表面狀態對鍍層質量的影響

一、零件形狀的影響

零件的形狀是設計人員根據產品結構的需要設計確定的，但是零件的形狀往往給表面處理生產帶來許多棘手的難題。譬如，大面積的平面型零件、成形的管狀零件、球形

零件、具有盲孔或內螺紋的零件、邊棱未進行倒角或倒圓的零件、重量很輕的薄片零件、具有孔徑長度比很小的深孔零件、要求內表面鍍覆的管狀零件、工作表面呈jian錐狀

的零件、盒狀零件、瓶狀零件等形狀復雜的零件進行表面處理時，如果不采取特殊的技術措施，就很難在零件的表面上獲得質量滿意的鍍覆層。

零件形狀對電鍍質量的影響，主要是由于它影響著電鍍電流在零件表面上分布的均勻性。在零件上的邊棱部位、孔口部位是電流比較集中的部位，這些部位分布的電鍍電流可能要比其他表面高很多倍，而在深凹的表面上，如孔的內表面、內螺紋表面，往往不使用輔助陽極是很難引入電鍍電流的。由此可見，在形狀復雜的零件表面上電鍍，各部位表面上的鍍層厚度必然差異很大，即使采用分散能力、覆蓋能力都非常好的鍍液進行電鍍，有時候也很難克服形狀復雜所造成的影響。因此，對形狀復雜的零件表面，規

定鍍層厚度的均勻性指標或要求所有的表面全部有鍍層是不客觀的。為此，電鍍企業遇到形狀復雜的零件電鍍時，需要與用戶協調對鍍覆層的要求。形狀復雜的零件在進行化學鍍、轉化膜處理時，雖然形狀對鍍覆層厚度不均勻性的影響減少了，但是處于型腔內或深凹部位的溶液，難以與槽中的主體溶液進行交換，使界面處的溶液及時得到更新，以及這些部位的表面在與溶液進行化學反應時，產生的氣體因不易排出而形成“氣袋"，常會對鍍覆層的質量造成不良的影響。此外，形狀復雜的零件還很容易兜溶液，將溶液在工序間帶來帶去，造成溶液的交叉污染。因此，有必要要求在零件上不影響外觀和使用的部位留出便于溶液、氣體的流動、排泄的工藝孔。

重量很輕的薄片零件進行鍍覆處理時，難度也是很大的，因為薄片零件置于滾筒中或放在籃子里進行處理時，很容易相互吸在一起，阻礙了正常的鍍覆或轉化膜處理。有時候會遇到這樣的零件，它的每一個表面都被認為是工作表面，幾乎找不到一個合適的位置，可用來作為夾具的裝夾點，使電鍍發生困難，這就需要與零件的設計方協商裝夾的位置。

二、零件尺寸精度的影響

由于鍍覆層具有一定的厚度，零件進行表面處理之后，必然會引起零件尺寸的變化。通常設計圖紙上規定的零件尺寸及公差，都是指零件的最終尺寸及公差，假如零件沒有配合的要求，在零件的最終尺寸上進行電鍍或化學鍍尚屬可行；假如零件的精度較高、裝配以后的配合間隙不能較寬裕的容納鍍覆層的厚度及其偏差，那么在零件的最終尺寸上鍍覆，對產品的裝配和工作性能是不利的。為了解決有配合要求的零件鍍后尺寸配合的問題，需要通過與零件的設計和工藝部門，協商確定零件的鍍前工藝尺寸，事先預留鍍層的厚度及其鍍覆的尺寸偏差。南北潮提醒您：只預留鍍層厚度而不預留鍍覆時可能出現的厚度偏差的做法是行不通的。

轉化膜處理引起零件最終尺寸變化的規律與電鍍和化學鍍有所不同。由于轉化膜層是通過金屬零件表面在化學溶液中自身的溶解轉化而形成的，所以轉化膜通常都很薄，零件經轉化膜處理后一般不會引起最終尺寸的明顯變化。零件經轉化膜處理后造成最終尺寸發生明顯變化而影響零件配合的情況，常見于鋁及鋁合金的硬質陽極氧化、厚膜耐蝕磷化等工藝。由于磷化膜層的強度不如金屬，因此，不適宜采用在零件上預留膜層厚度的措施。為了不影響零件的配合，宜采用低膜重磷化體系溶液進行磷化處理，使膜層的厚度減薄，同時仍具有較好的耐蝕性能。

鋁及鋁合金表面上的硬質陽極氧化膜，具有較高的硬度和優良的耐磨性，是改善鋁質零件表面耐磨性的常用手段，為了提高零件的使用壽命，產品設計通常要求硬質陽極氧化膜層具有較大的厚度，因此，鋁質零件硬質陽極化以后，零件的最終尺寸變化就比較大，通常遵循這樣的規律，就是零件最終尺寸的增大值，大體上等于膜層厚度的1/2，如圖所示。該數值被廣泛用于估算鋁質零件硬質陽極化以后尺寸的變化規律。

帶有普通螺紋的零件和緊固件，常遇到鍍覆后發生配合障礙的問題。當螺紋進行電鍍時，螺紋的牙尖部位和谷底部位的鍍層厚度是不一樣的，牙尖部位的鍍層厚度將明顯的大于谷底部位，隨著鍍層厚度的增加，它們之間的差異會越來越大，因此，螺紋的牙型角度變小，如圖 所示。隨著螺紋直徑和螺距的不同，雖然牙尖和谷底部位鍍層厚度差異的比值也不同，但是隨著鍍層厚度增加，牙型角角度變小的傾向是始終如此的。螺紋直徑和螺距大一些，精度低一些，螺紋鍍后配合障礙就少一些，反之則多。實踐證明，螺紋電鍍后出現配合障礙的主要原因是牙型角鍍后的變形，其次才是鍍層厚度因素。

目前解決螺紋鍍后配合障礙問題的方法，大致有以下幾個：

1、在耐蝕性能允許的條件下，適當地減低鍍層的厚度，選用分散能力優良的鍍液進行鍍覆；

2、在不得已的情況下，可按照GB197和GB5267 標準附錄E及所選擇的鍍覆層厚度預留足夠的余量；

3、采用達克羅（Dacromet）涂層（又稱鋅鉻涂層）涂覆緊固件。該涂層是由超細的鱗片狀鋅、鋁粉和以三價鉻為主的鉻酸鹽構成的，將達克羅涂液涂覆在零件表面上，經過均勻化之后再通過燒結形成涂層。該涂層耐大氣腐蝕的性能，大大的優于電鍍鋅層，涂層的厚度可以按需要任意調節，且比較均勻，不會引起牙型角的變化。因此，是緊固件較為稱心的防護方法

三、零件表面缺陷的影響

零件表面的缺陷，也會影響鍍覆層的質量。

1、零件在工序轉移或運輸過程中，有可能因沒有認真保護而受到機械損傷，使零件表面產生拉溝、劃傷、撞擊凹陷等缺陷。這些缺陷如果不消除，零件表面處理以后仍然會被復制出來，影響鍍覆層的外觀，即使在整平性能非常好的鍍液中進行鍍覆，也不能將它們wan全掩蓋。

2、零件上邊棱部位存在加工毛刺、銳角未倒角或倒圓，表面處理以后，將造成零件上邊棱部位的鍍覆層嚴重缺陷。

3、在焊接組件的焊縫表面上，如果存在未除盡的焊渣，表面處理以后將影響鍍覆層的完整性和外觀。如果焊縫上有氣孔，不僅會影響鍍覆層的致密性，更嚴重的是氣孔中會滲入化學溶液，待零件表面干燥以后，氣孔中所含的溶液就會慢慢地滲出來，輕者在氣孔附近結霜，重者將會腐蝕孔周圍的鍍覆層。

4、在零件表面上如有金屬或非金屬雜質（如未除盡的封存油脂、油漆標記、劃線的涂色、銅跡，經探傷檢查后未除盡的磁粉或熒光粉等）粘附，會影響鍍覆層在基體上的正常鍍覆、與基體的結合力和鍍覆層的連續性。

5、零件表面有銹蝕或存在明顯的銹蝕痕跡。

四、零件表面粗糙度的影響

零件的設計者在確定零件表面加工粗糙度的指標時，較多考慮的是產品的使用性能、裝配性能等因素，往往忽視零件表面粗糙度對鍍覆質量的影響。譬如，零件在進行電拋光或化學拋光時，零件處理前的表面粗糙度，明顯的影響著拋光后表面粗糙度的降低程度，零件拋光前的表面粗糙度越低，拋光后表面粗糙度的降低幅度就越大。對具有孔隙率質量指標要求的鍍覆層來講，零件鍍前的表面粗糙度越低，越容易獲得無孔隙的鍍覆層，反之，即使增加覆蓋層的厚度，有時候仍難以獲得無孔隙的鍍覆層。此外，零件表面的粗糙度越大，鍍覆表面的真實面積與計算面積之間的偏差就越大，當表面粗糙度小的零件與粗糙度大的零件在同樣的電流下電鍍時，鍍覆層達到同樣平均厚度所需的時間，前者將明顯的少于后者。當鍍覆具有內孔、內螺紋的零件時，表面粗糙度大了之后，不僅降低鍍速，還明顯的影響深凹部位鍍層鍍入的深度及鍍層的均勻性。零件鍍前表面粗糙度大了之后，還會降低鍍覆層的外觀和耐蝕能力。

除非零件表面粗糙度大對產品的使用性能有特別的作用之外，應該盡可能的降低零件鍍前表面的粗糙度，至少應該低于圖紙上規定的零件最終的表面粗糙度值。實踐證明，采用具有良好表面質量的型材、精密成型技術制造零件的毛坯、降低切削表面的粗糙度等提高零件鍍前表面質量的措施，對提高零件表面鍍覆層的質量，減少不合格品，降低零件總的制造成本具有顯著的效果，現已逐步成為設計人員和制造工藝人員的共識。

五、零件結構的影響

在要求鍍覆的零件中，常會遇到將邊棱折疊或卷邊的金屬薄板件、用搭接焊或點焊組合的零件、其他留有縫隙沒有進行滿焊的焊接件、用壓配合或鉚接方法連接的組合件等類零部件，它們的缺陷就是在零件上留下可容留化學溶液的縫隙或孔穴，鍍覆之后，不僅縫隙或孔穴內容留的溶液會在工序間被帶來帶去，使工作溶液遭到污染，另一方面殘留在縫隙或孔穴中的溶液干固后，將成為日后零件在自然環境下使用時，使零件產生縫隙腐蝕和破壞鍍覆層的主要腐蝕介質。

電鍍企業遇到上述類形的零部件時，需要與用戶進行技術協調，要求零部件制造企業設法封閉零部件上存在的縫隙與孔穴，或者雙方制訂專項的驗收技術規范。

六、冶金因素的影響

冶金因素是造成零件表面上存在宏觀或微觀的物理和化學不均一現象的主要原因。由于零件表面物理和化學的不均一，導致鍍覆層的質量受到明顯的影響。譬如，基體材料的化學組成、熱成型方法、冷塑成形方法、熱處理方法和化學熱處理方法等對鍍覆過程特別是轉化膜處理過程的影響很大。

金屬材料中含有的元素種類和數量決定了材料的牌品、規格和金相組織特點。具有固溶體金相組織的金屬，通常自身都有較好的耐蝕性，表面很容易被鈍化或氧化，如果沒有使表面很好活化的措施，就很難在這種金屬表面上獲得與基體結合牢固的鍍覆層，也很難在其上面獲得質量好的轉化膜層。具有多相金相組織的金屬，隨所含的元素種類和含量的不同，金屬表面上的化學不均一性差異很大。它不僅影響金屬表面鍍前活化處理的質量，還影響鍍覆層的質量。譬如，合金鋼中如Cr、W、Ni、Mo、V 等合金元素的含量總和超過5%，在這種鋼材的表面上就很難進行磷化或堿性氧化；在變形鋁合金中如果銅的含量超過5%，就很難在其表面上獲得硬度比較高、膜層比較厚的硬質陽極氧化膜；對壓鑄鋅合金來講，如果合金中鋁、銅、鎂等金屬的含量以及明顯影響電鍍質量的鉛、錫、鎘等雜質金屬的含量超過規定的指標，就很難在其表面上獲得合格的鍍覆層。

鑄造零件表面往往存在較多不利于獲得良好鍍覆層的鑄造缺陷，譬如，鑄造表面的粗糙度大，常存在化學成份的偏析和非金屬的夾雜，組織內部氣孔、疏松多，影響鍍層和轉化膜的質量。采用壓鑄方法制造鋁合金和鋅合金零件的毛坯，大大地減少了鑄造的缺陷，降低了表面粗糙度。用冷鐓、冷擠壓、冷沖壓等方法制造的零件，尺寸精度、表面質量均比鑄造好，但是也存在其他一些缺陷，譬如，在冷變形表面易存在拉溝、折疊、劃傷、夾雜氧化物等表面缺陷。在冷變形表面出現加工硬化應變強化層，變形程度越大，加工硬化層就越深。由于加工硬化表面很難活化，因此，很難在其表面上獲得與基體的結合力好的鍍層，也難以在這種表面上形成良好的轉化膜層。

粉末冶金也是一種少切削的零件成型方法。用這種方法制造的零件增多，像磁性材料成型零件。其基體組織是否致密、零件表面是否有裂紋、是否有可見的針孔等缺陷，影響著鍍層的質量。零件進行熱處理會影響零件表面鍍覆和轉化膜處理的質量。零件使用傳統的加熱方法進行熱處理后，在零件表面上形成一層氧化膜層。將這層妨礙鍍覆的氧化膜除去之后，改變了零件的基體尺寸（縮小或增加了相當于氧化膜厚度的尺寸）；零件熱處理后，在不再加工的表面上保留有氧化物，不僅影響鍍覆的質量，反而增加了清除這部分氧化物的難度。

用高強度鋼或超高強度鋼制造的零件經過熱處理后，如果其抗拉強度大于1800Mpa，在鍍覆或進行轉化膜處理時，極易使高強度零件產生氫脆，因此，除非有特殊的需要并已經采取了經過反復驗證的有效防范措施，一般不采用表面處理過程中會伴隨有氫產生的表面處理方法進行處理。可以用熱處理強化的鋁合金，常通過不同的淬火和時效規范來調節其金相組織和機械性能，在這些鋁合金表面上進行鋁的陽極氧化和硬質陽極氧化時，膜層的厚度、致密性、硬度、耐蝕性等性能，受制于鋁合金淬火和時效的規范。通常鋁合金的時效溫度越高，時效時間越長，就越難在其表面上獲得性能優良的氧化膜。當多方面優選鋁硬質陽極氧化的工藝規范和改變電源波形，如仍難以獲得質量滿意的氧化膜時，通常可以與工藝技術人員進行技術協商，通過適當的調節鋁合金的熱處理規范，改善氧化膜層的質量。在鋼鐵零件表面進行局部滲碳、滲氮或氰化后，雖然能夠提高局部表面的強度，但卻造成了零件表面宏觀的化學不均一性。當這類零件進行轉化膜處理時，經過化學熱處理的表面與不經過化學熱處理的表面上的膜層外觀、厚度、耐蝕性是不一致的。