巨根利

（陜西北方動(dòng)力有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721300）

某型發(fā)動(dòng)機(jī)用水泵的關(guān)鍵零件──水泵軸，其密封面硬化層多數(shù)采用硬鉻層，在水泵工作過程中顯示出優(yōu)良的耐磨性。在電鍍鉻過程中，普通鍍鉻層易產(chǎn)生孔隙、裂紋等缺陷，有些孔隙或裂紋甚至直達(dá)基體表面且隨鉻層增厚而增大，使鍍層的抗腐蝕能力變差。若鍍鉻層較薄，特別是厚度小于20 μm時(shí)，由于鉻鍍層孔隙的存在，零件在自然環(huán)境下存放或使用過程中會(huì)發(fā)生銹蝕，造成應(yīng)力腐蝕和穿透腐蝕并存于鍍鉻層中，影響產(chǎn)品性能和使用壽命。通過相關(guān)理論學(xué)習(xí)和筆者多年的鍍鉻生產(chǎn)實(shí)踐，本文提出在同一鍍鉻槽中實(shí)現(xiàn)乳白耐蝕/光亮耐磨雙層鉻電鍍作業(yè)，即先在基體表面制備耐蝕性較好的乳白鉻鍍層，隨后在乳白鉻層表面制備硬度較高的光亮耐磨鉻。本工藝同時(shí)滿足水泵軸表面的耐磨性和耐蝕性要求，已用于水泵軸及其他零件的鍍硬鉻生產(chǎn)，并取得較滿意的效果。

1 工藝介紹

1. 1 工藝流程

前處理─裝掛─入槽─鍍?nèi)榘啄臀g鉻─鍍光亮耐磨鉻─出槽─清洗─除氫─拋光─檢驗(yàn)。

1. 2 配方與工藝

1. 2. 1 前處理

基體為直徑25 mm、長32 mm的水泵軸，施鍍前對(duì)水泵軸進(jìn)行機(jī)械拋光和化學(xué)除油。先在專用拋光機(jī)上用氈輪對(duì)零件的鍍鉻部位進(jìn)行機(jī)械拋光至受鍍部位表面粗糙度(Ra)為0.4 μm，再用180#清洗汽油擦拭，以除去零件表面殘留的拋光膏和油污。

1. 2. 2 鍍雙層鉻

圖1是鍍鉻人士所熟悉的標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻溶液溫度與陰極電流密度對(duì)鍍層性能的影響，是確定基本鍍鉻工藝參數(shù)的基礎(chǔ)[1]。

圖1 鍍鉻液中CrO3含量為250 g/L時(shí)鍍層性能與陰極電流密度和溫度的關(guān)系Figure 1 Dependence of coating property on cathodic current density and temperature at CrO3 250 g/L in plating bath

在較高溫度(60 ～ 65 °C)和較低電流密度[(20 ±5) A/dm2]下得到的鉻為乳白色，無光澤。乳白鉻鍍層孔隙很少，耐蝕性好，但硬度稍低[2]，不能作為最終硬鉻層。而光亮耐磨鉻層的顯微硬度為600 ～ 900 HV[3]，完全滿足零件硬化層的硬度要求，同時(shí)鍍層光亮，滿足產(chǎn)品外觀要求。

根據(jù)圖1，確定鍍鉻液配方與工藝如下：

鍍件下槽后先按鍍?nèi)榘足t層的工藝參數(shù)鍍較薄(約10 μm厚)的耐蝕性乳白鉻層，鍍件不出槽，將工藝參數(shù)調(diào)整為光亮鉻的工藝參數(shù)，電鍍得到總厚度為20 ～ 40 μm的鉻鍍層。2種鍍層的制備均為單槽施鍍60個(gè)水泵軸。制備單層耐磨光亮鉻時(shí)，施鍍時(shí)間為120 min；制備乳白/光亮雙鉻鍍層時(shí)，乳白鉻、光亮鉻的施鍍時(shí)間分別為30 min和90 min。

1. 2. 3 除氫

在 200 ～ 220 °C 下恒溫 150 ～ 180 min 后，置于空氣中自然冷卻。

1. 2. 4 拋光

同1.2.1，對(duì)鍍鉻層機(jī)械拋光，使其表面光亮，Ra≤0.4 μm。

2 鍍層性能表征

以水泵軸為基體，分別制備單層光亮鉻鍍層、乳白/光亮雙層鉻鍍層。按 1.1進(jìn)行后處理后，取鉻鍍層厚度相近的水泵軸各3個(gè)，進(jìn)行以下性能測(cè)定。

2. 1 孔隙率

孔隙率測(cè)試按參考文獻(xiàn)[4]，測(cè)試液組成為：K3[Fe(CN)6] 10 g/L，NaCl 60 g/L，NH4Cl 30 g/L。先用浸過丙酮或酒精的脫脂棉擦拭鍍層表面除油，洗滌后用濾紙吸干或吹干。另取濾紙浸于測(cè)試液中，取出后貼于待測(cè)部位，5 ～ 10 min后揭下濾紙，計(jì)算濾紙上的藍(lán)色斑點(diǎn)數(shù)。結(jié)果顯示，乳白/光亮雙層鉻表面的斑點(diǎn)明顯少于單層光亮鉻，單層光亮鉻鍍層的孔隙率為3 ～5個(gè)/cm2，雙層鉻的孔隙率僅1 ～ 2個(gè)/cm2，表明雙層鉻可顯著減小鉻鍍層的孔隙率。

2. 2 顯微硬度

參考GB/T 4340-1999和相關(guān)文獻(xiàn)[5]，委托專門的計(jì)量部門測(cè)定單層光亮鉻鍍層和乳白/光亮雙層鉻的顯微硬度。結(jié)果顯示，2種鍍層的顯微硬度均為800 ～900 HV，說明二者的顯微硬度無明顯差異。

2. 3 耐磨性

與水泵軸鍍鉻層部位配合安裝的部件為橡膠密封墊，可保證水泵的水密封性能。乳白/光亮雙層鉻鍍層與單層光亮鉻鍍層的顯微硬度基本相同，單層光亮鉻鍍層在該型水泵中已使用30余年，乳白/光亮雙層鉻鍍層也已使用 7年，從實(shí)際使用反饋信息來看，鍍層耐磨性能完全符合設(shè)計(jì)要求。

3 生產(chǎn)應(yīng)用及工藝特點(diǎn)

3. 1 生產(chǎn)應(yīng)用

在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)硬鉻電鍍工藝進(jìn)行改進(jìn)，得到乳白鉻/光亮雙層鉻電鍍工藝，用于實(shí)際生產(chǎn)。

具體做法是：控制槽液溫度為60 ～ 65 °C，先在15 ～ 25 A/dm2下施鍍 20 ～ 30 min，得到乳白鉻層；隨后不斷電，用槽內(nèi)自來水降溫裝置將鍍液溫度降至55 ～60 °C，同時(shí)采用階梯式給電方式提高陰極電流密度至40 ～ 50 A/dm2，以制備光亮鉻層。在鍍鉻過程中是否采用陽極反拔或大電流沖擊這 2種給電方式應(yīng)視產(chǎn)品情況而定。鍍層最終厚度達(dá)到20 ～ 40 μm后出槽，清洗并除氫處理后，轉(zhuǎn)入后續(xù)加工工序。

為驗(yàn)證乳白/光亮雙層鉻的抗腐蝕能力，從分別鍍覆單層光亮耐磨鉻、乳白/光亮雙層鉻的水泵軸成品中分別抽取 2件，放置在室內(nèi)(北方廠區(qū)環(huán)境)，一年后檢查，乳白/光亮雙層鉻水泵軸表面無任何銹點(diǎn)，單層鉻水泵軸表面出現(xiàn)數(shù)個(gè)銹點(diǎn)，這就說明乳白/光亮雙層鉻的抗腐蝕能力優(yōu)于單層鉻的抗腐蝕能力。在更換使用3年多的水泵橡膠密封墊時(shí)發(fā)現(xiàn)，乳白/光亮雙層鉻鍍層表面光亮如初，無銹蝕點(diǎn)存在。另外，某型紡織機(jī)械用戶在采用單層鉻(厚度10 ～ 20 μm)壓滾輪時(shí)，常反饋產(chǎn)品有生銹現(xiàn)象，改用乳白/光亮雙層鉻工藝后很少有這樣的問題發(fā)生。

3. 2 工藝特點(diǎn)

(1) 增加乳白鉻層后，光亮鍍鉻層的裂紋、孔隙和針孔減少，耐蝕性能提高。因此乳白/光亮雙層鉻對(duì)提高較薄的鍍鉻層耐蝕性具有重要意義。

(2) 乳白鉻層較薄，并不影響鍍鉻層的整體硬度，滿足增強(qiáng)鍍層耐蝕性和耐磨性的要求。

(3) 本工藝乳白鉻和光亮鉻的制備在同一鍍鉻槽中進(jìn)行，無需設(shè)立專門的鍍?nèi)榘足t層鍍槽，操作簡單方便，無附加投資成本。

4 結(jié)語

乳白/光亮雙層鉻工藝已在生產(chǎn)中應(yīng)用多年，完成了多品種大量水泵軸及其他鍍硬鉻零件的生產(chǎn)，工藝成熟，鍍鉻層耐蝕性好、性能穩(wěn)定，用戶反映良好，是值得推廣的一種鍍硬鉻工藝。

[1] 上海輕工業(yè)?？茖W(xué)校. 電鍍?cè)砼c工藝[M]. 上海： 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 1981： 210-211.

[2] 《電鍍手冊(cè)》編寫組. 電鍍手冊(cè)(上冊(cè))[M]. 北京： 國防工業(yè)出版社,1977： 291-292.

[3] 曾華梁, 吳仲達(dá), 陳均武, 等. 電鍍工藝手冊(cè)[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社, 1989： 216.

[4] 梁志杰. 現(xiàn)代表面鍍覆技術(shù)[M]. 北京： 國防工業(yè)出版社, 2005：379-380.

[5] 酈振聲 楊明安. 現(xiàn)代表面工程技術(shù)[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社, 2007：564-565.