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鱼骨分析法处理:氰化镀锌层表面发雾故障

放大字体  缩小字体发布日期:2019-06-27  作者:王晴晴崔军程宗辉   浏览次数:94
核心提示:镀锌层主要用于钢铁件的防护,能够提高钢铁件的耐蚀性及使用寿命,产品钝化后不仅外观漂亮,耐蚀性更增加十几倍。然而,锌层表面

镀锌层主要用于钢铁件的防护,能够提高钢铁件的耐蚀性及使用寿命,产品钝化后不仅外观漂亮,耐蚀性更增加十几倍。

然而,锌层表面故障的出现会严重影响镀层的耐蚀性,进而降低产品的使用寿命。实际生产中,最多见的就是表面发雾的现象。

有研究和实践经验总结得出,镀锌层表面发雾多是因为产品表面存在油污、槽液金属杂质离子偏高及有机添加剂偏高造成的。提供的排除方法主要有2次镀锌、电解和过滤等方法。

本文主要以在生产过程中出现的氰化镀锌层表面发雾故障为例,通过对生产流程中涉及的因素进行分析得出产生的原因,并经过有效处理、排除的过程。

正常生产的氰化镀锌零件钝化后表面带有黄色、绿色等色调的彩虹色,如图1(a)所示。

表面发雾后的氰化镀锌零件钝化后,表面呈棕色,有些还带有褐色线条,如图1(b)所示。针对此种情况,排故小组展开了相关的分析及排故工作。

 


 

1、试验部分

1.材料及设备

材料为:30CrMnSiA,尺寸为100mm×50mm×2mm的试片;若干颗粒状活性炭;若干专用除杂剂。

设备为:1条氰化镀锌生产线;PinAAcle900F型原子吸收分光光度计。

2.试验方法

采用鱼骨分析法,从“人、机、料、法、环”5个方面分析各因素的影响,过程方法如图2所示。

 


 

2、初步原因分析

以往生产中曾出现过类似故障,更换新的钝化液后问题即会解决。在镀层未钝化前,表面状态与之前正常情况下几乎无差别,初步判断为钝化工序造成的。

平时生产中只分析钝化液的主要成分大小,不分析杂质成分及含量大小。为验证上述判断,按照调配工艺,配制一份新的钝化溶液,做对比试验。

试验过程中保持其他工序参数一致,后处理分别在新钝化液和旧钝化液中进行,最后水洗烘干。试验结果表明,经两种槽液钝化的试片表面都有发雾和褐色线条的现象。

这说明该次氰化镀锌层表面的异常不是钝化液造成的。

针对初步分析的原因没能够解决问题,需重新制定故障排除方案。

3、故障分析及排除

1.操作的因素

为彻底排除人员因素问题,取2件试片,由专业主管技术人员亲自跟踪指导,按照工艺流程开展试验。镀覆的锌层表面状态与之前几乎无差别,经过钝化后依然出现表面发雾和褐色线条现象。因此,排除操作原因。

2.工艺参数、工艺流程法的因素

通过向技术人员、操作人员确认,氰化镀锌工艺规程近期没有发生更改和换版,特别是工艺参数、工艺流程都和以前保持一致。另外,将工艺规程与参考标准进行对照分析,其重要参数和主要流程均符合要求。因此,排除工艺法的因素。

3.环境温度因素

故障发生虽时值冬季,但厂房供暖系统已打开,厂房温度满足GJB480A-95《金属镀覆和化学覆盖工艺质量控制要求》,在12℃以上。槽液加温系统也打开,显示温度在工艺规定范围内,槽内溶液温差满足HB5335-94《金属镀覆和化学覆盖工艺质量控制》要求,不大于11℃。因此,排除环境温度因素的影响。

4.电镀电源因素

通过分别对比电源的电流、电压的输入值与输出值,两者基本相符。使用万用表测试其纹波系数大小,满足HB5335-94《金属镀覆和化学覆盖工艺质量控制》要求,不大于10%。因此,排除电镀电源因素的影响。

5.槽液因素

通过仔细观察镀层的表面状态发现,镀层颜色要比以往的偏暗一些。经多方查找资料显示,此种现象应为金属杂质离子含量偏高所致。

查阅我厂《槽液分析》工艺规程,氰化镀锌槽液日常化验的金属杂质离子为铜离子和铁离子,通过原子吸收分光光度计测定两者均在合格范围内,含量如表1所示。

工艺指导书中没有要求日常生产中检测其他金属离子的含量。为进一步证明上述判断,取少量槽液,分析其他金属杂质离子的含量和种类。通过原子吸收分光光度计检测出了Pb2+、Ni2+两种金属杂质离子,其含量如表1所示。

 


 

研究表明,槽液内Pb2+含量不宜超过0.015g∙L-1,Ni2+含量不宜超过0.050g∙L-1分析槽液金属杂质离子产生的原因,通过了解生产安排及工人工作记录,发现近期有大量工装夹具类的产品在该槽液中加工过。

工装夹具的基体材料较为多样,含金属离子种类较多,在生产过程中存在工件掉落槽中发生腐蚀溶解的可能,进而导致槽液金属杂质离子含量偏高。

虽然不纯阳极溶解和化学药品纯度不够也会产生金属杂质离子,但该工艺中使用的锌阳极为1#锌,化学药品也没有更换过,故这两种因素导致杂质离子含量增加的可能性很小。

为除掉金属杂质离子的影响,对槽液进行了除杂处理。工艺规定除杂剂添加量如表2所示,日常生产每3个月除1次杂质。

按规定添加后,发现槽内反应剧烈,有大量小气泡产生,该现象说明槽内杂质含量较高,按照工艺规定添加除杂剂的量并不能完全沉淀杂质离子。

于是增大除杂剂的添加量采用持续、缓慢加入,反应程度逐渐变缓,直至停止。最终加入除杂剂的量达到3g∙L-1。

捞出表面悬浮物,并对槽液进行过滤处理,再次取槽液进行Pb2+、Ni2+分析,此时含量几乎为零。第2天镀覆试件后,与之前的对比,表面状态有明显改善,偏暗的现象有所缓解。

钝化后产品状态较好,可以正常生产。

 


 

跟踪第3天无异常现象发生。第4天后,槽液变成红棕色,与之前的澄清偏绿颜色有明显区别,镀覆层表面状态较好,但经过钝化后表面发暗,状态极差。

通过检查阳极发现,有黏稠的白色东西附着,原本完整的布套部分发生了溶解。通过了解,阳极上的布套为新购置的,与之前批次不同。槽液变成红棕色可能是阳极布套溶解造成的。

针对上述分析,采取更换阳极布套的方式,并采用颗粒状活性炭进行过滤。按工艺规定量(如表2所示)添加后,槽液颜色并未发生改变。于是采用持续、缓慢方式添加,边添加边搅拌,直至红棕色褪去,颜色恢复如初。

最后计算总的添加量达到4g∙L-1,远远超过了平时的添加量,说明槽液中混入了大量的有机杂质。过滤后,再进行镀覆试验,此时表面状态较好,钝化后表面呈黄色色调的彩虹色,没有发雾、发黑现象。

4、总结

表面处理属于特殊过程,其生产中涉及的环节较多,每个环节都有可能引发产品质量问题,因此生产中应注意加强管控。

氰化镀锌槽液中杂质对镀层质量影响较大,平时生产中应注意区分基体材料类型,不宜多种材质的产品同时放一个槽内生产。

日常生产中应定期分析化验金属杂质离子的种类和含量,特殊情况下,可增加化验的次数,包括对有可能存在的杂质的分析。另外,除杂频率不应只按规定的周期来执行,应将生产任务量大小考虑在内。

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