引言

活塞桿受工作環(huán)境影響,需要具有較高的抗拉強度、光滑性及耐腐蝕特性等,為使活塞桿達到上述要求,人們不斷改進其加工制作工藝。其中,對活塞桿進行鍍鉻處理,可以有效地使活塞桿達到較高的抗拉強度、光滑性和耐腐蝕特性。

1鍍鉻簡述

鍍鉻應(yīng)用極為廣泛,是一種單金屬電鍍,為三大鍍種之

一。金屬鉻是一種略帶藍的銀白色金屬,裸露在空氣中易鈍化,形成一層鈍化膜。鍍鉻層具有很高的硬度,硬度值達400~1200HV,同時具有500℃以下無任何變化的耐高溫性,且摩擦系數(shù)極小,具有極高的耐磨性。應(yīng)用在活塞桿上的工藝主要為鍍硬鉻,其主要是一種摩擦系數(shù)較低的耐磨鉻,鍍層具有極高的硬度及耐磨特性。

2活塞桿鍍鉻工藝措施及工藝條件

在活塞桿鍍鉻過程中,陰極的電流密度與溫度之間相互聯(lián)系影響,合理的溫度與電流大小將直接影響鍍層的質(zhì)量。在低溫高電流時,電鍍層會出現(xiàn)燒焦或灰暗顏色,這種鍍層呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀裂紋結(jié)構(gòu),硬度大,但脆性高。在高溫低電流時,電鍍層呈現(xiàn)乳白色的細致組織結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)無裂紋,氣孔少,但硬度較低且耐磨性差。當溫度及電流合理時,電鍍層呈現(xiàn)光亮的顏色,該鍍層有稠密、較細的網(wǎng)狀裂紋。

3活塞桿鍍鉻工藝難點及解決措施

活塞桿鍍鉻的工藝難點主要表現(xiàn)在鍍液濃度、鍍液溫度的控制以及鍍鉻工裝、工藝參數(shù)的選擇。

3.1鍍液濃度的控制

鍍液的濃度直接影響鍍件鍍層的質(zhì)量,不合理的鍍液濃度不但影響鍍層的質(zhì)量及性能,還將影響電鍍的效率。一般而言,鍍液質(zhì)量濃度控制為2~10g/L的鉻離子,2.2~2.9g/L的硫酸,220~290g/L的鉻酣。

3.2鍍液溫度的控制

根據(jù)實際工程使用的情況以及試驗數(shù)據(jù)和驗證結(jié)果,鍍液溫度對鍍件鍍層的質(zhì)量有較大影響,電流密度不變時,溫度升高,鍍液的分散能力局部減小,溫度過高、過低都不利于達到電鍍的最佳效率及質(zhì)量。

3.3工藝參數(shù)選擇

活塞桿在電鍍鉻時各個不同的部位要求不一,各個部位具有不重復性,需要反復進行試驗,才能確定最優(yōu)的工藝方案。要根據(jù)活塞桿不同部位的要求特性,確定其鍍鉻電沉情況的加工公差以及最佳工藝參數(shù)。

4鍍鉻工藝影響因素

鍍鉻工藝的影響因素主要有電鍍時間、溫度、電流、除氫工藝、磨削工藝等。

4.1電鍍時間

電鍍時間直接影響鍍鉻的厚度,而活塞桿屬于強硬度、耐磨性零件,鍍層的厚度將直接影響活塞桿零件的耐磨性能。

4.2溫度、電流影響

鍍層的耐磨性能與硬度有關(guān),硬度越高,耐磨性能就越好,而鍍層的硬度與電鍍的溫度、電流密度等有積極關(guān)系,鍍液的溫度越高,則鍍層的硬度越低,電流密度越高,硬度就越高。但并不代表硬度越高其性能越好,硬度越高,脆性也就越高,一般將溫度控制在35~55℃,電流密度控制在30~50A/dm2。

4.3除氫工藝

電鍍時因為滲氫原因,鍍層存在張應(yīng)力而呈拉伸狀態(tài),孔隙率增大,鍍層的耐腐蝕性能降低,同時高內(nèi)應(yīng)力還會導致鍍層的疲勞強度和基體結(jié)合強度降低。因此,鍍鉻后都會進行除氫處理,以降低鍍層的脆性,提高鍍層的耐腐蝕性能。

5鍍鉻工藝中的常見問題及糾正方法

5.1鍍層起皮、剝落

電鍍鉻時常因結(jié)合力不夠?qū)е洛儗悠鹌?在對一些形狀較為復雜的活塞桿進行電鍍鉻時,除使用保護陰極、輔助陽極外,還可在電鍍開始時提高電流值,在短時間內(nèi)對活塞桿零件進行電流沖擊,其主要目的是促進陰極極化,使活塞桿表面迅速沉積鉻層,然后再通入正常電流進行電鍍。在對表面有氧化膜的合金鋼材料活塞桿進行電鍍鉻時,可以把活塞桿作為陽極,在短時間內(nèi)進行侵蝕處理,這樣可以有效地使氧化膜電化學溶解,有利于后期的電鍍。

活塞桿在電鍍前處理不當,電鍍過程中出現(xiàn)斷電故障導致電鍍中斷,活塞桿零件在電鍍前預熱階段過短,鍍液溫度或陰極電流密度變化太大,硫酸含量過高等原因,都會導致鍍層出現(xiàn)剝落問題。主要的糾正方法:加強電鍍前的處理:在中斷鍍鉻時,可以先進行陽極處理或陰極小電流活化處理:嚴格控制鍍液溫度和陰極電流密度:適當加入碳酸鋇提高鍍液濃度值:加長鍍前預熱處理時間等。

5.2鍍層困難

鍍層困難指在電鍍時鉻無法電鍍上活塞桿,僅有陰極氫析出,其主要原因為電鍍前侵蝕過量:在陽極處理時,石墨裸露在外:陰極的電流密度過低等。主要的糾正方法:提高陰極的電流密度,重新加工后再進行電鍍。

5.3鍍層粗糙

鍍層粗糙指鍍層外表面不光滑,存在鉻瘤現(xiàn)象,其主要原因包括陰極的電流密度太大,陰陽極之間的距離太大,活塞桿件沒有使用陰極保護等。主要的糾正方法:降低陰極的電流密度,減小陰陽兩極之間的距離值,對活塞桿進行合適的陰極保護,適當加入硫酸鋇等。

5.4鍍液中有害雜質(zhì)的去除

鍍液中的金屬離子主要因活塞桿表面沒有被鍍層覆蓋的部位金屬溶解等產(chǎn)生,如果金屬離子溶度較高,會直接產(chǎn)生如鍍層光亮度減弱、鍍液分散能力降低、鍍液導電性降低等危害。

正常鍍液電壓一般為3~5V,當電壓值高于5V時即鍍液中雜質(zhì)含量較高,如氯離子過高會降低鍍液的分散力及深度能力,直接導致鍍層變得粗糙或出現(xiàn)花斑現(xiàn)象。去除氯離子主要可將鍍液溫度升高至70℃,然后通入高電流進行電解處理,使其氧化成氯氣析出。也可以加入碳酸銀,使其產(chǎn)生沉淀物氯化銀,然后清理出氯化銀。但最主要的辦法還是防止氯離子的侵入,氯離子主要是通過清洗水帶入,所以對于清洗水應(yīng)使用去氯離子后的水。

5.5鉻霧的抑制

在電鍍過程中,陰極會析出大量的氣體,同時也會帶出大量鉻酸形成鉻霧,鉻霧會污染空氣,必須抑制鉻霧的產(chǎn)生。主要的抑制方法:可以將泡沫塑料碎片加入鍍液中,塑料碎片漂浮在鍍液表面可以阻止鉻霧的溢出:還可加入一種能夠降低鍍液表面張力,產(chǎn)生一層穩(wěn)定的泡沫層的泡沫抑制劑,泡沫劑在鍍液表面形成泡沫層,覆蓋在鍍液表面,當陰極析出氫氣等氣體時,與鍍液表面泡沫層碰撞,繼而小的鉻霧結(jié)合成大霧滴,再因為重力作用,掉回鍍液中。

5.6鍍后除氫

一般電流效率較低,陰極上會有較多的氫析出,如不除去氫,將會直接影響桿件性能,產(chǎn)生氫脆,所以一般在進行電鍍后會控制溫度在180~200℃進行一定時間的除氫。

6結(jié)語

本文對活塞桿鍍鉻工藝的特性、影響因素、常見問題等進行了系統(tǒng)的分析。鍍鉻工藝較傳統(tǒng)工藝操作容易,能得到零件需求的高硬度、耐磨鍍層。隨著機械制造業(yè)的不斷發(fā)展,鍍鉻工藝的應(yīng)用將更加普及,性能要求也會不斷提高,對鍍鉻工藝不斷進行改進和優(yōu)化,將是后期科研學者們要重點攻克的課題。