電鍍后處理注意事項(xiàng)
一、序
電鍍后處理和鍍前處理在生產(chǎn)中占有極其重要的地位，許多采用表面電鍍技術(shù)制造出的產(chǎn)品，出現(xiàn)不良決大多數(shù)都是因?yàn)榍疤幚砗湾兒筇幚聿划?dāng)造成的，有關(guān)前處理的知識(shí)大家從各種渠道都有所了解，但對(duì)鍍后處理還沒有文章進(jìn)行過系統(tǒng)的論述，今天我們平臺(tái)就與大家探討一下電鍍后處理。
由于各種鍍層的性能及用途不同，鍍后處理的目的和方法有較大的差別，但是鍍件經(jīng)過鍍后處理以后，應(yīng)該達(dá)到以下幾點(diǎn)的要求，才能保證鍍后處理工程的質(zhì)量。
①經(jīng)過鍍后處理的鍍層表面不應(yīng)有鍍液遺留，不污染鍍層，使鍍層呈現(xiàn)其金屬本色。
②對(duì)于裝飾性鍍層，經(jīng)鍍后處理后要保持原來的光澤與色彩，并且要能維持永久不脫色、變色，以滿足用戶的觀賞需要。
③對(duì)于防護(hù)性鍍層既要滿足防護(hù)性能的要求，也要保持其金屬光澤，即在保護(hù)其外觀的情況下，要能達(dá)到鹽霧試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)及日照試驗(yàn)等的要求。
④對(duì)于要求有良好導(dǎo)電性能并用于電器設(shè)備的鍍層應(yīng)符合產(chǎn)品對(duì)接觸電阻的技術(shù)要求，并且還要具有良好的抗色變能力。
⑤對(duì)于焊接鍍層(如鉛—錫合金、鋅—錫合金等)要保證鍍層表面不受氧化，并滿足產(chǎn)品的可焊性要求。
⑥對(duì)于以高強(qiáng)度鋼為基體材料的鍍件或?qū)B氫敏感的鍍層，鍍后應(yīng)進(jìn)行除氫處理，防止氫脆出現(xiàn)。
其實(shí)，鍍后處理的主要目是為了提高鍍層的耐腐蝕性能；保持鍍層原有的特性不變化。其中最主要的鍍后處理方式是除氫處理和鈍化保護(hù)處理。為了提高鍍層的抗腐蝕與耐鹽霧性能，一般都要同時(shí)進(jìn)行除氫和鈍化處理，有些還需要涂有機(jī)膜（光油，電泳柒），如鍍鋅件目前一般要經(jīng)過除氫和化學(xué)鈍化處理，仿金電鍍要經(jīng)過化學(xué)鈍化和涂有機(jī)膜處理等。
二、電鍍后處理的種類
1．除氫處理
除氫對(duì)于電鍍產(chǎn)品是非常重要的，因?yàn)樵陔婂凅w系中，被鍍金屬離子在陰極上得到電子，氫離子也同樣會(huì)得到電子，生成原子態(tài)的氫，滲透到金屬鍍層內(nèi)部，使鍍層產(chǎn)生疏松，當(dāng)放置一段時(shí)間后，原子態(tài)的氫會(huì)結(jié)合生成氫氣而體積膨脹，這樣就導(dǎo)致鍍層產(chǎn)生針孔、鼓泡甚至脫落等不良缺陷，如果滲透到基體還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)構(gòu)件的氫脆現(xiàn)象，特別是對(duì)于高強(qiáng)度鋼，一旦滲氫容易導(dǎo)致構(gòu)件的脆斷。因此，電鍍后要在一定的溫度下熱處理數(shù)小時(shí)，以驅(qū)除滲透到鍍層下面或者基體金屬中的氫。
相對(duì)于鈍化保護(hù)處理來說，除氫處理的方法比較單一和簡單，一般都是采用熱處理的方式把原子態(tài)的氫驅(qū)逐出來，對(duì)于常用的鍍鋅構(gòu)件，一般是在帶循環(huán)送風(fēng)的烘箱中，220℃恒溫條件下保溫2小時(shí)，這個(gè)工序一般是在鈍化之前，這樣不會(huì)造成由于驅(qū)氫而導(dǎo)致鈍化層的破裂。不銹鋼化學(xué)鍍鎳后經(jīng)過400℃，1.5h的熱處理，可以顯著提高其硬度，降低脆性。Fe-Mn合金鍍層經(jīng)過100℃、150℃、200℃，1.5h的除氫處理后，拉伸結(jié)合強(qiáng)度分別提高了49.5%、75.5%和121.8%，可見，除氫處理對(duì)于提高鍍層的性能具有重要作用。
1、1一般除氫方法
（1）將需除氫的鍍件放在烘箱內(nèi)（最好放在真空爐內(nèi)），或在熱油中（適用于鍍硬鉻件），在200~250℃下處理3H以上。
（2）熱油中除氫能獲得與在烘箱中除氫具有同樣的效果，由于其受熱均勻，對(duì)鍍層還具有填充孔隙的作用，有利于提高鍍層的防護(hù)功能，對(duì)設(shè)備要求也簡單。
1、2根據(jù)工件要求提出除氫方法
比如鍍硬鉻，在鍍硬鉻時(shí)由于電流效率過低，只有13%~18%，大部分電流消耗在氫的析出上，氫容易擴(kuò)散到鍍層和基體金屬的晶格中，滲氫較為嚴(yán)重，從而引起疲勞強(qiáng)度的降低，影響動(dòng)、靜負(fù)載強(qiáng)度，故在設(shè)計(jì)中應(yīng)提出鍍鉻后除氫處理的要求。經(jīng)除氫處理之后可去除滲入鍍層和基體中60%~70%的氫，從而大大減輕了脆性而不會(huì)降低其硬度。
1、3熱油代替在烘箱內(nèi)除氫
鍍鉻的電流效率很低，因而鍍層孔隙率較高，且鍍層極易鈍化，同時(shí)由于鋼鐵件表面的鉻層優(yōu)勢(shì)陰極性鍍層，當(dāng)鍍層厚度較薄時(shí)極易引起銹蝕。為改善這一缺陷環(huán)節(jié)，可采取熱油除氫代替在同樣工藝條件下的烘箱中除氫工藝。實(shí)踐證明，該工藝方法既可保持工件各部分的溫度均勻，達(dá)到完整的除氫效果，又可有效想鉻層的孔隙、裂縫中填充油脂，從而提高了鉻層的防護(hù)能力。
1、4除氫溫度不能太高
比如，鍍鋅后，除氫是采用加熱的方法將氫從金屬中趕走的。除氫的功效與除氫的溫度、保溫時(shí)間的長短有關(guān)。除氫的溫度越高，時(shí)間越長，除氫就越徹底。但不能超過250攝氏度。因?yàn)樵谶@個(gè)溫度下鍍鋅層的結(jié)晶組織會(huì)變形、發(fā)脆、抗蝕性能下降。
1．5除氫時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（1）工件的使用安全系數(shù)。安全重要性大的工件，應(yīng)適當(dāng)延長除氫時(shí)間。
（2）工件的幾何形狀和截面積。帶有容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的缺口、小角度等細(xì)小、較薄的工件應(yīng)加強(qiáng)除氫。
（3）工件的滲氫程度。在表面處理中產(chǎn)生氫多、處理時(shí)間長的零件，應(yīng)加強(qiáng)除
（4）工件使用中的受力性質(zhì)。當(dāng)零件受到高的張應(yīng)力作用時(shí)應(yīng)加強(qiáng)除氫，只受壓應(yīng)力時(shí)不會(huì)產(chǎn)生氫脆。
（5）除氫前必須保持鍍層表面清潔，除氫應(yīng)在鈍化前處理，以保證除氫效果和鈍化層的質(zhì)量。
（6）除氫應(yīng)保證時(shí)間連續(xù)，不可中間停止。盡可能等烘箱降至室溫時(shí)，再開烘箱取出零件。
（7）零件電鍍后盡量不要返工。如不得已要電鍍，可用堿性溶液退掉鍍層，并在電鍍后延長除氫時(shí)間。
（8）除氫處理應(yīng)在電鍍后3小時(shí)內(nèi)進(jìn)行。
通過上面的介紹可見，除氫處理通常是選擇一個(gè)最佳的溫度區(qū)間（一般是在200～300℃之間）和時(shí)間（一般是2～3h）進(jìn)行熱處理，但是針對(duì)不同的鍍層稍有差異，而且不同的處理溫度和處理時(shí)間對(duì)鍍層的性能也有一定的影響。因此，除氫工藝要保證：能有效的驅(qū)除滲透到鍍層或者金屬基體的原子態(tài)的氫，又不會(huì)導(dǎo)致鍍層破裂。
2.鈍化保護(hù)處理
鈍化處理是指在一定的溶液中進(jìn)行化學(xué)或電化學(xué)處理，在鍍層上形成一層堅(jiān)實(shí)致密的、穩(wěn)定性高的薄膜的表面處理方法，鈍化使鍍層的耐腐蝕性能進(jìn)一步的提高并增加表面光澤和抗污染的能力。
鈍化處理按照鈍化膜的化學(xué)成分可分為無機(jī)鹽鈍化和有機(jī)類鈍化兩類；根據(jù)鈍化膜組成成分對(duì)人體的危害性可分為鉻酸鈍化和無鉻鈍化。鉻酸鈍化是無機(jī)鹽鈍化的一個(gè)分支，目前國內(nèi)外研究較多的無鉻鈍化有：鉬酸鹽溶液、鎢酸鹽溶液、硅酸鹽溶液、鈦鹽鈍化、含鋯溶液、含鈷溶液、稀土金屬鹽溶液、三價(jià)鉻溶液、磷酸鹽鈍化（磷化處理）等無機(jī)鹽鈍化和有機(jī)類鈍化等。
2.1無機(jī)鹽鈍化保護(hù)處理
無機(jī)鹽鈍化處理研究比較成熟和應(yīng)用較早的是鉻酸鹽鈍化，在含鉻鈍化膜中，Cr3+起骨骼作用，Cr6+起血肉作用，Cr6+在空氣中具有良好的自修復(fù)功能，因而對(duì)鍍層具有很好的保護(hù)作用，而且，改變Cr6+和Cr3+的不同配比，還可以得到不同色彩的鈍化膜[3]。由于這些突出的優(yōu)點(diǎn)使得鉻酸鈍化仍然是目前應(yīng)用最廣的鈍化工藝。但是由于Cr6+具有相當(dāng)高的毒性且易致癌，隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，越來越希望尋找可以代替鉻酸鈍化的新配方和新工藝。
鉬和鉻是同族元素，因此，它與鉻具有相似的化學(xué)性質(zhì)，鉬酸鹽已經(jīng)廣泛用于鋼鐵以及有色金屬的緩蝕劑和鈍化劑。鉬酸鹽鈍化處理方法主要有陽極極化處理、陰極極化處理和化學(xué)浸泡處理。把鍍鋅件在鉬酸鹽中進(jìn)行化學(xué)浸泡處理，測試結(jié)果表明鉬酸鹽鈍化比不上鉻酸鹽鈍化，但可以明顯提高鋅層的耐蝕性。使用鉬酸鹽/磷酸鹽體系處理鍍鋅件，腐蝕試驗(yàn)結(jié)果顯示，在中性和堿性環(huán)境中，其鈍化效果沒有鉻酸鈍化好，但是在酸性環(huán)境中卻優(yōu)于鉻酸鈍化，室外暴露試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)。鋅鎳合金鍍層經(jīng)過鉬酸鹽鈍化處理，其耐腐蝕性能也不如鉻酸鈍化，并且不具有自修復(fù)作用，不過還是可以明顯提高合金的耐腐蝕性能。
鎢酸鹽作為金屬的緩蝕劑同鉬酸鹽具有相似性，鋅、錫合金的經(jīng)鎢酸鹽鈍化形成的鈍化膜，鹽霧試驗(yàn)顯示其耐腐蝕性能要差于鉻酸。用于鈍化Sn-Zn合金時(shí)，其抗鹽霧性能和抗?jié)駸嵫h(huán)試驗(yàn)性能比鉻酸鹽和鉬酸鹽都要差。
硅酸鹽鈍化處理具有價(jià)格低廉，無毒、無污染，化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。但是其耐腐蝕性能比較差，在日本的有關(guān)實(shí)驗(yàn)室正進(jìn)行著硅酸鈉為主體的電解液中陽極極化鍍鋅鋼板形成高耐腐蝕的氧化膜研究，不過，仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
含鋯溶液已經(jīng)代替鉻酸鹽用于鋁基表面的預(yù)處理，但很少用在鋅基金屬的處理，一般可以用來作為鍍鋅件涂漆的前處理，而不作為鋅基表面的后處理[8]。此外，含鋯溶液還存在成本較貴問題。
含鈷溶液一般應(yīng)用較多還是鋁及鋁合金表面的鈍化處理，對(duì)于鋅基金屬表面的研究不多。稀土金屬如含有鈰、鑭等的鹽類是鋁合金在含氯溶液中有效的緩蝕劑，研究表明鈰的氧化物和氫氧化物能對(duì)鍍鋅層起到很好的保護(hù)作用。
對(duì)于三價(jià)鉻溶液，雖然其毒性只有六價(jià)鉻的1%，對(duì)三價(jià)鉻的鈍化研究也有不少，不過其耐腐蝕性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，再者使用三價(jià)鉻也沒有從根本上解決鉻的污染問題，因此很難普及。
2.2有機(jī)類鈍化保護(hù)
有機(jī)類鈍化是很有希望代替鉻酸鈍化的一種無鉻鈍化工藝。許多行業(yè)專家對(duì)鍍鋅層的有機(jī)物無鉻鈍化進(jìn)行了詳細(xì)的報(bào)道, 主要提到了二氨基三氮雜茂（BAT4）及其衍生物的鈍化，丙烯酸樹脂鈍化、環(huán)氧樹脂鈍化、單寧酸鈍化、植酸鈍化和有機(jī)鉬酸鹽鈍化等。
對(duì)鍍鋅層最有希望代替鉻酸鹽鈍化的是一些特別的鋅的有機(jī)螯合處理，它能在鋅表面形成一層不溶性有機(jī)復(fù)合物薄膜，膜內(nèi)分子以配位形式與基體金屬相結(jié)合，形成屏蔽層，增強(qiáng)了膜的抗蝕性。研究表面，BAT4及其衍生物對(duì)鋅具有較好的抗腐蝕效率。
在美國行業(yè)有專家提到一種金屬基表面鍍鋅處理的鈍化方法，其鈍化液中含有烷基甲基丙烯酸酯聚合物，通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為在總體上用這種含有烷基甲基丙烯酸酯聚合物所配置成的鈍化液浸鍍Zn或Zn-Al合金后，耐腐蝕性能接近甚至某些方面超過了鉻酸鹽鈍化，很有發(fā)展前途，不過目前國內(nèi)還沒有見到其使用。
單寧酸是一種多元苯酚的復(fù)雜化合物，水解后溶液呈現(xiàn)酸性，可以用于鍍鋅層的鈍化處理，成膜過程中，單寧酸提供膜中所需要的羥基和羧基，一般來說，濃度高對(duì)成膜有利，隨膜層變厚，顏色變深，耐蝕性能增強(qiáng)，但是濃度超過40%，雖然膜層顏色加深，但是對(duì)耐腐蝕性能影響不大。不過單寧酸存在價(jià)格較貴，與規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用還存在一定距離。
以歐洲鋼鐵企業(yè)為中心的研究機(jī)構(gòu)正在致力于電解聚合法研制有機(jī)防銹膜如有機(jī)硅烷、硫醇等來代替鉻酸鹽表面處理方法，不過，目前僅處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
行業(yè)有專家對(duì)植酸在金屬防護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的敘述，指出，植酸可以在金屬表層形成堅(jiān)固致密的單分子保護(hù)膜，抑制金屬的氧化腐蝕。從而是一種理想的鈍化液。
2.3有機(jī)類與無機(jī)鹽混合鈍化保護(hù)處理
為了進(jìn)一步的提高無鉻鈍化膜的耐腐蝕性能，又有專家研究將有機(jī)物與無機(jī)鹽進(jìn)行混合對(duì)鍍層進(jìn)行鈍化處理。使用混合鈍化液所獲得的鈍化膜其耐腐蝕性能通常要比單一的無機(jī)鹽鈍化或有機(jī)物鈍化更加優(yōu)良。
單寧酸可以用于鍍鋅件的鈍化處理，但是如果在鈍化液中加入金屬鹽類，有機(jī)或無機(jī)緩蝕劑，可以進(jìn)一步增強(qiáng)其耐腐蝕性能。
對(duì)經(jīng)過水溶性的丙烯酸樹脂加入到鉬酸鹽和磷酸鹽中得到的鈍化液處理后的鍍鋅試件的耐腐蝕性能進(jìn)行了測試，認(rèn)為其抗腐蝕性能接近了鉻酸鈍化。
在歐洲行業(yè)有專家發(fā)明的一種新型的鈍化液，用該專利的鈍化液浸泡鍍Al-Zn合金或Al后可在鍍層上形成一層由無鉻涂層混合物形成的涂層，這層混合物包括凍膠凝膠相和分散相，凍膠凝膠是一種有機(jī)聚合物，包括水溶性聚合物和那些可以溶解在無水溶劑中的聚合物，聚合物一般選擇環(huán)氧樹脂，也可以選擇丙烯酸聚合物、聚亞胺酯等，連續(xù)相一般是無鉻鹽類，一種是稀有金屬酯以及堿和堿土金屬的釩酸鹽，另一種是堿金屬的硼酸鹽。根據(jù)其配置的鈍化液（有機(jī)聚合物加入硼酸鈣及亞釩酸鈉）進(jìn)行試驗(yàn)并于鉻酸鹽做比較，3000小時(shí)的鹽霧試驗(yàn)顯示其抗腐蝕性能可以同鉻酸相匹敵。
無機(jī)鉬酸鹽鈍化大多數(shù)是采用單一的鈍化液試劑處理金屬表層，所獲得的涂層的耐腐蝕性能相對(duì)于鉻酸鈍化還不是很好。采用鉬酸鹽與多種組分復(fù)合配方，借分子間協(xié)同緩蝕作用可以提高耐腐蝕效率。
由于有機(jī)物能在鋅表面形成一層不溶性的復(fù)合物薄膜，當(dāng)加入適量的無機(jī)緩蝕劑時(shí)有機(jī)膜內(nèi)的分子與無機(jī)金屬鹽及金屬基體相結(jié)合，構(gòu)成屏蔽層，使膜比起單獨(dú)使用無機(jī)物緩蝕劑或有機(jī)物所形成的膜層致密的多，從而增強(qiáng)了膜的抗腐蝕性能，由于采用的無機(jī)物及加入的各種無機(jī)緩蝕劑都是無毒的，所以用來代替有毒的鉻酸鹽鈍化是有希望的。
2.4無鉻鈍化存在的主要問題及最新研究
無鉻鈍化對(duì)涂鍍鋼板生產(chǎn)廠家的環(huán)保有利，但是無鉻鈍化處理的工藝設(shè)備投資和生產(chǎn)成本會(huì)上升，而且無鉻鈍化工藝對(duì)市場和產(chǎn)品的適應(yīng)能力差，一般來說，鉻酸鈍化的鋼板的耐腐蝕性，布耐鹽霧要比無鉻鈍化鋼板的好。對(duì)于汽車涂裝來說，使用鉻酸鈍化處理的汽車車身鍍鋅鋼板涂裝時(shí)可以使用無鉛或低鉛油漆，而采用無鉻鈍化處理的汽車車身鍍鋅鋼板涂裝時(shí)必須使用含鉛電泳油漆，即為了保證一定的耐腐蝕能力，鈍化液和底漆二者之間必須有一個(gè)是有毒的，由于單位面積使用的含鉛電泳油漆比鈍化膜要多，而鉻酸鹽鈍化處理的鍍鋅板耐腐蝕性能更加好，使用技術(shù)更加成熟，因此，目前還是被更多的用戶青睞。
盡管已經(jīng)有各種不同的無鉻鈍化工藝，但是還沒有一種無鉻鈍化工藝能夠完全取代鉻酸鹽鈍化，雖然有些無鉻鈍化性能已經(jīng)接近鉻酸鈍化，不過其市場前景，應(yīng)用范圍以及環(huán)保效果還有待進(jìn)一步的研究。隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的日益增加，對(duì)于使用最廣泛的鍍鋅行業(yè)，有希望代替其鉻酸鈍化的無鉻鈍化工藝是鉬酸鹽鈍化和有機(jī)類鈍化。
國內(nèi)對(duì)無鉻鈍化的研究報(bào)道不是很多，至于其在生產(chǎn)中的應(yīng)用，由于多種原因仍少見。最近有研究也是從有機(jī)物鈍化角度出發(fā)，同時(shí)考慮到無毒以及零排放的目的，提出了一種新的配方和工藝，在鍍鋅層表面上再涂敷一層水溶性高分子乳液，這層乳液干燥后即形成一層極薄的無色透明膜，膜的厚度大約在微米級(jí)，由于無色透明，即防止了鍍鋅層的腐蝕，又保持了原有的外觀，目前在這方面的應(yīng)用國內(nèi)尚處于空白。
針對(duì)這層有機(jī)膜進(jìn)行了耐腐蝕實(shí)驗(yàn)。主要包括室外暴曬實(shí)驗(yàn)、鹽霧實(shí)驗(yàn)和浸泡鹽水實(shí)驗(yàn)。有機(jī)膜層的耐腐蝕性能已經(jīng)通過檢驗(yàn)，并且超出了預(yù)期的結(jié)果，耐腐蝕性能優(yōu)良。目前，這種乳液已經(jīng)在一家鋼管廠試用，由于工藝上還有一些正待解決的問題。仍在進(jìn)一步的研究中，但是，由于其用量少、價(jià)格低廉、設(shè)備投資少等優(yōu)點(diǎn)，相信不久可以推廣使用。
三、結(jié)語
鍍后處理的重要性和鍍前處理一樣，如果鍍后處理不恰當(dāng)，會(huì)造成更大損失，鍍后處理主要包括除氫處理和鈍化保護(hù)處理，除氫為了除去滲透到鍍層甚至產(chǎn)品基體中的氫原子，以防止鍍層、銹斑鼓泡、針孔、麻點(diǎn)等缺陷。鈍化處理主要是為了提高鍍層的耐腐蝕性能，目前主要還是采用鉻酸鹽鈍化，由于其對(duì)環(huán)境以及人體的危害，大家正在積極尋求一種價(jià)格經(jīng)濟(jì)、性能優(yōu)良的替代工藝。
有關(guān)無鉻鈍化的配方工藝已經(jīng)有很多，但是由于從性能、成本以及廢水處理難度等綜合角度考慮，還沒有一種工藝可以完全替代鉻酸鹽鈍化。我們樂將平臺(tái)希望各個(gè)化學(xué)品供應(yīng)商能往這個(gè)方向多研究：開發(fā)新型的無色透明、無污染、耐蝕性能優(yōu)良的水溶性或者有機(jī)乳液的鈍化配方和工藝。這其中有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與環(huán)保節(jié)能意義。