引言

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

1鍍鉻簡(jiǎn)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(lán)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(dá)400~1200HV,同時(shí)具有500℃以下無(wú)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(guò)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(shí),電鍍層會(huì)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(shí),電鍍層呈現(xiàn)乳白色的細(xì)致組織結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)無(wú)裂紋,氣孔少,但硬度較低且耐磨性差。當(dāng)溫度及電流合理時(shí),電鍍層呈現(xiàn)光亮的顏色,該鍍層有稠密、較細(xì)的網(wǎng)狀裂紋。

3活塞桿鍍鉻工藝難點(diǎn)及解決措施

活塞桿鍍鉻的工藝難點(diǎn)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(shí)際工程使用的情況以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)和驗(yàn)證結(jié)果,鍍液溫度對(duì)鍍件鍍層的質(zhì)量有較大影響,電流密度不變時(shí),溫度升高,鍍液的分散能力局部減小,溫度過(guò)高、過(guò)低都不利于達(dá)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(shí)各個(gè)不同的部位要求不一,各個(gè)部位具有不重復(fù)性,需要反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn),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(shí)間、溫度、電流、除氫工藝、磨削工藝等。

4.1電鍍時(shí)間

電鍍時(shí)間直接影響鍍鉻的厚度,而活塞桿屬于強(qiáng)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(shí)因?yàn)闈B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(shí)高內(nèi)應(yīng)力還會(huì)導(dǎo)致鍍層的疲勞強(qiáng)度和基體結(jié)合強(qiáng)度降低。因此,鍍鉻后都會(huì)進(jìn)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(jiàn)問(wèn)題及糾正方法

5.1鍍層起皮、剝落

電鍍鉻時(shí)常因結(jié)合力不夠?qū)е洛儗悠鹌?在對(duì)一些形狀較為復(fù)雜的活塞桿進(jìn)行電鍍鉻時(shí),除使用保護(hù)陰極、輔助陽(yáng)極外,還可在電鍍開(kāi)始時(shí)提高電流值,在短時(shí)間內(nèi)對(duì)活塞桿零件進(jìn)行電流沖擊,其主要目的是促進(jìn)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(jìn)行電鍍。在對(duì)表面有氧化膜的合金鋼材料活塞桿進(jìn)行電鍍鉻時(shí),可以把活塞桿作為陽(yáng)極,在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行侵蝕處理,這樣可以有效地使氧化膜電化學(xué)溶解,有利于后期的電鍍。

活塞桿在電鍍前處理不當(dāng),電鍍過(guò)程中出現(xiàn)斷電故障導(dǎo)致電鍍中斷,活塞桿零件在電鍍前預(yù)熱階段過(guò)短,鍍液溫度或陰極電流密度變化太大,硫酸含量過(guò)高等原因,都會(huì)導(dǎo)致鍍層出現(xiàn)剝落問(wèn)題。主要的糾正方法:加強(qiáng)電鍍前的處理:在中斷鍍鉻時(shí),可以先進(jìn)行陽(yáng)極處理或陰極小電流活化處理:嚴(yán)格控制鍍液溫度和陰極電流密度:適當(dāng)加入碳酸鋇提高鍍液濃度值:加長(zhǎng)鍍前預(yù)熱處理時(shí)間等。

5.2鍍層困難

鍍層困難指在電鍍時(shí)鉻無(wú)法電鍍上活塞桿,僅有陰極氫析出,其主要原因?yàn)殡婂兦扒治g過(guò)量:在陽(yáng)極處理時(shí),石墨裸露在外:陰極的電流密度過(guò)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(jìn)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(yáng)極之間的距離太大,活塞桿件沒(méi)有使用陰極保護(hù)等。主要的糾正方法:降低陰極的電流密度,減小陰陽(yáng)兩極之間的距離值,對(duì)活塞桿進(jìn)行合適的陰極保護(hù),適當(dāng)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(méi)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(huì)直接產(chǎn)生如鍍層光亮度減弱、鍍液分散能力降低、鍍液導(dǎo)電性降低等危害。

正常鍍液電壓一般為3~5V,當(dāng)電壓值高于5V時(shí)即鍍液中雜質(zhì)含量較高,如氯離子過(guò)高會(huì)降低鍍液的分散力及深度能力,直接導(dǎo)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(jìn)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(guò)清洗水帶入,所以對(duì)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(guò)程中,陰極會(huì)析出大量的氣體,同時(shí)也會(huì)帶出大量鉻酸形成鉻霧,鉻霧會(huì)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(dāng)陰極析出氫氣等氣體時(shí),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?yàn)橹亓ψ饔?掉回鍍液中。

5.6鍍后除氫

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

6結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)活塞桿鍍鉻工藝的特性、影響因素、常見(jiàn)問(wèn)題等進(jìn)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(jī)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(huì)不斷提高,對(duì)鍍鉻工藝不斷進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化,將是后期科研學(xué)者們要重點(diǎn)攻克的課題。