鑄鐵以耐磨性好、成本低、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、消振性好、缺口敏感性低以及容易切削加工等優(yōu)點(diǎn)，在汽車(chē)、航天、造船等行業(yè)得到廣泛應用。但鑄鐵表面容易銹蝕，生銹后很難處理，裝飾性差，需要通過(guò)后續處理來(lái)改善其表面性能。電鍍可有效改善鑄鐵件的外觀(guān)和耐腐蝕性能，已成為推廣應用和研究的熱點(diǎn)。

1·鑄鐵件的特殊性和電鍍對策

與軋制、鍛造鋼等其他基材相比，鑄鐵件加工工藝特殊，結構復雜，電鍍也相對困難。針對鑄鐵件的特殊性，采取的電鍍對策是：

(1)鑄鐵件表面含碳量高，表面殘留大量型砂或碳硅化合物，氫在碳上的過(guò)電位低，易析出而產(chǎn)生大量氣泡[1]，在給定電流下難以達到金屬沉積的電位，鍍層不易生長(cháng)，因此鑄鐵件電鍍鋅鎳合金只能選擇電流效率高的酸性系統(酸性鋅鎳合金電流效率為90%左右，堿性鋅鎳合金僅在50%左右)。鑄鐵件的結構一般比較復雜，因此也要采用分散性強和覆蓋能力好的電鍍溶液。

(2)鑄鐵基材結構疏松，多孔，存在大量砂眼和縮孔，表面粗糙，凹凸不平，因此微觀(guān)電鍍表面積比宏觀(guān)面積大很多，導致實(shí)際電流密度比表觀(guān)電流密度小得多，因此不僅要采用酸性電鍍體系，起始電流也應比其他鋼基材大1~2倍。通過(guò)大電流沖擊瞬間激活表面，才能使疏松表面被致密鍍層覆蓋[2]。

(3)鑄鐵件表面在高溫鑄造過(guò)程中會(huì )形成一層不導電的氧化膜，阻礙鋅鎳合金鍍層生長(cháng)。因此電鍍之前必須徹底去除表面的氧化皮。鑄鐵件的一般加工過(guò)程為：鑄造─拋丸─機加工。拋丸是鑄鐵件電鍍的重要處理步驟，主要利用噴砂機械打擊表面，不僅可去除氧化皮，而且使澆鑄時(shí)形成的高碳層脫落，造成微觀(guān)粗糙，有利于提高鍍層結合力，因此拋丸的質(zhì)量直接影響鑄鐵件的電鍍質(zhì)量。

(4)在加工過(guò)程中，鑄鐵件表面會(huì )殘留大量的油脂、潤滑油和冷凍劑，以及來(lái)自鑄模的殘留物，噴砂殘留的砂粒和鐵屑在儲存過(guò)程中受外界影響會(huì )生成氧化膜等不溶性污染物，而且鑄鐵表面本身就存在大量石墨，因此鑄鐵件需要通過(guò)特殊的酸洗和超聲波清洗等前處理工序，才能形成潔凈、均勻潤濕、導電性好、容易電鍍的表面。

2·鑄鐵件電鍍工藝

目前鑄鐵件較多采用工藝和設備相對簡(jiǎn)單的酸性鍍鋅工藝，但鍍鋅層防腐能力較差，不能滿(mǎn)足汽車(chē)等行業(yè)的高耐蝕性要求，鋅鎳合金鍍層雖然可大大提高耐腐蝕性能，但由于酸性電鍍鋅鎳合金工藝比較復雜，過(guò)程控制比較困難，一直難以大規模推廣應用。近年來(lái)，隨著(zhù)化學(xué)和機械制造工藝的快速發(fā)展，鑄鐵件酸性電鍍鋅鎳合金工藝性能大大提升，生產(chǎn)過(guò)程控制也日益成熟，成了這幾年的研究熱點(diǎn)，并逐漸大規模推廣。

鑄鐵件電鍍鋅鎳合金主要有2種方式：酸性鍍鋅+堿性電鍍鋅鎳合金，或直接酸性電鍍鋅鎳合金。前者為了解決鑄件不能直接堿性電鍍的問(wèn)題，采用酸性鍍鋅打底，但在冷熱交替的情況下，雙鍍層之間結合力不好，容易脫落，并且工藝過(guò)程更復雜，厚度、鎳含量等質(zhì)量控制風(fēng)險較大。不同電鍍工藝的特點(diǎn)見(jiàn)表1。

3·酸洗電鍍鋅鎳合金工藝

3.1工藝流程

超聲波清洗─水洗─熱浸除油─水洗─酸洗─水洗─超聲波清洗─水洗─電解除油─水洗─40%(體積分數)鹽酸活化─水洗─電鍍─水洗─2%(體積分數)硝酸出光─水洗─鈍化─水洗─封閉─流平─干燥。

3.2鍍前處理

3.2.1超聲波清洗

鑄鐵組織結構疏松、孔隙率高，表面殘留的灰塵、砂粒等不溶性的污染物通過(guò)一般的清洗方式難以徹底清除。超聲波清洗利用強大的沖擊波能滲透到工件表面孔隙里，使鑄鐵件表面徹底清洗干凈[3]。如圖1a和圖1b所示，經(jīng)超聲波清洗后，鑄鐵件表面較為潔凈。

3.2.2熱浸除油

熱浸除油直接決定了鑄鐵件前處理和電鍍的成敗，因為酸和水都與油脂表面不相容，除油不徹底不僅會(huì )導致后續酸洗失敗，而且會(huì )形成不均勻的潤濕表面，造成電鍍缺陷。如何評價(jià)鑄鐵件粗糙表面熱浸除油的效果也是比較困難的，一般可以通過(guò)評價(jià)銹蝕的辦法來(lái)判斷。評判方法和步驟為：(1)熱浸除油后，把零件從掛具上取下，完全浸于水中清洗;(2)對清洗后的工件進(jìn)行酸洗，再超聲波清洗;(3)將工件置于空氣中30min，檢測銹蝕情況。如圖2所示，鑄鐵件表面銹蝕均勻表示除油比較徹底。經(jīng)過(guò)有效的除油工序后，鑄鐵件表面形成了如圖1c中所示均勻的可潤濕表面。影響除油效果的主要因素有溫度、時(shí)間、攪拌、堿含量以及表面活性劑。溫度太低、時(shí)間太短、攪拌不充分、表面活性劑含量太低等都會(huì )導致除油不徹底。堿一般選用微量NaOH，含量太低時(shí)除油不徹底，含量太高又會(huì )破壞基材，影響電鍍質(zhì)量。

3.2.3酸洗

酸洗是保證鍍層結合力良好的關(guān)鍵，從圖1d中可以看出，其主要作用有4點(diǎn)：(1)去除鑄件表面的氧化皮和銹蝕;(2)去除表面加工后殘留的鐵屑;(3)腐蝕掉一部分鐵基體，使碳粒露出表面，便于后續碳粒脫落;(4)使表面的微孔由閉孔狀態(tài)轉化為開(kāi)孔狀態(tài)，便于后續清洗和電鍍。酸洗一般采用稀鹽酸，時(shí)間為5~10min。時(shí)間太短，達不到酸洗的效果;時(shí)間太長(cháng)，表面會(huì )裸露太多的碳，影響電鍍質(zhì)量。

3.2.4超聲波清洗

酸洗后，鑄鐵表面殘留了大量碳粒和石墨，會(huì )降低氫的過(guò)電位，導致大量析氫，阻礙金屬沉積，因此必須去除表面的碳。如圖1e所示，利用超聲波振蕩清洗(非化學(xué)過(guò)程)，使表面碳粒、石墨脫落，露出可電鍍的金屬表面。超聲波頻率一般為25~40kHz/min，頻率過(guò)高或過(guò)低都會(huì )影響脫碳效果。經(jīng)超聲波清洗和未經(jīng)超聲波清洗的表面明顯不同，如圖3所示。未超聲波清洗的表面比較黑，可能是由于表面存在大量黑色碳粒和石墨，而經(jīng)過(guò)超聲波清洗的表面呈金屬光澤。超聲波清洗是鑄鐵件前處理必須采用也是最為重要的工序之一，直接決定了鑄鐵件電鍍的成敗。

3.2.5電解除油

電解除油是為了進(jìn)一步清潔鑄鐵件表面，特別是徹底去除前面工序沒(méi)有溶解的細小雜質(zhì)顆粒，使之形成如圖1f所示的更加均勻、潤濕的表面，以提高鍍層的結合力。鑄鐵件一般采用陰極電解除油，清洗劑采用堿性螯合物，對電極一般為低碳鋼，電流約5.5A/dm2。應注意控制陰極電解除油的時(shí)間和電流，避免發(fā)生氫脆而影響鑄鐵件強度。

3.3電鍍

鑄鐵件酸性電鍍鋅鎳合金主要有硫酸鹽體系和氯化物體系，氯化物電鍍體系具有導電性好、分散性好、電流效率高、沉積速率快、氫脆性低、光亮度好、易實(shí)現常溫操作等優(yōu)點(diǎn)而研究得較多[4-5]。目前投入實(shí)際生產(chǎn)的電鍍生產(chǎn)線(xiàn)也大都采用氯化物體系。電鍍設備方面，與堿性電鍍鋅鎳合金相比，酸性電鍍鋅鎳合金更加復雜。如圖4所示，堿性電鍍鋅鎳合金一般采用鋅陽(yáng)極，鎳通過(guò)溶液添加，而酸性電鍍鋅鎳合金一般采用兩組可溶性陽(yáng)極，即鋅陽(yáng)極和鎳陽(yáng)極，二者的面積比一般為(4∶1)~(8∶1)，并采用2個(gè)整流器，電流比一般也為(4∶1)~(8∶1)。建議的鍍液體系為：KCl210~250g/L，ZnCl240~70g/L，NiCl2·6H2O90~120g/L，H3BO320~30g/L，配位劑、光亮劑和緩蝕劑適量。

3.4后處理

鑄鐵件電鍍后一般選用稀硝酸(約3%)進(jìn)行化學(xué)拋光，可提高鍍層光亮度和平整度，改善鈍化膜外觀(guān)和牢固度。鑄鐵件表面為多孔結構，孔內極易殘留酸堿溶液，不僅造成鍍層發(fā)黑、發(fā)暗，而且會(huì )大大降低鍍層的耐腐蝕性能，因此鑄鐵件的鍍后清洗非常重要。一般采用熱水和冷水交替清洗2~3次，再進(jìn)行鈍化處理。熱水清洗時(shí)，可使滲入鑄鐵孔隙內的鍍液因受熱膨脹而溢出，用冷水清洗時(shí)恰好相反，即冷水進(jìn)入孔隙內，可防止表面泛白。注意熱水清洗的水溫不能過(guò)高，一般為80°C;時(shí)間不能太長(cháng)，一般為1~2min，否則會(huì )使鍍層表面生成氧化膜，第一個(gè)熱水槽容易受電鍍液污染，必須經(jīng)常更換。與其他基材電鍍鋅鎳合金一樣，鍍層必須經(jīng)過(guò)鈍化和封閉處理，以提高防腐性能，改善外觀(guān)，并獲得均勻的銀色、黑色等不同顏色和光澤。

3.5常見(jiàn)故障的原因及對策

3.5.1鍍層黑斑

(1)前處理不干凈，微孔內殘留的油等污染物在烘干后滲出，污染了鍍層，應加強前處理。

(2)鈍化液有雜質(zhì)，應去除雜質(zhì)或更換鈍化液。

(3)電鍍液有雜質(zhì)，應加強鍍液維護。

(4)電鍍后清洗不充分，鍍液殘留在孔洞中，在一定濕度下殘液遷移到表面，腐蝕鍍層而產(chǎn)生黑斑。應加強電鍍后清洗。

3.5.2鍍層發(fā)暗

(1)鈍化時(shí)間太長(cháng)，應縮短鈍化時(shí)間。

(2)電鍍后熱水清洗時(shí)間太長(cháng)，應選擇適當的清洗時(shí)間。

(3)添加劑不足，應補充添加劑。

3.5.3鍍層有針孔、麻點(diǎn)

(1)基材表面孔洞太多，導致基材太粗糙，應改善鑄造工藝。

(2)基材拋丸不良，應調整拋丸壓力、時(shí)間等參數及丸粒的材料、尺寸和硬度。

(3)前處理不干凈，表面存在污染物或石墨，應加強前處理。

(4)鍍液中含有固體雜質(zhì)，應加強鍍液的過(guò)濾處理。

3.5.4鍍層鼓泡、起皮

(1)基材前處理不徹底，表面殘留氧化膜、石墨等雜質(zhì)，應加強前處理工序。

(2)電鍍后清洗溫度不合理，過(guò)度熱脹冷縮，應選擇合適的冷熱水清洗溫度。

(3)酸洗液濃度過(guò)高，或者陰極電解時(shí)間太長(cháng)，電流太大，導致前處理析氫嚴重，電鍍后烘干時(shí)氣體膨脹，形成氣泡。應適當降低酸洗濃度，調整陰極電解的時(shí)間和電流。

(4)鍍槽中有機物等雜質(zhì)多，應加強鍍液維護。

3.5.5鍍層局部不上鍍

(1)零件結構太復雜，或掛具設計不合理，工件局部形成電流盲區。應調整掛具，優(yōu)化結構設計。

(2)初始電流密度太小，應適當提高初始電流密度。

(3)前處理不當，表面有油污、石墨、氧化皮殘留，導致無(wú)法形成鍍層，應加強除油、酸洗、超聲波清洗工序。

3.5.6鍍層脆性大

(1)鍍層鎳含量太高，應調整陽(yáng)極面積和電流密度比例。

(2)鍍液中有機雜質(zhì)多，應去除鍍液中的雜質(zhì)。

(3)鍍液溫度過(guò)高，應適當降低鍍液溫度。

4·結語(yǔ)

鑄鐵件電鍍雖然難度較大，工藝相對復雜，生產(chǎn)過(guò)程問(wèn)題多，但通過(guò)采用自動(dòng)化的控制設備，加強每道工藝的過(guò)程控制，便可實(shí)現穩定的批量化生產(chǎn)。國內的鑄鐵件酸性鋅鎳合金工藝雖然研究得較早[6-7]，但實(shí)際應用進(jìn)展比較緩慢。近年來(lái)隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，酸性鋅鎳合金大規模地應用于汽車(chē)制動(dòng)鉗，出現了一些自動(dòng)化程度較高的鋅鎳合金電鍍線(xiàn)，但其技術(shù)仍被國外鍍液廠(chǎng)商壟斷，成本較高，因此國內電鍍廠(chǎng)商需要不斷研究國產(chǎn)電鍍鋅鎳合金工藝的實(shí)用性，通過(guò)優(yōu)化鍍液體系，提高國產(chǎn)電鍍設備的自動(dòng)化程度，以提高質(zhì)量穩定性，降低生產(chǎn)成本。

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