锌合金基体材料电镀故障及处理：锌合金镀前处理的故障分析.doc

锌合金基体材料电镀故障及处理：锌合金镀前处理的故障分析

1．锌合金压铸件本身质量控制

　　压铸锌合金中铝含量一般在3.5%～4.5%左右，铝可以减少熔融锌对黑色金属（模具）的侵蚀，同时铝又能细化晶粒，强化合金，随着锌合金中铝含量的提高，锌合金的强度及耐冲击性能均有所提高，但当铝含量超过4.5%时，其力学性能则不再明显增加，而冲击韧性却反而降低。锌合金中铜元素的含量不得超过1.5%，在此值下，能显著抑止锌合金的晶间腐蚀，提高锌合金的强度和硬度，合金中微量的镁元素约在0.04%左右，不宜太高。合金中铅、锡、铁、硅等作为杂质元素，含量越低越好，而且合金中铅、硅元素对电镀质量的影响较大。还有就是易被忽视也难以消除的是合金中铁杂质的影响，铁与铝能产生硬质的铁铝化合物，对电镀前的抛光和机械加工都有不利的形响。

　　压铸锌合金过程中，封孔比压用于克服压射缸内活塞移动和压射冲头与压室之间的摩擦力，使液态锌合金被推到内浇口附近，此值不能太大，太大则易卷入气体形成气孔，在电镀时易容留镀液，形成微电池腐蚀，降低镀层与基体的结合力。另外在压铸过程中产生的缩孔等缺陷，对电镀层质量的影响也很大。

　　按照压铸成型的原理，在压铸零件的外表面，由于冷却速度较快，为等轴晶体，晶粒较细，而压铸零件的内部为各向轴长相近的枝晶组织，由于除气不尽和增压速度不够快等原因，会存在少量的缩孔和气孔，这些在机械加工后就会暴露出外表面与内部组织和致密性不同而引起的镀层质量的差异。

　　有时锌合金压铸件的机械加工量很少，或不必经过机械加工，因而，电镀工作者关心的是铸件的表面质量，如粗糙度等，铸件的表面质量与铸件材料的选择，铸模表面加工的粗糙度等。对于大批量生产的小五金和各种装饰锌合金零件，压铸工艺不但决定了它们的形状，还决定其外表质量，随之而来的电镀，仅仅提高了它的耐蚀性和外表的美观性，而装饰性和耐腐蚀性的高低，本质上受制于铸件的表面质量。

　　在镀前首先要检查压铸件，如毛坯比较致密，电镀也容易镀好；若压铸件比较疏松，就要找前道工序的原因：①材料牌号没选好，首先检查原材料断面，粗晶粒的压铸出来比较疏松，细晶粒就比较好。②模具设计不合理。一般冒口在中间的比较好，锌合金液流得比较均匀，压铸出来也就比较好；若冒口不在中间，离冒口近的比较好，远的就不行。③压铸机吨位不够，小吨位压铸机压铸大吨位压铸模，这肯定不行，所以不同的压铸模要选择不同吨位的压铸机，才能保证下道电镀工序质量。

　　锌合金铸件在设计其几何形状时，要尽量避免盲孔深的凹部等结构，零件设计在不影响外观和使用的部位，留出便于镀液、析出气体流动的排泄工艺孔等。这样不仅很好地实施电镀镀覆，而且减轻了镀液被污染的程度。

　　通常锌合金压铸件的表面有一层致密层，厚度约0.1mm，内部则是疏松多孔结构。在模具设计和采用压铸工艺时，要尽量使工件表面光滑，减少铸造裂纹、气孔、冷隔缝隙、飞边及毛刺等铸造缺陷。在进行机械清理表面氧化皮等缺陷时，应尽量避免损伤锌合金零件表面的致密层，以免露出多孔的基体造成电镀困难，并影响电镀层质量。锌合金压铸时常使用脱模剂，对脱模剂的使用和去除应给予一定的重视，它是影响锌合金零件表面镀层结合力的重要因素之一。

　　另外需要注意的是锌合金零件的材料牌号。还要注意压铸时是否加入了回收锌合金，注意回收料中是否掺杂了其他（如硅）成分，否则就有可能影响电镀层的结合力。若使用回料较多的锌合金铸件，电镀时最好用氢氟酸活化处理。

　　2．镀前机械处理

　　在锌合金零件电镀前，需要认真检查零件表面状态，查看零件表面是否存在裂纹，凸泡、划伤、松孔等严重弊病。．查阅锌合金零件的材料牌号，了解使用回料的比例，测试锌合金压铸件的质量，把工件放置在100℃～ll0℃烘箱中保温30min，看零件外表有否凸泡。若锌合金压铸零件表面存在着铸造缺陷，就必须进行机械清理、磨光和抛光等预处理，以改善零件表面状态，提高镀层质量。

　　用磨光及抛光除去表面缺陷，对于较大的锌合金工件所带的毛刺、飞边、模痕等缺陷。可以采用磨光及抛光的方式去除，磨光砂轮的砂粒一般应＞220目，在零件磨光时，不要过度用力，尽可能不损伤零件表面的致密层，不要使零件变形。为使零件表面光滑，还应该进行抛光，抛光要采用红色抛光膏，抛光布轮直径为50mm～400mm，圆周速度视工件大小而定，通常为llOOm/min～2200m/ min，也可选用白色抛光膏，抛光膏不要太少，以防局部过热，使零件表面出现密集细麻点。抛光后最好用白粉拉一下，以清除滞留在表面的抛光膏，便于后续进行电镀。

　　对于较小工件不便抛磨的情况下，可选择滚磨或滚光处理。若工件表面的飞边、瑕疵较多，应先进行滚磨。磨料可选择氧化铝、花岗石、陶瓷、塑料颗粒等，以及能除油又润滑的肥皂水、表面活性剂等成分。磨料及零件的装载量为3/4～4/5滚桶（易变形工件要多装些，溶液要浸满以覆盖零件），磨料与零件比为（1.5～2）：1．滚桶的转速6r/min～12r/min。容易变形的零件的转速应慢些。若工件表面瑕疵很小，可以直接选用滚光处理，用塑料颗粒、谷壳、玉米棒等和表面活性剂一起进行滚光，滚桶圆周速度为600m/min左右，滚光时间视工件、磨料而定。有不少小零件使用振动磨光，抛光效果更理想。

　　表面机械清理不但可以除去零件表层的瑕疵，而且又不会破坏零件表面的致密层，从而保证电镀层的质量。

　　3．零件表面抛光膏及油污的去除

　　（1）除抛光膏。

　　零件抛光后表面残留一定的抛光膏，应当尽早除去这些残留的抛光膏，因为时间久了，抛光膏易硬化而不易除去。除抛光膏可将工件浸泡在60℃～70℃的浓硫酸中（尽可能不掺水），使零件表面的抛光膏被浓硫酸氧化去除。因为抛光膏的主要成分除金属氧化物（Mg0、Ca0、Al2O3、Fe2O3等）之外，主要是硬脂酸、石蜡等成分，这些有机物会被浓硫酸氧化。这种方法在规模不大的厂家应用颇广。其中关键是浓硫酸中不可掺进水，掺进水的浓硫酸对锌合金零件产生严重腐蚀，所以工件抛光后须干燥入硫酸槽。还有就是使用由有机溶剂、表面活性剂组成的”冷脱剂”、”除蜡水”等溶液除抛光膏，若在除蜡水中配以超声波，则效果更佳。

　　通过热或冷脱脂，使锌合金表面的蜡垢润湿溶胀而部分溶解，提高超声波除蜡效率。热脱脂是介于化学除油与除蜡之间的一种特殊形式，说它特殊，是因为它在超声波除蜡之前，其作用是尽可能使蜡垢润湿、溶胀，这种作用是靠碱液、非离子型活性剂与阴离子型表面活性剂等在适当温度下协同完成。超声波能否快捷干净地将工件表面的蜡垢除尽，取决于热或冷脱脂的效果。

　　配制热脱脂的水质电导率在50μs/cm以下即可。采用有机物冷脱脂，对锌合金压铸件而言，应为首选。因它不仅无需加温，而且熔蜡润湿效果明显，对工件无不良腐蚀。其工艺配方为：二甲苯7.5mL/L，二氯甲烷47.5 mL/L，复合非离子型表面活性剂15mL/L～20mL/L，阴离子型表面活性剂5mL/L～7mL/L，酮或醚适量，在室温下处理5min左右。

　　（2）超声波除蜡。

　　超声波除蜡时，单位有效容积的功率一般设计在8 W/L较合理。当＜8w/ L时，除蜡速度较慢，影响生产的连续性；当＞8 W/L时，锌合金压铸件在65℃～70℃下连续工作5min，会对零件表面产生较明显的失光失重现象，使得零件的富铝相中的铝优先溶解，造成麻点，甚至造成镀层起泡。

　　在配制超声波除蜡液时，若使用较差的水质，由于水中过量的金属阳离子不能被除蜡水中的络合剂完全络合，金属阳离子就有可能渗入到蜡垢之中或存在于工件表面，减弱了带负电荷的蜡垢与蜡垢之间、蜡垢与工件之间的电斥力，使得除蜡效果大大降低。这就是为什么一种好的除蜡水在某些厂使用效果良好，而在另一些厂效果则不见得好，或者一段时间好而另一段时间不好的重要原因。许多供应商并没有给客户予以提醒：当水质中含有过多的如Cu＋2，在工件表面会因置换铜而使得镀层局部起泡。实践证明，选用电导率在50uS/cm以下的水质均可。

　　对锌合金压铸件而言，选择除蜡水的第一条原则就是pH值。一般情况下，锌合金的临界使用pH值为l0。也就是说，当任何一种除蜡水按其说明书配制完毕后，其溶液的pH≤10，否则，在特定的除蜡条件下易使零件产生失光失重，甚至发暗发黑现象，这样的除蜡水不能使用。第二条原则就是除蜡效果，在说明书要求的前提下，除蜡速度快、易清洗的除蜡水宜选用。第三条原则就是除蜡水的使用量和使用寿命。

　　（3）除油。

　　对于锌合金零件表面的油污来说，通常是使用有机溶剂除油，然后再用碱性溶液除油。这是因为有机溶剂除油后可能会滞留在工件表面上，从而给后面的电镀带来不利影响。

　　另外，由于锌合金材料的主要成分是锌和铝，它们是两性金属，因此，碱性化学除油液的碱度也不能太强。通常是磷酸三钠、碳酸钠、表面活性剂等成分，在50℃～60℃，3min～6min即可。

　　一般浸渍除油后的零件还应进行电解除油，电解除油最好是先用阴极电解除油，再用阳极电解除油。但不要在同一槽中进行阴极或者阳极电解除油。电解除油的溶液成分有氢氧化钠、磷酸三钠、碳酸钠、表面活性剂等成分，在50℃～60℃下，电流密度为2A/dm2～4A/dm2，30s～60s即可。

　　使用阳极电解除油，时间10s～15s（工件上有均匀气泡时即可），氢氧化钠可以增加溶液电导，防止电压过高腐蚀工件。除油溶液温度不宜过低，否则电压会升高；温度也不能过高，否则碱会同零件基体的反应加剧，从而发生腐蚀溶解，以50℃～60℃为宜。使用阴极电解除油时，由于在零件上析出较多氢，氢有很好的还原作用（活化其表面），原子氢结合成氢气冲击工件表面，达到很好的除油效果。但仅用阴极电解除油，由于使用时间一长，溶液的污染就可能造成金属离子沉积在工件表面、电镀层发花、结合力不良等弊病。这时若再用阳极电解除油，工件表面有一剥离（溶解）过程，工件表面表现出很好的活性，为后面电镀层结合力的提高打下了好的基础。

　　如果只使用阴极电解除油，则应该经常更新溶液，尽可能维护好除油溶液，要防止铜杂质污染溶液。如仅使用阳极电解除油也是可以的。只要保证在阳极电解除油前零件表面油污已大部分除净即可。

　　需要注意的是：除油过程中水洗一定要彻底，除油后工件经活化、水洗后，应不憎水，与水亲合，不应因除油不彻底零件存在残留的抛光蜡，经酸性镀铜加厚后而产生腐蚀点。除油溶液还应保持一定的浓度和纯度，要定期更换，以防异金属离子浓度达到一定值时而产生置换层，影响镀层的结合力，特别是除油液应与铁基零件、铜基零件分开进行，这一点千万不要被忽略。

　　4．活化

　　除油后的锌合金工件经过清洗，而且必须进行活化后才能进行电镀。通常的活化溶液分别有：HF（40%）59/L～209/L、H2S04（98%）159/L～759/L或者 HCl（37%）l09/L～209/L，在室温下浸3s～6s即可，经验是以零件表面析出氢气后再延长ls～2s为宜。活化溶液的选择，视锌合金的牌号或回料使用的比例而定。回料较多的锌合金零件，需使用氢氟酸活化，因为回料中时常会带人硅杂质，氢氟酸属于弱酸，对基体的腐蚀速率较小。

　　对锌合金压铸件而言，也可以不使用盐酸、硫酸或氢氟酸进行活化，因为这些酸为无机强酸，对工件的腐蚀性强，富锌相析氢严重，其表面致密层会遭到严重破坏。因此，也可以选用固体酸进行活化处理，可以保证零件表面的密着性变化小，无起泡、麻点等缺陷。固体酸活化溶液为：①草酸109/L，酒石酸59/L，硫酸3mL/L～5mL/L，缓蚀剂适量，室温，3s～10s。②C6H807 409/L～509/L，H3B03适量，NH4HF适量，缓蚀剂0.29/L～O．39/L，室温下活化处理5s～10s．

　　5．预镀

　　为提高锌合金零件电镀层的结合力，通常要采取预镀措施，通常有氰化物词镀铜，后续通过焦磷酸盐镀铜，增加零件表面铜层厚度，而且铜层致密，深镀能蔓好，镀液本身近中性，工件电镀时间长些也不致于被溶液腐蚀。同时多一道焦磷酸盐预镀铜工艺，还可以防止氰化物镀铜液清洗不良而对后道酸铜、亮镍带来篚污染。

　　随着氰化物电镀工艺的限制，直接使用焦磷酸盐预镀铜工序，或者使用预镪中性镍工艺。预镀中性镍的电流密度较小，要镀到一定厚度的时间较长。预镪中性镍的溶液主要成分有：NiS04·6H20 1009/L～1209/L，NaCl l29/L～169/L， H3B03 309/L～35 9/L，Nas C6H507·2H20 1209/L～1509/L。pH 7．O～7.5，镀液温度40℃～50℃，电流密度0.8A/dm2～1.2A/dm2。采用阴极移动。锌合金零件电镀中性镍的优点是，pH值近中性，对工件腐蚀少，即使有少量Zn2＋溶解，因柠檬酸钠会隐蔽Zn2＋，不影响镀层的结合力；另外镀层体系中不含预镀铜层，有利于零件做CASS腐蚀试验测试。缺点是镍比较贵、成本高，该工艺的电流密度小，镀到一定厚度的生产用时较长等。

烤漆前处理及烤漆处理
1. 前处理
由于锌是一种高活性金属， 在烤漆前需要适当的化学转化处理如磷酸盐处理。 磷酸盐处理剂有两种，一种是处理铁的， 一种是处理锌的。
2. 脱脂
采用弱碱， 有机溶剂及中性乳液或洗涤剂， 避免用酸或强碱脱脂剂。
可用水膜试验（Water lreakage test）来确认， 观察试验后的水是否受到污染， 以及试品表面的水膜是否均匀.
3. 烤漆
使用水性底漆（Water promer）可以确保有较强的油漆附着性.

五金件烤漆工艺流程

一、 底材：

五金件烤漆的底材有：

冷轧钢板冲压件或板材

镀锌钢板冲压件或板材

镁合金冲压件或板材

铝合金冲压件或板材

不过烤漆工艺是大同小异的

二、 五金烤漆流程：

前处理?.烘干?底漆涂装?烘烤?面漆涂装?烘烤?检查?包装

三、 表面预处理:

（1）1 除油；2 水洗；3 除锈；4 水洗；5 表调；6 水洗；7 磷化；8 水洗；9 水洗；10 烘干;

（2）前处理的目的与重要性：

? 前处理的目的是为了得到良好的涂层，由于以上的冲压件在制造、加工搬运、保存期间会有油脂，氧化物锈皮，灰尘，锈及腐蚀物等在表面上，若不去除将直接影响到涂膜的性能，外观等，所以前处理在涂装工艺中占有极为重要的地位。

（3）前处理的意义：

? 涂装前处理与涂布、干燥为涂装工艺三大主要工序，其中涂装前处理是基础工序，它对整个涂层质量、涂层使用寿命、涂层外观等均有着重要影响

? 通过脱脂、除锈、磷化等工序后的工件表面清洁、均匀、无油脂

1、 除油：

主要有矿物油、润滑脂、动、植物油脂，比如操作与搬运过程中用手摸等油脂使绝大多数涂料的附着力严重下降，并影响它们的干燥，也使涂层的硬度和光泽度降低。

以碱溶液除去工件上之油污，主要的碱为NaOH,NaHCO3等等混合而成；可以买到专门的脱脂粉，然后配制成水溶液；肥皂的皂化作用；

2、 水洗

以清水漂洗，以免前一工序中的溶液污染到下一工序。清水必须是活的（流动的）。

3、 除锈

黄锈能促进腐蚀产物在涂层下蔓延，使涂层失去屏蔽性和不透湿性。在高温高湿条件下能导致涂层和金属的早期损坏，松散的黄锈，附着力差，能与涂层一起脱落。

除锈的方法很多，如碱液法，酸液法，机械法，电解法等，常见的是碱液法。以化学溶液除去工件表面的氧化皮，锈迹等，一般是用硫酸，也有用草酸。还可辅以超声波清洗。

4、 表调（中和）

表面调整的简称：以酸（或碱）溶液除去除锈工序中表面多余的碱（或酸），调整酸碱度尽可能到中性，即PH值=7；

作用：加快磷化速度，细化磷化结晶，增加磷化的结晶点；

5、 磷化

磷化是涂装前处理的中心环节，用磷酸式锰、锌、镉的正磷酸盐溶液处理金属工件，使在工件表面上形成一层不溶性磷酸盐保护膜，所形成的磷化膜系具有细微小孔的致密结构，增大了工件表面积，可以增大涂层接触面积，使磷化膜与涂层之间产生有利的相互渗透，大大提高有机涂层对工件的附着力 。

磷化所形成的磷化膜是一层稳定的不导电的隔离层，使金属表面由优良导体变为不良导体，抑制了微电池形成，有效地阻止涂层腐蚀。

磷化常用的方法按处理温度分为高温磷化（70~90℃ ），中温磷化（50~70℃ ）和常温磷化（20~30℃ ）。

磷化膜一般是黑色的。

6、 烘干

以上前处理过程基本都是在水槽中进行的。并且每一工序有时间的规定。烘干水分，准备涂漆；

四、 上挂前品检

在上线之前对未涂漆之工件进行外观检查；有很大一部分是已涂过漆的不良品，要检查是否可直接喷涂或是要脱除旧漆；脱除旧漆方法，溶剂浸泡清洗或用专用的脱漆剂脱除。

五、 打磨

非必需过程，除去表面粒状杂质并增加一定粗糙度以增加油漆附着力；

第一遍：400#水砂纸

第二遍；800#水砂纸或更细

六、 上挂

将产品勾于挂具上，挂具导电并随流水线移动；挂具应为导电体，并需接地（针对静电涂装）；挂具一般根据产品的不同特点而定制的；数量很多，整条流水线周转使用

七、 吹尘

除去表面灰尘，毛屑等；压缩空气；静电除尘枪；火焰燃烧；

八、 手工喷涂

在自动喷涂前对电位较低处（如阴影部分，凹部等进行预喷涂，但也是必备的没有自动喷涂设备时的选择，效率不高，产能有限，不稳定因素多，不良率较高，漆膜厚度不均等

手工喷涂的设备主要包括空气压缩机，输气管，空气油水分离器，喷枪，涂料容器，喷漆室等。

喷枪的种类有：1、重力式；2、吸上式；3、压送式

九、 Disk喷涂

Disk自动喷涂属于静电喷涂的范畴，利用喷涂装置与接地工件之间的高电压差产生静电力，Disk以固定速度产生的离心力将涂料甩出，静电雾化涂料后涂覆于工件上，Disk上下移动覆盖整个工件范围；

Disk喷涂设备实际上是旋盘式静电喷涂设备，也可称为离心力静电雾化设备，旋盘转速为：5 000~60 000 r/min，工作电压为：70~120KV，采用空气马达驱动，静电涂装使用的静电涂料，涂料的电阻值需控制在一定的范围内；

十、 补漆

检查Disk喷涂缺陷（少漆，漆薄等）部位进行修补，通过检查可及时发现Disk喷涂的缺陷并加以调整，对Disk喷涂不到的位置进行喷涂；

十一、 预热炉烘烤

以较低温度（如80~150℃）烘烤，使溶剂部分蒸发，湿漆膜流平

十二、 主炉烘烤

以较高温度（如180~185℃）强制烘烤，将油漆烤干，流水线速度越快，则温度需调的越高；

十三、 品检

检查成品；

十四、 下挂包装

取下工件，包装；进入下一加工工序或成品入库；

液体涂装与粉体涂装

一、 液体涂装：

涂料与溶剂（或还加硬化剂）混合后施工，以压缩空气或静电力雾化后飞向工件并附着，溶剂蒸发（或相互反应）后固化成膜；VOC（可挥发有机气体）含量高，对人体有较大危害；涂料利用率很低，仅约50%；一次喷涂所形成的膜厚为15~25um；

二、 粉体涂装：

涂料为细粉状态，通过静电作用附着于工件，通过高温烤炉时，涂料熔融，流平，并交联固化；VOC含量为零，但要注意粉尘的危害；涂料可回收使用，利用率可达99%以上；设备投资大；适合于厚膜涂层的涂装,一次喷涂膜厚为50~150um；

三、 涂膜性能（1）

机械物性：冲击强度 50Kg/cm涂怪无龟裂；杯突 6.0mm以上/每秒压出1mm；附着力 (百格)测试，涂层无脱落（分等级）；耐弯曲性 1mmØ,180°弯曲，涂层无裂缝；铅笔硬度2H,允许轻微痕迹；

化学性能：耐沸水性 沸腾水，1hr浸泡，无异常；耐碱性 5％NaOH,240hr无变化；耐酸性3％HCL,240hr无变化；耐溶剂性 二甲苯，24hr无变化；耐污染性 唇膏，常温下24hr无异常；

耐热性：180℃ x l hr 色差 E<0.8,保光性优异；

耐腐蚀性：耐盐雾性 1000hr无变化；耐湿热性 500hr无变化；

超声波清洗原理

超声波清洗属物理清洗，把清洗液放入槽内，在槽内作用超声波。由于超声波与声波一样是一种疏密的振动波，在传播过程中，介质的压力作交替变化。在负压区域，液体中产生撕裂的力，并形成真空的气泡。当声压达到一定值时，气泡迅速增长，在正压区域气泡由于受到压力挤破灭、闭合。此时，液体间相互碰撞产生强大的冲击波。虽然位移、速度都非常小，但加速度却非常大，局部压力可达几千个大气压，这就是所谓的空化效应。

磷化基本原理

磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的目的主要是：给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。