铜－铅合金轴瓦电镀中低温去油工艺的研制
倪群宇
（上海菲特尔莫古轴瓦有限公司，上海２０００７２）
中图分类号：ＴＱ １５３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００－４７４２（２０１３）０６－００４８－０２
０ 前言
我公司主要从事各类工矿机械发动机的曲轴轴瓦、连杆轴瓦、凸轮轴瓦、衬套、止推片的生产。轴瓦材料主要是钢背铝基合金和钢背铜－铅合金等复合材料。
为了提高轴瓦材料的表面性能，必须在轴瓦内表面（即合金面）电镀一层比较软的减摩镀层，即电镀铅－锡－铜和铅－锡镀层。
我公司铜－铅合金轴瓦电镀采用的是氟硼酸盐镀铅－锡－铜合金工艺，其中去油工序采用高温电解去油（温度在８５～９５℃）。在加热时碱雾较多，虽然采用了吸风装置，但还是较呛人。我公司的挂具绝缘材料采用的是聚丙烯，由于去油温度高，在使用一段时间后挂具容易变形破损，挂具表面经常会有铅－锡－铜合金微粒沉积，影响轴瓦镀层厚度和电镀质量。为解决这些问题，笔者进行了中低温去油工艺的研究。
１ 工艺配方和工作条件的确定
１．１ 工件表面油污状况
在电镀前，轴瓦一般需经过以下几道工序：压弯整形→车二端面→倒内外角→冲缺→拉半径高→车油槽→冲孔→去毛刺→精镗内径。在压弯整形前，要在轴瓦表面涂上一层机油。通常机加工的流程需２周，然后才运送到电镀车间进行电镀。如果流转时间长的话，还需在轴瓦表面涂上防锈油，以防止钢背面生锈。因此，电镀前的轴瓦本身已含有大量的油污，特别是有油槽的轴瓦，其油污更难清洗。另外对于铜－铅烧结轴瓦，由于铜－铅材料的孔隙率大，渗入到基体的油污用一般的除油方法难以去除。
１．２ 研制新工艺的原则
（１）由于我公司原来的去油温度太高，既浪费能源，又危害操作工人的身体健康。因此，考虑将新工艺的去油温度控制在中低温范围。这样做具有如下优点：降低能耗；改善工人的操作环境；挂具不易变形，延长挂具的使用寿命。
（２）由于环形生产线的生产节拍已定，去油工序的时间只有１５０ｓ，因此，选用的化学品必须既有乳化和皂化作用，又能渗入油污使其迅速剥离。
（３）由于生产线的限制，在去油后只有一道清洗工序。如果去油液中含有大量表面活性剂，则会带入酸洗液中，影响酸洗效果和镀层质量。而且大量有机物进入电镀废水中，会影响ＣＯＤ的达标排放。所以去油液最好不含大量表面活性剂。
１．３ 试验过程
在试验初期，选用了某化工厂的脱脂剂。电解去油配方及工艺条件：脱脂剂３０ｇ／Ｌ，８Ａ／ｄｍ２，１５０ｓ。电解去油、酸洗、镀镍、镀铅－锡－铜合金模拟生产线条件。
控制电解去油温度为５０℃，配制时即发现溶液有大量泡沫。电解去油反应时产生大量泡沫，用一道清洗轴瓦上仍有大量泡沫，需反复清洗多次。轴瓦合金表面和钢背面油污去除干净。按ＪＢ／Ｔ９７６３—１９９９划痕法检测镀层的结合力。结果表明：镀层的结合力良好，不剥落。
控制电解去油温度为６０℃，电解去油反应时产生大量泡沫，用一道清洗轴瓦上仍有大量泡沫，需反复清洗多次。轴瓦合金表面和钢背面油污去除干净。按ＪＢ／Ｔ ９７６３—１９９９划痕法检测镀层的结合力。结果表明：镀层的结合力良好，不剥落。
由上述试验结果可以看出：虽然该脱脂剂可以去除油污，但该产品中存在较多表面活性剂，泡沫较多，需要反复清洗，因而不适合在我公司的自动生产线上使用。
翻阅了大量资料，经过多次试验。但由于生产条件的局限，要找到合适的工艺并不容易。例如我曾选择以下工艺进行试验，结果都没达到要求。
（１）配方１
磷酸三钠１５ｇ／Ｌ，碳酸钠２０ｇ／Ｌ，氢氧化钠１０ｇ／Ｌ，ＴＸ－１０ ５ｇ／Ｌ，８Ａ／ｄｍ２，４５～５５℃，１５０ｓ。采用该配方电解去油后，轴瓦钢背面的油污未去除干净，轴瓦合金面的油污去除干净。
（２）配方２
磷酸三钠１５ｇ／Ｌ，碳酸钠２０ｇ／Ｌ，氢氧化钠１０ｇ／Ｌ，十二烷基硫酸钠１ｇ／Ｌ，８Ａ／ｄｍ２，４５～５５℃，１５０ｓ。采用该配方进行电解反应时，溶液产生大量泡沫，一道清洗后轴瓦表面仍有大量泡沫，轴瓦钢背面和合金面的油污去除干净。
最后经过反复试验和筛选，并到生产线上试生产，不断改进和完善，确定了适合我公司轴瓦生产的中低温去油配方：磷酸三钠１５～３０ｇ／Ｌ，碳酸钠２０～３０ｇ／Ｌ，氢氧化钠１０～３０ｇ／Ｌ，ＨＪ添加剂１～５ｇ／Ｌ，８～１０Ａ／ｄｍ２，４５～５５℃，１５０ｓ。
２ 溶液成分及工艺条件的影响
２．１ 溶液成分的影响
２．１．１ ＨＪ添加剂的影响
ＨＪ添加剂是一种含有磺基基团的含氮化合物，在溶液中起润湿和乳化作用，可以渗入油污使其迅速剥离，除油效果显著。ＨＪ添加剂的质量浓度过低时，不能润湿轴瓦钢背面，去油不干净；ＨＪ添加剂的质量浓度过高时，在基体表面吸附过强，不易清洗，镀层出现露基体的现象。ＨＪ添加剂的质量浓度可在较大范围内变动，为节约成本，确定其质量浓度为１～５ｇ／Ｌ。
２．１．２ 氢氧化钠的影响
氢氧化钠在溶液中起皂化作用。它使本来不溶于水的油脂变成可溶于水的肥皂和甘油。反应式如下：
（Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯ）３Ｃ３Ｈ５＋３ＮａＯＨ＝３Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯＮａ＋Ｃ３Ｈ５（ＯＨ）３（１）
氢氧化钠的质量浓度过低时，皂化反应几乎不能进行；氢氧化钠的质量浓度过高时，肥皂的溶解度反而降低，而且会使金属表面发生氧化，腐蚀有色金属。一般氢氧化钠的质量浓度在１０～１００ｇ／Ｌ范围内均可，但考虑到成本，确定其质量浓度为１０～３０ｇ／Ｌ比较适宜。
２．１．３ 碳酸钠和磷酸三钠的影响
碳酸钠在溶液中起缓冲和乳化作用。磷酸三钠在溶液中起缓冲、乳化和润湿作用。碳酸钠的质量浓度为２０～３０ｇ／Ｌ，磷酸三钠的质量浓度为１５～３０ｇ／Ｌ。
２．２ 工艺条件的影响
２．２．１ 温度的影响
温度较低时，去油反应不能很好地进行，轴瓦表面的油污除不干净；温度较高时，反应过程中会有呛人的气味产生，不利于操作工人的身体健康。因此，确定最佳的温度在４５～５５℃之间。
２．２．２ 电流密度的影响
我们采用的是阳极电解去油，在反应时轴瓦表面析出氧气，反应式如下：
４ＯＨ—－４ｅ＝Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ（２）
反应时轴瓦受直流电的作用发生极化反应，使轴瓦／溶液界面的张力降低，溶液易于润湿并渗入油膜下的轴瓦表面。同时，析出的大量氧气猛烈撞击油膜，对溶液产生强烈搅拌，加强油膜表面溶液的更新，油膜被分散成细小油珠脱离轴瓦表面而进入溶液中形成乳浊液。
电流密度较低时，去油反应不能很好地进行，轴瓦表面的油污除不干净，镀层的结合力不良；电流密度较高时，反应剧烈，合金表面腐蚀严重。因此，确定最佳的电流密度在８～１０Ａ／ｄｍ２之间。
３ 结论
反复试验和生产实践表明：该工艺可完全去除轴瓦的油污，镀后产品的结合力良好。由于采用中低温去油工艺，既降低能耗，又改善操作环境。而且挂具在该溶液中不易变形，减少了挂具的更换，从而降低电镀成本。同时ＨＪ添加剂是非高分子表面活性剂，不会影响废水中ＣＯＤ的达标排放。
