镀锌后浸涂封闭剂对镀层性能影响的研究

赵黎宁， 唐作琴， 曹银春， 吴志勇

(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所， 四川绵阳621900)

镀锌后浸涂封闭剂对镀层性能影响的研究

赵黎宁， 唐作琴， 曹银春， 吴志勇

(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所， 四川绵阳621900)

为进一步提高镀锌层在不同环境下的使用性能，通过摩擦磨损试验、中性盐雾试验，发现镀锌零件在氰化镀锌后增加浸涂封闭剂工序，能有效封闭镀层表面的微孔，提高零件的抗腐蚀能力;同时能降低镀层表面的摩擦系数和摩擦力，从而抑制磨损，能有效提高镀锌层的耐磨、耐蚀性能及产品的抗变色性能，显著延长零件的使用寿命。

封闭剂;盐雾试验;摩擦磨损

引 言

镀锌作为典型的防护性镀层，在电镀工艺中占有重要的地位。目前在国内制造行业中镀锌产量约占电镀总产量的50%左右。该镀种具有工艺简单、操作性好、镀层有良好的经济防腐性能等特点，已广泛应用于航空航天、汽车、摩托车、电子通讯及计算机制造等领域。但是，由于锌镀层的耐磨性能较低，以及在恶劣环境条件下还有待提高的耐腐蚀性能又限制了其进一步应用。为了改善镀锌层的综合性能，人们在镀锌前处理工序、电镀电源、电镀槽液及添加剂等方面进行了多项改进。近年来又在镀锌后处理工艺方面开展了新工艺的研究应用;其中镀锌后浸涂防护剂技术，由于工艺效果明显已逐渐被同行认同［1］。试验发现镀锌封闭剂能有效封闭镀层表面的微孔，提高零件的抗腐蚀能力;同时能降低镀层表面的摩擦系数和摩擦力，从而抑制磨损，显著延长零件的使用寿命。

本文针对镀锌后浸涂封闭剂的工艺进行了研究，分析了镀后封闭对镀层耐蚀性和耐磨性的影响作用，并通过相关试验验证其工艺改进后的效果。

1 实验方法

1.1 镀锌及钝化工艺

工艺流程:有机溶剂清洗→电化学除油→酸洗除锈→氰化镀锌→硝酸出光→六价铬钝化。

镀锌和钝化的工艺条件如下:

1)镀锌:35～40 g/L ZnO;90～100 g/L NaCN;60～70 g/L NaOH;5～10 g/L Na2S;Jκ为 0.5～5 A/dm2;θ为室温;Aκ∶Aa=1∶2。

2)钝化:150～180 g/L CrO3;15～20 g/L H2SO4;25～30 g/L HNO3;θ为室温;t(溶液中5～8s，空气中5 ～8s)。

1.2 试件浸涂封闭剂前处理

1.2.1 镀锌后清洗

镀锌后的零件，必须用流动冷水彻底清洗，并用纯净水作为最后的清洗。目的是彻底去除镀件表面残留的镀液，使镀层表面洁净，不至于因污染而降低镀层的抗蚀性，并且清洁的表面有利于浸涂封闭剂，避免浸涂封闭剂后零件表面发花现象［2］。

1.2.2 烘干处理

零件镀锌后进行烘干处理(50～60℃，10～15min)，不但能使镀层孔隙中残留的水分被完全烘干，利于镀层充分钝化，使镀层的抗变色能力有一定提高，在一定程度上增强镀层与基体的结合力，而且有益于封闭剂的均匀浸涂［3］。

1.3 镀锌后浸涂封闭剂工艺

选择镀锌浸封闭剂工艺的依据来自于镀锌层三价铬钝化工艺，目前民用电子产品和出口电子产品的镀锌零件，因为按照相关规定镀层不能含六价铬，所以锌层钝化都是采用三价铬钝化工艺，但若是在钝化后不进行封闭处理，锌层的耐盐雾能力很差，当采用封闭处理以后，三价铬钝化后的锌层耐盐雾能力有明显提高［1］。通过市场调查，采用了以下两种封闭剂进行实验。301B镀锌钝化封闭剂(外购)，SZ-2003镀锌封闭剂(外购)。

实验的工艺流程:镀锌钝化→浸涂封闭剂前处理→浸涂封闭剂→热风吹干→烘干。

浸涂封闭剂的工艺条件为:

HKS-301B封闭剂 θ浸涂=20～60℃;t浸涂=10～60s;pH=8.0 ～ 9.0;θ烘干=60 ～ 80℃;t烘干=10 ～30min。

SZ-2003封闭剂 θ浸涂=20 ～50℃;t浸涂=30 ～80s;pH=7.5 ～ 8.5;θ烘干=30 ～ 60℃;t烘干=10 ～20min。

1.4 性能测试

将未浸涂封闭剂的试样和分别浸涂了两种封闭剂的试样排列在一起，开展样件的中性盐雾试验，同时取样在CSM精密摩擦、磨损试验机上进行了样件耐磨损试验，所有样件镀锌层厚度选择10～12μm。

盐雾试验参照GB/T1025-1997的要求进行;

摩擦磨损试验方法:采用BO11-on-Disk模式，对磨球为d=6mm的GCr15球，载荷1N，磨损半径:6mm，线速度:6cm/s、角速度 95rad/s、磨损周次:5 000。

2 结果与讨论

2.1 试件涂层的抗盐雾性能

2.1.1 镀锌钝化层涂封闭剂耐盐雾性能试验

图1为镀锌样件浸涂不同封闭剂试样(c)、(b)和未浸涂封闭剂试样(a)的盐雾试验后表面照片。

图1 盐雾试验580h后样片外观

试件经过580h的耐盐雾情况分析，(a)试样出现大面积黑斑，(b)试样出现局部黑斑，(c)试样基本无黑斑，但存在局部钝化膜退色现象。可以看出不同型号的镀锌封闭剂，其耐蚀性能明显不同，浸涂HKS-301B镀锌封闭剂的试样耐盐雾性最优。

2.1.2 中性盐雾试验腐蚀评级

试验结果的腐蚀评级如表1所示。

腐蚀评级说明，三种镀锌试件均满足国军标防腐要求，但浸涂封闭剂可以更进一步提高镀层的防腐蚀性能。

表1 试样NSS试验后的腐蚀评级

2.2 试件涂层的耐磨损性能

摩擦磨损试验是为了考证镀锌件浸涂封闭剂后在一定外力作用下的耐磨损能力。测试结果如图2、图3所示

图2 样品磨损周期内的摩擦系数曲线

图3 样品经磨损试验后产生磨痕的横截面形貌

从图2样品在1N载荷经5 000周次磨损的摩擦系数曲线，可以看出样品b在磨损中有涂层失效过程:在0～500周次过程中，摩擦系数保持在0.2左右，500转后摩擦系数开始突变，达到0.6左右，同时在后期的磨损过程中有多次摩擦系数突变过程。样品a为无封闭剂的样品，体现为基材的磨损特征，摩擦系数在0.6左右。样品c表现出优异的耐磨损过程，摩擦系数平滑且无突变，保持在0.1左右。

样品经过5 000周次的磨损后，利用AMBIOS XP-2 PROFILE METER测试了磨痕横截面形貌。图3为样品经5 000周次磨损后产生磨痕的形貌，可以看出样品C磨损很小，磨痕形貌信息均来自于样品本身表面粗糙度，没有发生明显的磨损，样品A、B经5 000周次磨损后，形成明显的磨痕，经过计算，样品经过5 000周次磨损后的磨痕宽度、磨损率如表2、表3所示。

表2 样品经过5 000周次磨损后的磨痕宽度

表3 样品经过5 000周次磨损后的磨损率

试验结果表明，样品c的耐磨损性能优于样品b及样品a，样品b的耐磨损性能优于样品a，即镀锌钝化层浸涂封闭剂后耐磨损性能得到了显著提高，并且不同的封闭剂其耐磨损性能不尽相同。

3 结论

1)镀锌后浸涂封闭剂可以显著提高镀锌层的耐盐雾性及耐磨损性能;

2)保护剂干燥后膜层透明，对钝化膜的色泽影响不大，能满足使用要求;

3)不同厂家生产的保护剂，其防护性能不同，需通过试验进行选择;

4)零件镀锌钝化后的清洗质量不合格，不但影响镀层的防腐能力，而且不利于浸涂封闭剂。

［1］沈涪.接插件电镀［M］.国防工业出版社，2007:78-86.

［2］王鸿建.电镀工艺学［M］.哈尔滨工业大学出版社，1995:68-72.

［3］李国英.表面工程手册［M］.机械工业出版社，2001:50-55.

Effect of Dipping Sealant on the Performance of Zinc Coating

ZHAO Li-ning，TANG Zuo-qin，CAO Yin-chun，WU Zhi-yong
(Institute of Manufacturing Technology， China Academy ofEngineering Physics， Mianyang 621900，China)

In order to improve the performance of zinc coating under different conditions，tribological and neutral salt spray tests were conducted for the zinc coating dipped with sealant.The results showed that the treatment of dipping sealant after cyanide zinc plating could cover the micropores on the coating surface，and the corrosion resistance and color stability of coating were improved.Meanwhile，the friction force and friction coefficient of coating were reduced，and the service life was extended.

sealant;salt spray test;friction and wear

O643

A

1001-3849(2011)10-0040-03

2011-04-18

2011-05-11