镀铬工艺在活塞杆制造加工中的应用

引言

活塞杆受工作环境影响,需要具有较高的抗拉强度、光滑性及耐腐蚀特性等,为使活塞杆达到上述要求,人们不断改进其加工制作工艺。其中,对活塞杆进行镀铬处理,可以有效地使活塞杆达到较高的抗拉强度、光滑性和耐腐蚀特性。

1镀铬简述

镀铬应用极为广泛,是一种单金属电镀,为三大镀种之

一。金属铬是一种略带蓝的银白色金属,裸露在空气中易钝化,形成一层钝化膜。镀铬层具有很高的硬度,硬度值达400~1200HV,同时具有500℃以下无任何变化的耐高温性,且摩擦系数极小,具有极高的耐磨性。应用在活塞杆上的工艺主要为镀硬铬,其主要是一种摩擦系数较低的耐磨铬,镀层具有极高的硬度及耐磨特性。

2活塞杆镀铬工艺措施及工艺条件

在活塞杆镀铬过程中,阴极的电流密度与温度之间相互联系影响,合理的温度与电流大小将直接影响镀层的质量。在低温高电流时,电镀层会出现烧焦或灰暗颜色,这种镀层呈现网络状裂纹结构,硬度大,但脆性高。在高温低电流时,电镀层呈现乳白色的细致组织结构,该结构无裂纹,气孔少,但硬度较低且耐磨性差。当温度及电流合理时,电镀层呈现光亮的颜色,该镀层有稠密、较细的网状裂纹。

3活塞杆镀铬工艺难点及解决措施

活塞杆镀铬的工艺难点主要表现在镀液浓度、镀液温度的控制以及镀铬工装、工艺参数的选择。

3.1镀液浓度的控制

镀液的浓度直接影响镀件镀层的质量,不合理的镀液浓度不但影响镀层的质量及性能,还将影响电镀的效率。一般而言,镀液质量浓度控制为2~10g/L的铬离子,2.2~2.9g/L的硫酸,220~290g/L的铬酣。

3.2镀液温度的控制

根据实际工程使用的情况以及试验数据和验证结果,镀液温度对镀件镀层的质量有较大影响,电流密度不变时,温度升高,镀液的分散能力局部减小,温度过高、过低都不利于达到电镀的最佳效率及质量。

3.3工艺参数选择

活塞杆在电镀铬时各个不同的部位要求不一,各个部位具有不重复性,需要反复进行试验,才能确定最优的工艺方案。要根据活塞杆不同部位的要求特性,确定其镀铬电沉情况的加工公差以及最佳工艺参数。

4镀铬工艺影响因素

镀铬工艺的影响因素主要有电镀时间、温度、电流、除氢工艺、磨削工艺等。

4.1电镀时间

电镀时间直接影响镀铬的厚度,而活塞杆属于强硬度、耐磨性零件,镀层的厚度将直接影响活塞杆零件的耐磨性能。

4.2温度、电流影响

镀层的耐磨性能与硬度有关,硬度越高,耐磨性能就越好,而镀层的硬度与电镀的温度、电流密度等有积极关系,镀液的温度越高,则镀层的硬度越低,电流密度越高,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,一般将温度控制在35~55℃,电流密度控制在30~50A/dm2。

4.3除氢工艺

电镀时因为渗氢原因,镀层存在张应力而呈拉伸状态,孔隙率增大,镀层的耐腐蚀性能降低,同时高内应力还会导致镀层的疲劳强度和基体结合强度降低。因此,镀铬后都会进行除氢处理,以降低镀层的脆性,提高镀层的耐腐蚀性能。

5镀铬工艺中的常见问题及纠正方法

5.1镀层起皮、剥落

电镀铬时常因结合力不够导致镀层起皮,在对一些形状较为复杂的活塞杆进行电镀铬时,除使用保护阴极、辅助阳极外,还可在电镀开始时提高电流值,在短时间内对活塞杆零件进行电流冲击,其主要目的是促进阴极极化,使活塞杆表面迅速沉积铬层,然后再通入正常电流进行电镀。在对表面有氧化膜的合金钢材料活塞杆进行电镀铬时,可以把活塞杆作为阳极,在短时间内进行侵蚀处理,这样可以有效地使氧化膜电化学溶解,有利于后期的电镀。

活塞杆在电镀前处理不当,电镀过程中出现断电故障导致电镀中断,活塞杆零件在电镀前预热阶段过短,镀液温度或阴极电流密度变化太大,硫酸含量过高等原因,都会导致镀层出现剥落问题。主要的纠正方法:加强电镀前的处理:在中断镀铬时,可以先进行阳极处理或阴极小电流活化处理:严格控制镀液温度和阴极电流密度:适当加入碳酸钡提高镀液浓度值:加长镀前预热处理时间等。

5.2镀层困难

镀层困难指在电镀时铬无法电镀上活塞杆,仅有阴极氢析出,其主要原因为电镀前侵蚀过量:在阳极处理时,石墨裸露在外:阴极的电流密度过低等。主要的纠正方法:提高阴极的电流密度,重新加工后再进行电镀。

5.3镀层粗糙

镀层粗糙指镀层外表面不光滑,存在铬瘤现象,其主要原因包括阴极的电流密度太大,阴阳极之间的距离太大,活塞杆件没有使用阴极保护等。主要的纠正方法:降低阴极的电流密度,减小阴阳两极之间的距离值,对活塞杆进行合适的阴极保护,适当加入硫酸钡等。

5.4镀液中有害杂质的去除

镀液中的金属离子主要因活塞杆表面没有被镀层覆盖的部位金属溶解等产生,如果金属离子溶度较高,会直接产生如镀层光亮度减弱、镀液分散能力降低、镀液导电性降低等危害。

正常镀液电压一般为3~5V,当电压值高于5V时即镀液中杂质含量较高,如氯离子过高会降低镀液的分散力及深度能力,直接导致镀层变得粗糙或出现花斑现象。去除氯离子主要可将镀液温度升高至70℃,然后通入高电流进行电解处理,使其氧化成氯气析出。也可以加入碳酸银,使其产生沉淀物氯化银,然后清理出氯化银。但最主要的办法还是防止氯离子的侵入,氯离子主要是通过清洗水带入,所以对于清洗水应使用去氯离子后的水。

5.5铬雾的抑制

在电镀过程中,阴极会析出大量的气体,同时也会带出大量铬酸形成铬雾,铬雾会污染空气,必须抑制铬雾的产生。主要的抑制方法:可以将泡沫塑料碎片加入镀液中,塑料碎片漂浮在镀液表面可以阻止铬雾的溢出:还可加入一种能够降低镀液表面张力,产生一层稳定的泡沫层的泡沫抑制剂,泡沫剂在镀液表面形成泡沫层,覆盖在镀液表面,当阴极析出氢气等气体时,与镀液表面泡沫层碰撞,继而小的铬雾结合成大雾滴,再因为重力作用,掉回镀液中。

5.6镀后除氢

一般电流效率较低,阴极上会有较多的氢析出,如不除去氢,将会直接影响杆件性能,产生氢脆,所以一般在进行电镀后会控制温度在180~200℃进行一定时间的除氢。

6结语

本文对活塞杆镀铬工艺的特性、影响因素、常见问题等进行了系统的分析。镀铬工艺较传统工艺操作容易,能得到零件需求的高硬度、耐磨镀层。随着机械制造业的不断发展,镀铬工艺的应用将更加普及,性能要求也会不断提高,对镀铬工艺不断进行改进和优化,将是后期科研学者们要重点攻克的课题。