铜及铜合金酸洗钝化新工艺的应用

第一汽车集团公司化油器有限公司金永武

铜及铜合金酸洗钝化新工艺的应用

一汽化油器有限公司专业生产化油器及刹车阀。化油器是汽车发动机的心脏,刹车阀是汽车的重要保安件,所以对零件的加工精度、外观光泽及清洁度的要求比较严格,需进行酸洗钝化处理的铜及铜合金零件有60余种,年总加工面积达45000m2。

铜及其合金酸洗钝化原来采用高硝酸酸洗、中铬钝化工艺,酸洗钝化过程中温升很快,对零件的腐蚀量也较大,尤其易使那些局部精加工、其余部分有严重氧化皮或积炭层的零件的加工面出现过腐蚀现象,造成批量废品,同时酸洗过程中产生大量NO X,严重地污染环境及损害工人的身体健康,此外,钝化液中因铬酐含量偏高,造成生产成本也高,而且影响钝化后零件的表面光泽,排出的废水污染环境。针对以上问题,经过半年多的工艺试验,选定了铜及铜合金超低硝酸酸洗钝化工艺,又实现了槽边水幕系统回收NO X,一年多的生产实践证明,其使用效果很好。

1铜及铜合金超低硝酸酸洗钝化工艺

1.1原理

在超低硝酸酸洗液中硝酸的作用是当铜件浸入含有稀HNO3的酸洗液中发生反应。

阳极区微电池C u=Cu2++2e

阴极区微电池

HNO3+H++e=NO2{+H2O(1)

NO2+H++e=HNO2(快步骤)(2)

HNO2+HNO3=2NO2{+H2O(3)

酸洗过程中(1)式生成的少量NO2很快被还原成HNO2,进而立即发生反应(3),生成2份NO2,这样每经过一个循环,NO2(HNO3)量就增加1倍,虽然开始仅有少数分子参加反应,但是只要NO2停留在原处,很快就会变成包括大量分子参加的剧烈反应,在零件油、锈易存的深凹处或积炭层的破裂处,由于反应生成物不易分散,加强了这种自催化反应,强化了除油、除锈、除积炭的能力。

硫酸的作用主要有4点:

a.当HNO3含量一定,H2SO4的含量为55%~85%时,氧化能力最强;

b.H2SO4的浓度较高时,溶液的比热较大,酸洗过程中槽液不易升温;

c.H2SO4的浓度增加,溶液对氧化皮及积炭层的冲击剥离能力也较大;

d.H2SO4的浓度增加,提高了溶液粘度,有利于添加剂在深凹处的吸附,对零件整平有好处。

添加剂的作用是有较强的吸附、润湿发泡效应,并可使NO X转化成为无毒或低毒的产物。

1.2工艺流程及配方

1.2.1工艺流程

化学除油y热水洗y流动水洗y预酸洗y流动水洗y酸洗y水幕回收y流动水洗y 流动水洗y钝化y流动水洗y热水洗y甩干y烘干

1.2.2配方

预酸洗H2SO4300~400g/L

B-L添加剂5~10g/L 酸洗H2SO4700~850g/L

HNO37~25g/L

A-L添加剂5~20mL/L 钝化CrO30.5~2g/L

X-1添加剂1~3g/L

p H值 3.6~4

2试验

2.1预酸洗工艺的确定

需酸洗的铜件中有这样一部分零件,其

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1998年第6期

局部经过精加工,几何尺寸要求很严,其余表面又存在着较厚的氧化皮或积炭层,在以往工艺中,往往造成加工面过蚀或氧化皮清除不净等现象,从而影响产品质量。在应用超低硝酸酸洗工艺时,也遇到了这个难点,经过分析和反复工艺试验,决定在酸洗前增加一道预酸洗工序,对解决问题有一定作用,但预酸洗液对铜合金中锌组分的溶解能力大于对铜组分的溶解能力,经预酸洗后,零件表面发红,影响酸洗件的光泽度,于是在此酸洗液中加入B-L添加剂,这样既解决了氧化皮难除的问题,又避免了零件发红,而且使预酸洗温度由原来的40~60e降为室温。经生产实践证明,此工艺方法先进、可靠。

2.2开发槽边水幕吸收NO X气体的新方法

由于采用了超低硝酸酸洗的新工艺,且在酸洗液中加入了强力抑制NO X气体逸出的A-L添加剂,因此在酸洗过程中NO X逸出量很少。而当带有酸洗液的零件浸入第一级水洗槽时,由于残留在零件表面上少量的NO X受上升水的压力,出现外逸现象。根据A-L添加剂中含有尿素等能抑制NO X酸雾产生的有效成分,同时配合简单的水喷淋(如图1)吸收,使得排放大气中的NO X的含量低于国家标准。

Ñ)第一级水洗槽;Ò)第二级水洗槽;Ó)第

三级水洗槽;1)一级水溢孔;2)水幕装置

3)水幕;4)泵;5)二级水洗溢流孔;6)隔

板;7)稳流水管;8)放水阀;9)给水阀

图1

2.3超低铬钝化工艺的确定

公司原来采用的钝化工艺是中铬钝化, CrO3含量为10~15g/L,由于CrO3含量比较高,生产中CrO3的消耗主要是携带消耗,因此不但使生产成本高,而且污染环境。文献表明,铜及其合金在中铬与低铬钝化液中所形成的钝化膜,无论在成分与结构上都比较接近,防蚀性也应该相近,但钝化后的外观,往往随着Cr O3降低而呈偏红色,影响外观,在CrO3含量低于2g/L的钝化液中就很难获得浅黄色的钝化外观。为解决这一难题,经试验,筛选了X-1添加剂,它在pH= 3.6~4的情况下,能增强溶液对Cu的络合溶解作用,使零件表面经钝化后,比原来中铬钝化工艺更加光亮,而且色泽均匀呈淡黄色,耐蚀性能通过50%H NO3浸泡试验。

3结束语

a.经一年多大批量生产实践证明,铜及铜合金A-L型超低硝酸酸洗工艺和超低铬钝化工艺,具有很高的经济性、先进性及安全性,酸洗液除氧化皮及积碳的能力比较强,对铜及合金基体的腐蚀却很少。我们做过对比试验,用原工艺对铜合金件进行腐蚀5m in 后,经测量直径减少10L m,而该工艺却基本无腐蚀现象。A-L及B-L添加剂的润湿、缓蚀及对NO X辅助吸收能力都很好。钝化液由于采用超低铬钝化,使环保及生产成本大幅度下降,酸洗钝化成本由原来的0.2元/车降为0.015元/车。NO X槽边水幕回收的应用,使生产过程中NO X析出量很少,达到国家排放标准。而且该槽边回收装置简单实用,免去了比较复杂、费用比较高的NO X气体回收装置。

b.A-L型酸洗液分析、维护容易,酸洗液寿命长,每升溶液可加工12m2铜件,酸洗质量稳定,零件不易过蚀、脱锌,特别适用于一些对精度要求很高的零件,而且酸洗后在空气中停留0.5m in对酸洗外观无影响,是适合大批量机械操作的工艺。

c.本工艺不含Cl-,酸洗后的零件不易变色。

1998-03-16收稿(责任编辑陈逍)

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