张菊香
空调温度控制器
【摘 要】根据铸铁件的特殊性,提出铸铁件的电镀应选择电流效率高的酸性电镀体系.探讨了铸铁件酸性电镀锌镍合金流程中各工序的技术规范和控制要点,指出了电镀过程中的常见故障,分析了失效原因,并提出相应的解决措施.
【期刊名称】《电镀与涂饰》
搅拌摩擦焊接【年(卷),期】2014(033)015
宝石饰品【总页数】5页(P659-662,后插1)
【关键词】铸铁;锌镍合金;电镀;技术规范;故障排除
【作 者】张菊香
【作者单位】上海大众汽车有限公司质保实验室,上海201805
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ153.2
铸铁以耐磨性好、成本低、工艺简单、生产效率高、消振性好、缺口敏感性低以及容易切削加工等优点，在汽车、航天、造船等行业得到广泛应用。但铸铁表面容易锈蚀，生锈后很难处理，装饰性差，需要通过后续处理来改善其表面性能。电镀可有效改善铸铁件的外观和耐腐蚀性能，已成为推广应用和研究的热点。 1 铸铁件的特殊性和电镀对策
与轧制、锻造钢等其他基材相比，铸铁件加工工艺特殊，结构复杂，电镀也相对困难。针对铸铁件的特殊性，采取的电镀对策是：
(1)铸铁件表面含碳量高，表面残留大量型砂或碳硅化合物，氢在碳上的过电位低，易析出而产生大量气泡[1]，在给定电流下难以达到金属沉积的电位，镀层不易生长，因此铸铁件电镀锌镍合金只能选择电流效率高的酸性系统(酸性锌镍合金电流效率为90%左右，碱性锌镍合金仅在50%左右)。铸铁件的结构一般比较复杂，因此也要采用分散性强和覆盖能力好
的电镀溶液。
(2)铸铁基材结构疏松，多孔，存在大量砂眼和缩孔，表面粗糙，凹凸不平，因此微观电镀表面积比宏观面积大很多，导致实际电流密度比表观电流密度小得多，因此不仅要采用酸性电镀体系，起始电流也应比其他钢基材大1～2 倍。通过大电流冲击瞬间激活表面，才能使疏松表面被致密镀层覆盖[2]。
(3)铸铁件表面在高温铸造过程中会形成一层不导电的氧化膜，阻碍锌镍合金镀层生长。因此电镀之前必须彻底去除表面的氧化皮。铸铁件的一般加工过程为：铸造─抛丸─机加工。抛丸是铸铁件电镀的重要处理步骤，主要利用喷砂机械打击表面，不仅可去除氧化皮，而且使浇铸时形成的高碳层脱落，造成微观粗糙，有利于提高镀层结合力，因此抛丸的质量直接影响铸铁件的电镀质量。
(4)在加工过程中，铸铁件表面会残留大量的油脂、润滑油和冷冻剂，以及来自铸模的残留物，喷砂残留的砂粒和铁屑在储存过程中受外界影响会生成氧化膜等不溶性污染物，而且铸铁表面本身就存在大量石墨，因此铸铁件需要通过特殊的酸洗和超声波清洗等前处理工序，才能形成洁净、均匀润湿、导电性好、容易电镀的表面。 2 铸铁件电镀工艺
目前铸铁件较多采用工艺和设备相对简单的酸性镀锌工艺，但镀锌层防腐能力较差，不能满足汽车等行业的高耐蚀性要求，锌镍合金镀层虽然可大大提高耐腐蚀性能，但由于酸性电镀锌镍合金工艺比较复杂，过程控制比较困难，一直难以大规模推广应用。近年来，随着化学和机械制造工艺的快速发展，铸铁件酸性电镀锌镍合金工艺性能大大提升，生产过程控制也日益成熟，成了这几年的研究热点，并逐渐大规模推广。
铸铁件电镀锌镍合金主要有2 种方式：酸性镀锌+碱性电镀锌镍合金，或直接酸性电镀锌镍合金。前者为了解决铸件不能直接碱性电镀的问题，采用酸性镀锌打底，但在冷热交替的情况下，双镀层之间结合力不好，容易脱落，并且工艺过程更复杂，厚度、镍含量等质量控制风险较大。不同电镀工艺的特点见表1。
HDPE多孔加筋缠绕波纹管表1 铸铁件不同电镀工艺比较Table 1 Comparison of different electroplating processes for iron casting
耐磨铸铁3 酸洗电镀锌镍合金工艺
3.1 工艺流程
超声波清洗─水洗─热浸除油─水洗─酸洗─水洗─超声波清洗─水洗─电解除油─水洗─40%(体积分数)盐酸活化─水洗─电镀─水洗─2%(体积分数)硝酸出光─水洗─钝化─水洗─封闭─流平─干燥。
3.2 镀前处理
3.2.1 超声波清洗
铸铁组织结构疏松、孔隙率高，表面残留的灰尘、砂粒等不溶性的污染物通过一般的清洗方式难以彻底清除。超声波清洗利用强大的冲击波能渗透到工件表面孔隙里，使铸铁件表面彻底清洗干净[3]。如图1a 和图1b 所示，经超声波清洗后，铸铁件表面较为洁净。
3.2.2 热浸除油
热浸除油直接决定了铸铁件前处理和电镀的成败，因为酸和水都与油脂表面不相容，除油不彻底不仅会导致后续酸洗失败，而且会形成不均匀的润湿表面，造成电镀缺陷。如何评
价铸铁件粗糙表面热浸除油的效果也是比较困难的，一般可以通过评价锈蚀的办法来判断。评判方法和步骤为：(1)热浸除油后，把零件从挂具上取下，完全浸于水中清洗；(2)对清洗后的工件进行酸洗，再超声波清洗；(3)将工件置于空气中30 min，检测锈蚀情况。如图2 所示，铸铁件表面锈蚀均匀表示除油比较彻底。经过有效的除油工序后，铸铁件表面形成了如图1c 中所示均匀的可润湿表面。影响除油效果的主要因素有温度、时间、搅拌、碱含量以及表面活性剂。温度太低、时间太短、搅拌不充分、表面活性剂含量太低等都会导致除油不彻底。碱一般选用微量NaOH，含量太低时除油不彻底，含量太高又会破坏基材，影响电镀质量。
图1 铸铁件前处理示意图Figure 1 Schematic diagram for pretreatment of iron casting
图2 热浸除油后的铸件照片Figure 2 Photos of iron casting after hot-dip degreasing编者注：图2 原为彩，请见C1 页。
3.2.3 酸洗
酸洗是保证镀层结合力良好的关键，从图1d 中可以看出，其主要作用有4 点：(1)去除铸件
表面的氧化皮和锈蚀；(2)去除表面加工后残留的铁屑；(3)腐蚀掉一部分铁基体，使碳粒露出表面，便于后续碳粒脱落；(4)使表面的微孔由闭孔状态转化为开孔状态，便于后续清洗和电镀。酸洗一般采用稀盐酸，时间为5～10 min。时间太短，达不到酸洗的效果；时间太长，表面会裸露太多的碳，影响电镀质量。
3.2.4 超声波清洗
酸洗后，铸铁表面残留了大量碳粒和石墨，会降低氢的过电位，导致大量析氢，阻碍金属沉积，因此必须去除表面的碳。如图1e 所示，利用超声波振荡清洗(非化学过程)，使表面碳粒、石墨脱落，露出可电镀的金属表面。超声波频率一般为25～40 kHz/min，频率过高或过低都会影响脱碳效果。经超声波清洗和未经超声波清洗的表面明显不同，如图3 所示。未超声波清洗的表面比较黑，可能是由于表面存在大量黑碳粒和石墨，而经过超声波清洗的表面呈金属光泽。超声波清洗是铸铁件前处理必须采用也是最为重要的工序之一，直接决定了铸铁件电镀的成败。
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