2019-10-23 17:15
某零件壳体所用铁材料牌号为 DT4C，该材料 被广泛应用于航空航天仪表的元器件中。长期以 来，电工纯铁壳体经氢气保护退火热处理后，在镀 锌过程中表面经常出现白斑、黑点等缺陷，严重影 响了产品的质量。
针对以上问题，本文利用光学显微镜（OM）、扫 描电子显微镜（SEM）和X射线能谱仪（EDS）对缺陷 进行了分析，系统探讨了缺陷的性质和形成机理， 并提出了相应控制措施。
1 实验方法
壳体简要生产工艺流程为：毛坯→机加工→氢 气保护热处理→超声波除油清洗→表面镀锌→成 品。超声波除油采用金属清洗剂，主要含有 C、O、 Na、P等元素。本实验分别取热处理后的三种不同 壳体进行对比分析：
（1）超声波除油后的未镀锌件；
（2）除油后的镀锌件；
（3）原镀锌后表面有白斑，退 镀后再经车削加工去除部分白斑表面，再经二次镀锌件。
采用 PME 光学显微镜、S-3700N 扫描电子显微 镜（SEM）表征表面缺陷及镀锌质量，用 X射线能谱 仪（EDS）对表面缺陷及基体进行成分分析。
2 实验结果与讨论
2.1 宏观检查
上述三种壳体表观形貌。未镀锌 件壳体内外表面均散布有大量大小不一的黑点，放 置一段时间，发现表面有红锈产生。镀锌件壳体内 外表面均有大量白斑，白斑呈瘤状，凸出壳体表面。 二次镀锌件壳体经车削加工的表面再二次镀锌，放置一年后表面仍较洁净，而未经车削的其它各面均 发现有残液返渗痕迹。
2.2 金相检查
采用气相色谱法对未镀锌件、镀锌件和二次镀 锌件进行表观分析。未镀锌件表 面存在一薄层，厚度约 10 μm，且其局部存在孔洞 状缺陷，为未镀锌壳体表面 经金相浸蚀剂腐蚀后的形貌，可以看出，基体的晶 粒较大，其组织为正常退火铁素体组织，而薄层区 腐蚀严重，其耐蚀性明显差于基体。
3 分析与讨论
3.1 表面缺陷的性质
未镀锌件表面黑点为腐蚀坑，是壳体在超声波 除油清洗时，表面薄层积存清洗剂造成的氧化锈 蚀。镀锌件表面白斑是由壳体在酸洗或镀锌过程 中，表面薄层积存的槽液在镀后返渗至表面形成。
3.2 表面薄层的形成机理
电磁铁为满足磁性能要求，在壳体成型后需采 用氢气保护气氛进行退火处理，从而消除因冷加工 所产生的内应力，获得粗大而均匀的组织。同时， 通过原子扩散及表面化学反应可有效消除基体内 Mn、Si、N、P 等有害杂质元素，降低矫顽力，提高材 料磁性能。
4 控制措施及效果
（1）表面薄层主要是由于热处理过程中所用氢 气纯度（露点-40 ℃～-50 ℃）相对较低造成的，因此 可通过严格控制所用氢气的纯度，尽量将露点控制 在-60 ℃～-70 ℃之间，则可避免表面薄层的产生。
（2）对已产生薄层的壳体进行后续去除处理。 考虑到表面薄层存在于各内外表面，采用机加工方 法去除，一方面会影响壳体的磁性能，另一方面也 难以将各表面薄层去除干净，因此，建议采用化学 方法去除，从而避免后续镀锌缺陷的再次产生。
实验证明：通过改变氢气保护热处理的气氛， 可以在一定程度上提高壳体表面质量；而采用化学 方法则可以有效地将表面薄层予以完全去除，去除 薄层后再次壳体进行镀锌，表面镀锌层质量良好， 壳体镀锌合格率达100%。
5 结 论
（1）表面黑点缺陷为清洗液造成的氧化锈蚀， 白斑缺陷为镀锌残液镀后返渗至壳体表面的产物。
（2）壳体在氢气发生器制氢气保护热处理过程中表面形成富 含 MnO、SiO2、Al2O3等氧化物的薄层。表面薄层的 存在严重影响壳体表面镀锌质量，去除薄层后，二 次镀锌质量明显提高。表面薄层是造成壳体表面 缺陷的根本原因。
（3）通过严格控制所用氢气的纯度，可以在一 定程度上提高壳体表面质量；采用化学方法则可以 有效地将表面薄层予以完全去除，使壳体镀锌合格 率达100%。