓等紧固件，涂层表面大面积胀起、起皮，用手摸会掉下片状锌铬涂层，进行20%硝酸铵快速腐蚀试验不到0.25 h，零件就从牙顶出现红锈，之后牙底也产生红锈。显然，该工艺无法满足技术要求。之后，加长了抛丸时间，起皮虽有所减轻，但未能从根本上解决问题。

3. 1. 3 原因分析

经过分析现场试验零件后认为，螺栓起皮的主要原因，一是锌的熔点(420 °C)较低，在150 °C以上有较大的延展性。锌铬涂层经过310 ～ 330 °C的烘烤烧结后强冷，会使金属基体暴露出来；二是未抛净镀锌层的钝化膜在高温烘烤下失去结晶水，从而变脆、开裂，使膜层胀起、起皮，露出金属基体。露出金属基体的锌铬涂层件在硝酸铵溶液中更易发生电化学腐蚀，在一定程度上加快了零件的腐蚀速度。

鉴于以上原因，在返工工序中怎样除去镀锌层成为返工是否合格的关键，它将直接影响到之后的锌铬涂层的防腐性能。因此，试验了 2种褪锌手段──碱性褪锌和酸性褪锌。

3. 2 工艺2

3. 2. 1 工艺流程

除油─水洗(常温)─酸洗(10 min)─水洗(常温)─烘干(60 ～ 80 °C，30 min)─抛丸(8 min)─锌铬涂层(二涂二烘)─检验。

3. 2. 2 试验结果

经此返工，零件表面为正常的银白色，锌铬膜层厚度平均达到了6.12 μm，膜层附着力＞3.5级，合格。但20%硝酸铵快速腐蚀试验时间仅为45 min，远远低于1.5 h的工艺要求。

为了改善工艺质量，除了严格控制涂液浸涂黏度、甩干时间、烘烤温度和烘烤时间外，还将酸洗时间调到了15 min。但所得锌铬涂层的快速腐蚀时间都未能突破1 h。原因应该是锌层未能彻底清除干净。但酸洗时间不能无限期延长，否则，一来会腐蚀紧固件基体，二来容易发生氢脆。工艺2的试验以失败告终。

3. 3 工艺3

为了能够完全除去镀锌层，吸取了上述经验和教训，决定先破坏镀锌膜的完整性，然后酸洗。确定的工艺流程为：除油─烘干─抛丸(8 min)─酸洗─水洗(室温)─烘干(60 ～ 80 °C，30 min)─抛丸(5 min)─锌铬涂层(二涂二烘)─检验。

从一批200件M20螺栓中任取3件，在其螺纹端端面分别打上编号为A、B、C。在第二次抛丸后，用测厚仪在螺栓六角端头面任取 5个点测出抛丸后的空白厚度，并取平均值。经二涂二烘后，找出该 3个零件，按同样的方法，以德国Fischer镀层测厚仪测试其厚度。厚度测试结果如表2所示。

经以上工艺处理后，试件表面呈银灰色，膜层厚度处于6.0 ～ 8.6 μm(两涂两烘)的范围之内，附着力测试值＞4级，符合工艺要求。按标准用20%硝酸铵做快速腐蚀试验，时间大于1.5 h，达到公司技术参数要求。以上数据证明，此工艺返工能满足锌铬涂层现行工艺要求，方法可行，且适合大批量生产。但此工艺在返工中加入了酸洗，有可能增加氢脆。所以对高强度连接件、弹性类零件的返工，应慎用。虽然在高温烘烤涂层时，在理论上也有除氢效果，但仍有发生氢脆的风险。

表2 试样按工艺3涂覆锌铬涂层前后厚度测试结果Table 2 Thickness test results of the samples before and after coating zinc chromate coatings based on process III

3. 4 工艺4

工艺3虽然能够解燃眉之急，但对有弹性垫片和一些强度要求较高的零件而言，仍有发生氢脆的风险。为此重新配制了碱煮槽进行碱性褪锌，工序为：碱煮─水洗(工业，室温)─烘干(80 ～ 100 °C，30 min)─抛丸(8 min)─锌铬涂层(两涂两烘)─检验。

本次试验从150件批次的垫圈( 符合GB/T 7244–1987《重型弹簧垫圈》标准)M30中取3件，编号1、2、3，并在垫圈平面上打编号标记。厚度测试也是在垫圈平面上任意取 5个点。试样涂覆锌铬涂层前、后厚度测试结果见表3。

表3 试样按工艺4涂覆锌铬涂层前后厚度测试结果Table 3 Thickness test results of the samples before and after coating zinc chromate coatings based on process IV

上述工艺处理后，试件表面呈银灰色。将这 3件垫圈分别进行胶带试验，附着力均＞4级，以20%硝酸铵进行快速腐蚀试验，耐腐蚀时间大于1.5 h，达到公司规定的技术参数要求。该工艺既能满足防腐技术要求，又适合大批量生产，而且返工中没有酸洗工序，无氢脆缺陷。但工艺中碱煮需要加温，增加了操作的复杂性。

4 结语

工艺3和工艺4中，镀锌件返工涂覆锌铬涂层完全符合锌铬涂层的技术要求，且可进行大批量生产。对于工艺3，其操作简单，不需加温，费用较低，一般的企业都可操作。但它不适合强度要求高的连接件和弹性类零件，而且如果酸洗时间掌握不好，易腐蚀零件。工艺4适合于所有铁基褪锌后锌铬涂层的处理，尤其适合于一些高强度的弹性零件和怕腐蚀的零件。但该工艺的缺点是需要加温，能源消耗大，较难操作。

[1] 张伟明. 达克罗──当今世界表面处理的高新技术[J]. 材料保护, 1995, 28 (8): 19-20.

[2] 肖合森. 达克罗处理的检测方法[J]. 电镀与涂饰, 2004, 23 (1): 45-48.

[3] 肖合森. 达克罗(DACROMET)在我国轿车工业的应用[J]. 电镀与涂饰, 1998, 17 (4): 25-27.

Research on process for reworking the galvanized workpiece by zinc chromate coating technique //

LIU Guo-feng*, ZHAO Jun, LIU Jian-zhao, MA Xu-hong

Zinc chromate coating technology is getting mature in China, and has been applied to many manufacture corporations. A case for modifying zinc-plated parts to eligible zinc chromate coated parts was given by testing and analysis, based on the requirement of production locale. The influence of zinc deposit on zinc-plated parts on the quality of zinc chromate coating was resolved. The process based on pickling with H2SO4, NaCl, and OP emulsifier for removing zinc deposit needs to destroy the zinc deposit previously by shot blasting, and has a risk of hydrogen embrittlement in despite of low cost, hence is not suitable for high-strength connectors and elastic components. The process based on alkaline boiling with NaOH and NaNO2can be applied to removal of zinc deposits from all iron-based materials for further zinc chromate coating. The parts treated by both processes can endure more than 1.5 h in accelerated corrosion test with 20% NH4NO3solution.

galvanized workpiece; reworking; zinc chromate coating; corrosion resistance

Baotou Bei Ben Heavy-Duty Truck Co., Ltd., Baotou 014030, China

TG174.45

A

1004 – 227X (2011) 11 – 0065 – 03

2011–06–17

2011–07–11

刘国锋（1979–），男，甘肃天水人，本科，工程师，主要从事材料表面前处理、电镀和涂装等技术、工艺研究。

作者联系方式：(E-mail) xbleopard@yahoo.com.cn，(Tel) 13947288177。

[ 编辑：韦凤仙 ]