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磷锡青铜件抛光钝化故障的排除

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-07-25 来源:美贝仕官网 作者:美贝仕厂家 浏览次数:1315

 近日接到一山东临沂客户的品质异常反馈:原本在我们公司小批量试样合格的磷锡青铜配件,客户在订购我司相应的产品后根据试样时提供的工艺严格操作,但始终无法正常的生产出合格的产品。主要问题是:零件经过铜材化学抛光后表面十分光亮、但一经钝化处理后工件就存在立即氧化变色的现象。

铜钝化剂的效果图

  目前该零件采用的工艺条件是:

  一、化学抛光:

  MS0308-1铜材化学抛光剂:33% 自来水:65% 锡青铜添加剂:2% 温度:40~50℃ 时间:2~3min

  二、钝化处理:

  铜钝化剂MS0429:30% 纯净水:70% 温度:常温 时间:15min

  主要操作步骤为:

  脱脂——水洗——MS0308-1化学抛光——水洗——MS0429钝化处理——水洗——纯水洗——烘干

  根据客户提供的情况及结合整个工艺过程,我们初步推测产生快速氧化的原因主要有以下几点:

  (1)、化学抛光后零件表面残留有酸没有冲洗干净,在空气中导致氧化;

  (2)、铜钝化剂被抛光液的残液串槽引起污染失效;

  (3)、操作过程问题

  为此,我们派技术工程师亲赴客户现场,并根据我们初步推测的思路组织逐一进行了试验分析:

  (1)、由于首先担心是客户第一次使用我们的产品,并且也是第一次接触这种铜材抛光和钝化处理的工艺,会因操作的不当导致不良的发生。于是我们技术员便亲自动手严格按照我们的标准工艺生产了一个小批量,但结果发现正如客户所描述的那样,钝化后还是会出现快速氧化的现象。通过这一轮试验我们基本确定问题不是出现在操作过程中,客户的工艺操作没有问题。

  (2)、那即然操作工艺并没有问题,我们想会不会是钝化剂被污染了,从而失去了钝化的作用?因为铜材抛光用的抛光剂pH值在1.3左右呈酸性,在工作中如果抛光后冲洗不彻底的话,可能会有微量的酸带入到钝化槽中影响到钝化剂的效果。为了排查是不是这个原因导致问题的发生,我们又安排重新配置了一小槽全新的钝化剂,并严格操作过程又试了一次,但钝化后立即氧化变色的现象并没有显著的改善,这也推翻了钝化剂被污染失效的推测。

  (3)、所以当以上两点被否定以后,目前唯一的可能似乎就是零件化学抛光后,残留在零件表面的酸没有彻底冲洗干净,导致零件在空气中因酸的作用再次发生氧化。为了排除这个问题出现的可能,我们首先在钝化处理工艺前增加了中和和水洗两步工序。由于客户当时现场没有片碱,只能找到一点小苏打。小苏打又名碳酸氢钠(NaHCO₃)溶于水呈弱碱性。所以我们只好先临时充当中和使用。但连续试验了两次、铜材快速氧化的现象并没有减弱。

  当时我们怀疑会不会是小苏打的碱性太弱、无法彻底将酸中和干净。于是我们又采取了另外一个办法:让客户协助找来了一块肥皂,我们将肥皂粉碎溶于水中用于充当中和使用。由于肥皂含脂肪酸钠盐溶于水而呈碱性,碱值大于小苏打。我们严格操作过程又试验了三次,氧化的现象有了一定的改观,但还是有相当一部份零件还是会有不规则的氧化出现。

  开始我们认为确实是提高碱的浓度是明显起了一定的效果,但由于零件的形状复杂、中和的时间太短(当时采用的是1min)有些酸仍然没处理干净。所以我们再次组织了试验并将中和的时间由1min延长到了3min,但结果是氧化的现象并没有如预料般改善。这也再一次说明导致问题发生的原因可能不完全是酸残留现象所引起的。

  经过以上一系列的试验排查后,似乎结果将我们最初的推测全盘推翻了。即然不是钝化剂的问题、也不是中和以及工艺的问题,我们确实深感蹊跷,因为我们现场操作的条件与当初试样时的基本是一致的,按理来说不应该会出现不同的结果。带着这一问题不得不又重新调整思路。

  后来,我们在排除各种产生问题可能的原因后,作了一个大胆的推测:会不会是冲水用的水质所引起的?因为临沂地理位置毗邻黄海,有可能海水会引起当地水质的氯离子含量偏高。而氯离子由于离子半径小,具有很容易被吸附在铜件表面,而且难以清除的特点。所以很有可能是钝化以后,即使是钝化时形成了完整的钝化膜,而在钝化后由于冲水采用的自来水氯离子含量过高,氯离子吸付在钝化膜上通过挤掉钝化膜上的氧原子再次进入钝化膜中,然后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物,这些氯化物的不断水解引起在金属表面产生酸性的环境,最终导致钝化膜破坏而发生的氧化。而之所以采用肥皂中和后,氧化问题有所缓解的现象只是一个假象,主要是由于肥皂所含有的脂肪酸盐及有机物附着在工件表面,形成物理封闭膜起到辅助抗氧化的作用而导致。

  (氯离子腐蚀机理)

  找出发生氧化的原因后,为了排查水质的问题,我们将抛光及钝化后的冲水临时改用市售的纯净桶装水冲洗,其它工艺条件保持不变试作了两批,结果氧化现象完全消失。为了验证批量的稳定性,后来我们又采用了二级过滤的自来水替代纯水冲洗,也同样没有出现快速氧化的现象。而且钝化后的铜件仍然可以通过20小时以上的中性盐雾测试。至此问题得到了圆满解决。

铜化学抛光剂
同抛光钝化效果图

  结论:通过本次故障的处理,我们认为如果对零件耐蚀性有一定要求的表面处理工艺,必须要考虑当地水质对工艺的影响。

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