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汽車用鋅鎳合金電鍍現狀及研究進展

2016-10-21 17:51:46 作者：本網整理來源：汽車防腐蝕老化分享至：

    【摘要】本文綜述了汽車零部件用電鍍鋅鎳合金的現狀及研究進展，總結了國際主要電鍍添加劑廠的酸性鍍液與堿性鍍液組成，對鋅鎳合金電鍍高防護性能做了簡要分析并對工藝進行了評述，同時提出了汽車零部件用鋅鎳合金電鍍的發展方向。

    引言

    科學技術與現代工業的發展對防護性鍍層要求越來越高，傳統電鍍鋅層已經不能完全滿足要求。近年來鋅合金的研究與應用越來越廣泛，鋅鎳合金由于其良好的耐中高溫性能以及優異的耐蝕性在汽車工業、飛機制造以及軍工產品等領域得到了廣泛的應用。在國外電鍍鋅鎳合金應用較多的是電鍍汽車鋼板與汽車緊固件。鋅鎳合金電鍍最先在日本和德國獲得成功。目前在汽車工業使用鋅鎳合金防護的零件越來越多。電鍍鋅鎳合金后，即使鍍層很薄，也具有很高的耐蝕性。

    １　鋅鎳合金電鍍層優點

    電鍍鋅作為防護性鍍層在汽車零部件中得到了廣泛的應用，表１為鋅電鍍層與鋅鎳合金電鍍鍍層性能比較。

    相比電鍍鋅？鋅鎳合金電鍍工藝的主要優點有：

    ① 鍍層防護性高？比鋅鍍層高兩倍以上，經白色或黑色鈍化，耐蝕性大大提高。

    ② 電鍍工藝的氫脆性很小，幾乎無氫脆，適用于高強度鋼的電鍍，表２為電鍍鋅與電鍍鋅鎳合金鍍層中含氫量對比。

    ③ 力學性能良好，電鍍鋅鎳合金以后不改變鋼材的屈服強度、抗張強度和延伸率，可塑性好。

    ④ 與基體結合力好，鍍層具有良好的可焊性。

    ⑤ 鍍液成分簡單，使用方便，易于維護。

    ⑥ 電鍍液毒性低，有利于環境保護。

    ⑦ 鍍層硬度高，具有抗劃傷能力。

２鋅鎳合金高防護性分析

表３為鋅電鍍層與鋅鎳合金電鍍層耐蝕性的對比。

    由表３可以看出，鋅鎳合金具有更強的防護性能，鋅鎳合金作為優良的防護性鍍層其主要原因有：

    ①    穩定電位比鐵低，作為陽極性鍍層對鋼鐵基體有電化學保護作用。

    ②    鍍層結晶細密，對鋼鐵基體有部分化學保護作用，延緩腐蝕速度。

    ③    由圖１可以看出，由于少量鎳的存在，鍍層晶體結構擇優取向，有效阻礙腐蝕反應進行，耐蝕性提高。

    ④    經鈍化處理后，合金中電位較正金屬鎳富集形成防腐隔離層，防護性提高。

    綜上所述，鎳的存在使鍍層防護性能提高，圖２為鎳含量對鋅鎳鍍層耐蝕性的影響。從圖中可以看出，當鎳含量為１３％時，鋅鎳合金耐蝕性是鋅鍍層的６倍，防護性能優于鋁、鎘和鎘鈦合金，可用于高防護性部件或者作為代鎘鍍層，含鎳１５％以下的合金。鍍層對鋼鐵基體而言為陽極性保護層，其腐蝕過程為陽極控制，而表面上的缺鋅使阻擋層得到改善并降低了陽極溶解速度，鍍層耐蝕性好又易鍍鉻，也可鈍化處理，鎳含量高于１５％的鋅鎳鍍層相對于鋼鐵基體為陰極性保護層，鍍鉻困難，鈍化液困難，鎳含量過高耐蝕性反而下降。

    ３　鋅鎳合金電鍍工藝

    鋅鎳合金的共沉積屬于異常共沉積，鋅鎳合金電鍍工藝主要分為前處理、電鍍、鈍化處理與去氫處理四個部分。

    ３。１前處理

    前處理的好壞直接決定鍍層防護性能好壞，鋅鎳合金前處理工序與電鍍鋅工藝基本相似，電鍍鋅鎳合金的一般前處理工序為：

    鍍前檢查→裝掛→除銹→水洗→水洗→化學除油或電化學除油→熱水洗（７０~８０℃）→水洗→強腐蝕→水洗→水洗→弱浸蝕→水洗→水洗→電鍍。

    ３。２電鍍鋅鎳合金

    表４為國際一些主要添加劑廠家關于典型鋅鎳合金電鍍液組成及操作條件。

    堿性鋅鎳合金電鍍具有酸性鋅鎳無法比擬的特點：

    ① 在很寬的電流密度范圍內成分均勻，且分散能力優良。

    ② 堿性鍍液對于管狀零件內側未鍍上的部分有一定的保護作用，而酸性鍍液則會加速那些未電鍍表面的腐蝕。

    ③ 成本低，廢液易處理。

    ３。３鈍化處理

    鋅鎳合金的鈍化處理主要有黑色和白色，經過鉻酸鹽鈍化處理的鈍化膜，其耐蝕性比鍍鋅層的鈍化膜要高５倍以上。但是在鋅鎳合金上形成鈍化膜要比鍍鋅層上困難，且隨著合金中鎳含量的增加變得更加困難，鎳含量在１０％以內，鈍化比較容易，鎳含量在１３％左右鈍化比較困難，鎳含量超過１６％，很難鈍化。

    ３。４去氫處理

    鋅鎳合金鍍層與鍍鋅層相比氫脆性小（表２），但是當鋅鎳合金用于軍品、高強度鋼或者彈簧部件，需要做去氫處理。

    ４　鋅鎳合金退鍍

    不合格電鍍鋅鎳件為了降低成本二次利用，需要進行退鍍。選擇合適的退鍍液可使材料性能不發生大的變化。一般鋼鐵件的鋅鎳合金退鍍液[１１，１８]體積分數為１０％的鹽酸，工作溫度為１５~３５℃；鋁件上的鋅鎳合金退鍍液為５００ｇ/Ｌ的硝酸，工作溫度為室溫；抗拉強度大于或等于１０５０ＭＰａ的鋼鐵鍍件及彈性件的退鍍液為１００~２００ｇ/Ｌ的亞硝酸鈉和２００~３００ｇ/Ｌ的氫氧化鈉，工作溫度為１００~１５０℃。

    ５　展望

    鋅鎳合金鍍層在汽車零部件上的研究與應用越來越廣泛，由于其良好的防護性及性價比、優異的耐蝕性及低氫脆性能，已經成為優良的代鎘鍍層。鋅鎳合金的廣泛應用對于汽車零部件提高防護層質量、節省金屬資源、減少污染、降低成本有重要意義，未來發展方向為：

    （１）發展彩色鋅鎳合金電鍍層

    目前市場中鋅鎳合金鍍層外觀主要有白色和黑色兩種，隨著科技的進步，不僅對防護性提出更加苛刻的要求，同時對外觀要求也更加苛刻，發展多種顏色的鋅鎳鍍層勢在必行。

    （２）酸性鋅鎳合金體系

    目前國際及國內主要電鍍添加劑廠主要采用堿性鋅鎳合金體系，酸性鋅鎳合金體系由于鍍液不穩定等原因應用還比較少，隨著汽車主機廠對鑄件及高強度鋼的耐蝕性要求的提高，酸性鋅鎳合金體系將有很大的市場空間？

    （３）黑色鋅鎳合金耐蝕性有待提高

    由于黑色鋅鎳合金鍍層表面鈍化時鋅與鈍化劑反應而出現黑色外觀，目前市場上使用的黑色鋅鎳合金鍍層耐蝕性遠低于白色鋅鎳合金，黑色鋅鎳合金耐蝕性有待進一步提高。