摘 要：介绍了航空标准件钢铆钉采用弱酸性滚镀光亮锌工艺，从工艺配方，镀液配制方法，工艺流程，镀液稳定及维护方法等方面进行实质性的研究，并交流一些实际生产经验。
关键词：钢铆钉；无氰；弱酸性；滚镀；光亮锌
1．前言
锌是一种硬而脆的银白色略带蓝色的金属，具有较强的导电性，属于两性金属，。在干燥空气中几乎不发生变化，而在潮湿宾气中则会在表面生成一层能防止锌继续受腐蚀的白色氧化膜。锌的电位比黑色金属的电位负而被广泛用作黑色金属的防护镀层，属阳极性镀层，起电化保护作用。
众所周知，航空用钢铆钉尺寸较小，批量又大，任务急时间紧，不宜吊镀，宜滚镀。由于原工艺设计缺滚镀设备，为了完成生产任务，因此，自制类似倾斜式滚镀机4台，利用现有镀锌生产线辅助设备，按技术要求，无氰弱酸性滚镀光亮锌工艺完全能保证耐蚀性，保质，保量，按期完成了任务，可见，小革小改结硕果，赢得时间，节省了设备投资。
随着生产发展的需要，追加了批量的小尺寸的钢螺钉，螺帽，平头轴，圆锥销，鞍型垫圈等等等半成品相继投产。满足了装配的需要。
2．工艺流程
将钢铆钉装入铁网篮——电解除油——流动热水洗——流动冷水洗——强腐蚀——流动冷水洗——弱腐蚀——流动冷水洗——中和——流动冷水洗——滚镀锌——流动冷水洗——流动热水洗——离心甩干——除氢——空冷——流动冷水洗——活化——流动冷水洗——出光——流动冷水洗——钝化——流动冷水洗——流动冷水洗——甩干或吹干——检验——包装入库。
2.1 电解除油
NaOH
30～50克/升
NA3PO4.12H2O
20～30克/升
Na2CO3
20～30克/升
Na2sio3
3～10克/升
θ
60～80℃
tk
3～5分钟
tA
1～5分钟
电极材料
钢板或镀镍钢板
2.2 强腐蚀
浓HCl(d=1.19)
温度
室温
时间
10～30秒
2.3 弱腐蚀
HCl(d=1.19)
100～150克/升
温度
室温
时间
0.5～2分钟
2.4 中和
Na2CO3.10H2O
30～50克/升
温度
室温
时间
0.5～1分钟
3．滚镀锌溶液组成及镀液配制
3.1 溶液组成及工作条件
ZnCl2
60～80克/升
KCl
200～240克/升
H3BO3
30～35克/升
El光亮剂
16～18毫克/升
PH值
5～6
Jk
1～3 A/Dm2
n
6～12R/min
温度
10～50℃
时间
30分钟或根据需要厚度定
阳极
Zn-1或Zn-2
3.2 镀液配制
3.2.1 在镀槽内加入一半体积的50℃左右温水,将计称量的KCl加入槽内,充分搅拌至溶解。
3.2.2 将计称量的H3BO3用沸水溶解后加入槽内。
3.2.3 将计称量的ZnCl2用少量水溶解后加槽内。
3.2.4 加入计称量的光亮剂，然后加入至规定体积，搅拌均匀，测定PH值（用稀HCl或稀NaOH溶液调节PH值为5.5左右），通电试镀。
3.3 除氢
温度 230～250℃
时间 2小时（以后空冷）
3.4 活化
H2SO4（d=1.84）
30～50克/升
温度
室温
时间
10～30秒
3.5 出光
HNO3（d=1.42）
10～30克/升
温度
室温
时间
2～3秒
或CrO3
80～120克/升
H2SO4（d=1.84）
3～4克/升
温度
室温
时间
3～15秒
注：后者出光配方较前者HNO3出光亮度好。
3.6 钝化
由于目前市场售的无铬钝化剂质量欠佳，仍需有待研究，又由于军工产品特殊要求，所以，还是采用老钝化配方，在锌层表面上生成一层薄而致密的铬酸盐膜层，提高锌层的耐蚀性。
3.6.1 HNO3钝化
Na2Cr2O7.2H2O
15～25克/升
Na2SO4.10H2O
10～20克/升
HNO3(d=1.42)
7～14克/升
温度
室温
时间
5～15秒
注：可获得的钝化膜耐温性较好，彩膜亮而美观，钝化时，对锌层损失少，适合使用自动线和手工钝化。
3.6.2 或二酸钝化
Na2Cr2O7.2H2O
190～200克/升
H2SO4（d=1.84）
8～11克/升
温度
室温
时间
5～15秒
注：膜层的耐蚀性较好。
3.4 电极反应
3.4.1阴极反应
ZnCl2在水溶液中离解：ZnCl2= Zn2++2Cl-
电解时Zn2+在阴极上获得电子而沉积出锌：Zn2++2e=Zn
同时，部分氢离子也放电而析出氢气：2H++2e=H2↑
3.4.2阳极反应
金属锌失去电子而生成Zn2+：Zn=Zn2++2e
同时，发生阳极钝化，有部分OH-失去电子而析出氧气；
4OH-=O2↑+2H2O+4e
4．镀液中各组分对锌层质量的影响
4.1 ZnCl2
是镀液中的主盐。工厂常采用化学纯，减少杂质干扰避免锌层质量差的问题。ZnCl2含量高，允许阴极电流密度大，但分散能力差；ZnCl2含量低，工件在高电流密度处有烧焦现象，但分散能力较好。一般ZnCl2含量控制在60～80克/升为宜。
4.2 KCl
是镀液中的导电盐，最好采用化学钝，减少处理麻烦。KCl含量不宜过高，当大于240克/升时，冬季温度降至5℃以下，会有结晶析出。当KCl含量过低,镀液的导电性变差，阳极溶解不好，易形成海绵状镀层。一般KCl含量控制在200～240克/升工艺范围内，除3保证镀液的导电性外，还能提供Cl-，提高阴极极化作用，改进镀液的分散能力。
4.3 H3BO3
它在镀液中起缓冲作用，使镀液PH值相对稳定在工艺规定范围内。一般PH值控制在5～6为宜。
4.4 EL光亮剂
为飞鸽集团（天津）联合化工厂生产。它能提高阴极极化作用，使镀层光亮细致。含量过高，会增加镀层的内应力而发脆。一般控制在工艺规定范围内，能使锌镀层呈现镜面光亮。
5．操作条件对锌层质量的影响
5.1 镀液温度
一般在室温（18～25℃）操作，能够得到质量良好的镀层。当镀液温度小于10℃时，电流密度不高。提高镀液温度，电流密度可以加大，还能改善镀层的韧性。当镀液温度大于60℃时，镀层光亮度变差，深度能力和分散能力下降。正常工作温度保持在10～50℃为宜。
5.2 阴极电流密度（Dk）
阴极电流密度，随着镀液中锌离子浓度，镀液温度，添加剂等变化而变化。正常操作条件下，控制在1～3A/dm2为宜。当Dk>3A/dm2时,即使不烧焦镀层,但镀层夹杂有机杂质多,镀层韧性变差，此外还影响钝化膜的变色及其抗盐雾性能。当采用电流密度的上限值，镀层光亮细致，沉积速度快，覆盖能力好。
5.3 PH值
镀流的PH值高低直接影响本工艺性能，当PH值>6时，镀层粗糙或局部出现灰黑色；当PH值偏低时，阴极极化作用，电流效率，分散能力和深镀能力等都有所下降。正常操作条件下，控制PH值5～6为宜。如果PH值>6时，用HCl调整并不断觉拌，防止司部酸度过高添加剂析出；如果PH值<5时，用NaOH调整至工艺规范。
6．镀液的维护和注意事项
6.1 每周对ZnCl2、KCl和H3BO3的含量分析一次.若Zn2+含量高低以增减锌阳极板来解决,阳极板应装上布袋(丙纶)，停产时取出。
6.2 为保护正常生产，每班测一至二次PH值。
6.3 加强前处理，如除油，酸洗，水洗等工序。
6.4 本镀液呈弱酸性，若有铁镀件落入槽液里，下班时捞出。
7．杂质净化处理
滚镀光亮锌电解液中有害杂质的净化处理
杂质
含量（克/升）
缺陷特征
净化处理
铁
≤5
低电流密度区镀层发黄，高电流密度区镀层发灰，出光不亮。 加30%H2O20.5～1ml/l氧化，充分搅拌，将PH值调至6，沉淀后过滤，除去铁。
铜
≤0.005
镀层出光不亮，钝化时发花，发黑。 用置换法，即加入1～2克/升锌粉，充分搅拌，静置2小时后过滤。或用0.1～0.2A/dm2低电流电解除去。
铅
≤0.005
镀层发灰，呈雾状或呈浅黑色。 与铜杂质净化处理相同。
有机杂质
镀液覆盖能力下降，镀层粗糙，发灰，发花，镀层出光不亮，钝化后发雾。 用3～5克/升粉状活性炭吸附有机杂质，充分搅拌，静置一夜后过滤。
铬酸根
微量
降低沉积速度和电流效率，含量过多，镀层不均匀，发暗，发灰或无镀层，剥皮。 在搅拌下加入0.2～0.4克/升保险粉（低亚硫酸钠Na2S2O4.2H2O）还原,沉淀后过滤除去。
8．结论
（1）本工艺解决了氰化镀锌剧毒产物产生后的环保处理问题，实现环保、卫生，安全和清洁技术的需要，利于工人健康。
（2）根据生产实践的结果，本工艺的基础镀液十分稳定。
（3）化工原料立足国内，较氰化物充足易购且价廉，生产成本低。
（4）本工艺适宜自动化生产，工效高，劳动强度小，具有生产实用性和镀层耐蚀性，经济效益显著。
（5）本工艺可以常温生产，无需抽风装置和加温，较节能节水，废水处理简单，容易投产。
据报道，我国与国外无氰镀锌代替氰化镀锌有较大的进展，而且更加迅速，以下表数据说明。
类别
我国
国外1990年
国外1995年
氰化镀锌
※占20%
占93%
占20%
碱性锌酸盐镀锌
占30%
占4%
占30%
氯化物镀镀锌
占45%
占3%
占50%
其它镀锌
占5%
——
——
※注：用于军工和特殊要求产品。
以上数据说明国内外都在着手抓无氰电镀工艺技术，从源头上积极减少或消除污染源对人体和环境的危害，用无氰电镀取代氰化电镀，利于国计民生，取得良好的应用效果。无氰电镀有力地贯彻实施国家清洁生产的需要。
