石磊 *，王光明，许峰源，张琦，张明晓，石勇

（1.山东建筑大学材料科学与工程学院，山东 济南 250101； 2.济南浩金表面技术有限责任公司，山东 济南 250101；3.济南世纪金声科技有限公司，山东 济南 250101）

20 钢套环是货运火车车厢上重要的零部件，大量应用在车厢制造中。20 钢套环电镀前经过热处理，表面存在大量氧化层和锈蚀痕迹。采用一般方法对20 钢套环表面进行电镀，耗时长，镀层厚度不均匀，结合力

不好，表面易起皮。针对这些问题，必须寻找一种镀液分散能力和覆盖能力好，所得镀层与基体结合力好的滚镀工艺。

基体20 钢套环的长为2.75 cm，下部外径、内径分别为3.42 cm、1.92 cm，上部外径、内径分别为3.14 cm、1.92 cm。为解决上述问题，在查找电镀工艺缺陷的同时，还对20 钢套环基体进行检测，其外观照片和金相组织见图1。

图1 20 钢套环的外观和金相组织Figure 1 Appearance and metallograph of 20 steel ring

从图1可看出，20 钢套环主要由铁素体和碳化物组成，碳化物呈链条状，边缘部分存在一定的托氏体。大量碳化物的存在使20 钢套环不易上镀[1]。

本文采用一种覆盖能力和分散能力良好的滚镀锌工艺，并配合三价铬钝化工艺，符合环保电镀的要求。

1 工艺介绍

滚镀锌工艺流程为：滚光─水洗─上件─活化─水洗─滚镀锌─水洗─出光─水洗─三价铬钝化─热水洗─热风甩干─浸蜡。

1.1 滚光

20 钢套环放入滚光桶中，加入一定数量的直径约为套环内缘半径的钢球，再加入适量体积分数为50%的盐酸溶液，加入少量缓蚀剂，滚光处理约15 min，表面呈银白色，光泽度较好。

1.2 活化

将滚筒放入盛有体积分数为3%～5%的盐酸溶液的活化槽中，活化2～8 s，水洗后滚镀锌。

1.3 滚镀锌

氯化锌 65～70 g/L

氯化钾 210～220 g/L

硼酸 30～40 g/L

BH-51 柔软剂 20～40 mL/L

BH-51 光亮剂 1～3 mL/L

θ30～40 °C

pH 4.8～5.6

Jk3.0～5.0 A/dm2

装载量 30～40 kg

滚筒转速 7～8 r/min

t25～35 min

BH-51 柔软剂和BH-51 光亮剂由广州二轻工业科学技术研究所生产。该配方取自钾盐镀锌配方的高限，目的是使镀液具有更好的分散能力和导电性，缩短电镀时间。

1.4 出光

将滚筒浸入质量分数为0.5%的稀硝酸出光槽中，保持2～5 s，水洗后钝化。

1.5 三价铬钝化

硝酸铬 20～60 g/L

柠檬酸钠 35～65 g/L

钴盐 24～44 g/L

θ室温

pH 1～3

t8 s

硝酸铬是形成锌铬氧化物钝化膜的主要成分，构成了钝化膜的“骨架”，使膜层呈蓝白色。柠檬酸钠为配位剂，控制成膜速率和钝化液稳定性[2]。钴盐的主要作用是调整钝化膜的外观与耐蚀性。钝化后洗净，于60～70 °C 下热风甩干。

1.6 浸蜡

石蜡加热至60～65 °C，将电镀好的20 钢套环放入涂覆桶，在离心力作用下使套环表面形成一层蜡膜，目的是提高镀层的耐蚀性和减少摩擦力，便于装配。

2 镀锌层性能

2.1 镀层厚度

采用JSM-6380LA 型电子扫描电镜(日本电子公司)测定镀锌层厚度[3]，图2为放大1 000 倍的截面照片。

图2 锌镀层厚度的测定Figure 2 Measurement of Zn coating thickness

从图2看，套环外壁的镀锌层厚度为15～16 μm，套环内壁的镀锌层厚度为5～6 μm，达到GB/T 9799-1997《金属覆盖层 钢铁件上的锌电镀层》的要求，且厚度均匀。

2.2 附着力

附着力测试采用GB/T 5270-2005《金属基体上的金属覆盖层 电沉积和化学沉积层 附着强度试验方法评述》中的剥离试验和划痕试验。剥离试验为：采用25 mm 宽、附着力为8 N 的纤维胶带(3M 公司8934 测试胶带810#)，用2 kg 的辊子贴于试验的镀锌层上，排除所有气泡，间隔10 s 后，在胶带上用一个垂直于镀锌层表面的稳定拉力将胶带拉去，未发现镀层从基体剥落，表明镀锌层与基体的结合力较强。划痕试验为：采用30°锐刃的硬质钢划刀，在试样表面划6 条间距均为2 mm 的平行线，在划平行线时，以足够的压力一次刻线即穿过镀锌层直至基体，未发现有镀锌层从基体脱落，表明镀锌层与基体结合紧密。

2.3 显微硬度

显微硬度测试按GB/T 9790-1988《金属覆盖层及其他有关覆盖层维氏和努氏显微硬度试验》。将镀件置于温度为(23 ± 5) °C 的环境中，在镀锌层断面上施加标准试验力0.245 N，试验力保持时间10～15 s，测得套环外壁镀层的硬度为163.0 HV、154.4 HBW，内壁镀层的硬度为152.8 HBW。

2.4 外观

按GB/T 9799-1997《金属覆盖层 钢铁件上的锌电镀层》的要求和GB/T 5926-1986《轻工产品金属镀层和化学处理层的外观质量测试方法》所述方法检测镀层外观。具体为：将镀件放在光线充足或等同60 W日光灯的照明条件下，距离工件30 cm 进行观察，未发现镀层有起泡、孔隙、粗糙、裂纹或局部漏镀现象。

2.5 耐蚀性

盐雾试验按GB/T 10125-1997《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》中的中性盐雾试验进行。结果显示，试验96 h，镀层未出现腐蚀点。这表明20 钢套环表面的镀锌层较紧密，厚度均匀，有效发挥了其防止腐蚀的功能。

3 结语

镀锌层与基体结合紧密，表面无起泡、孔隙、粗糙、裂纹或局部漏镀现象，外观符合国家规定的相关标准，硬度、耐腐蚀达到使用要求，使用三价铬钝化符合环保要求。本工艺适用于20 钢套环的表面处理，解决了20 钢套环不易上镀的问题。

[1]曾华梁.电镀技术问题对策[M].北京:机械工业出版社,2006:172-175.

[2]曹立新,石金声,石磊,等.电镀溶液与镀层性能测试[M].2 版.北京:化学工业出版社,2011.

[3]郑凯,韩玉华,胡晓辉,等.铸钢件表面镀锌层的质量评价[J].电镀与精饰,2011,33 (11):8-10,21.