錢建國，張 群，李秀娟，許文琳

（南京長(zhǎng)江電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，南京210038）

0 引 言

為了滿足鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸限制的要求，機(jī)動(dòng)雷達(dá)一般采用天線座車自動(dòng)調(diào)平和天線系統(tǒng)展開／折疊、起豎／倒伏等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的快速架設(shè)和撤收。這些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的方式有兩種：液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。與機(jī)械傳動(dòng)相比，液壓傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）速度調(diào)整范圍大，調(diào)整方便；（2）在相同功率下，結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小，質(zhì)量較輕，慣性較小，可以傳遞較大的力或扭矩；（3）操縱控制方便，反應(yīng)較快，可快速啟動(dòng)、制動(dòng)和換向；（4）可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；（5）工作介質(zhì)一般為液壓油，可自行潤滑，使用維護(hù)方便，使用壽命較長(zhǎng)；（6）較易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，目前液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)動(dòng)雷達(dá)上應(yīng)用較廣泛。［1］

液壓缸是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中最常見、最重要的一種液壓執(zhí)行元件，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床工業(yè)、冶金工業(yè)、汽車工業(yè)、輕紡工業(yè)、塑料機(jī)械、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械中。液壓缸活塞桿材料通常選用45＃中碳鋼，也有選用40Cr、38CrMoAlA等合金鋼。目前液壓行業(yè)廣泛使用的常規(guī)活塞桿傳統(tǒng)表面鍍覆工藝是單層鍍硬鉻工藝［2?4］，鍍前工件表面粗糙度為Ra0.4～Ra0.8μm，鍍鉻層厚度一般為50～70μm，表面硬度為HV800以上。其工藝流程一般為：前處理→裝掛→電解除油→熱、冷水洗→陽極腐蝕→沖擊鍍鉻→鍍硬鉻→回收→冷、熱水洗→干燥→除氫→拋光。這種電鍍硬鉻的工藝特點(diǎn)是鉻鍍層容易產(chǎn)生孔隙和裂紋，孔隙會(huì)隨著鉻層厚度的增加而增加。鉻鍍層為陰極性鍍層，鉻鍍層電位比鋼基體高，當(dāng)鉻鍍層具有孔隙或裂紋時(shí)就會(huì)通過腐蝕電池的作用加快鋼材的腐蝕速度，因而鍍件的抗腐蝕能力較差。［5?7］

某型機(jī)動(dòng)雷達(dá)經(jīng)過一段時(shí)間的使用后液壓缸活塞桿表面鉻鍍層出現(xiàn)了點(diǎn)蝕，說明活塞桿抗腐蝕性能不足。本文首先分析了液壓缸的使用情況，在此基礎(chǔ)上探討了幾種用于活塞桿的防腐蝕技術(shù)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了鋅鎳合金?硬鉻復(fù)合鍍鍍層抗腐蝕性能優(yōu)越，可以推廣應(yīng)用，以提高液壓缸在海洋氣候惡劣環(huán)境下的抗腐蝕能力。

1 液壓缸使用情況

某大型機(jī)動(dòng)雷達(dá)采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)天線座車自動(dòng)調(diào)平和天線系統(tǒng)展開／折疊、起豎／倒伏功能。在雷達(dá)運(yùn)輸、貯存狀態(tài)下，天線系統(tǒng)的展開／折疊缸、穿銷缸和大盤鎖銷缸的活塞桿均暴露在大氣環(huán)境中。在工作狀態(tài)下，調(diào)平系統(tǒng)的水平缸、垂直缸和天線系統(tǒng)的起豎／倒伏缸、穿銷缸的活塞桿也均暴露在大氣環(huán)境中。受結(jié)構(gòu)布局和空間的限制，展開／折疊缸、水平缸、穿銷缸和大盤鎖銷缸均無油缸防護(hù)罩，只有垂直缸和起豎／倒伏缸采用三防布罩對(duì)活塞桿進(jìn)行了防護(hù)。

機(jī)動(dòng)雷達(dá)一般架設(shè)于戶外，其中架設(shè)于近海（島）地區(qū)的機(jī)動(dòng)雷達(dá)長(zhǎng)期工作在戶外惡劣海洋氣候環(huán)境下，部分液壓缸的活塞桿可能長(zhǎng)期暴露在大氣環(huán)境中，受到高鹽霧、濕熱、雨水、塵埃、工業(yè)大氣污染等侵蝕，液壓缸的活塞桿表面容易出現(xiàn)點(diǎn)蝕，且隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)腐蝕將越來越嚴(yán)重。

2 活塞桿防腐蝕技術(shù)

目前，能夠提高活塞桿防腐蝕性能的表面鍍覆和處理技術(shù)主要有乳白?耐磨雙層鍍鉻技術(shù)、QPQ處理技術(shù)、鋅鎳合金?硬鉻復(fù)合鍍技術(shù)。

2.1 乳白?耐磨雙層鍍鉻技術(shù)

乳白鉻鍍層的結(jié)晶細(xì)致，孔隙率較低，一般乳白鉻鍍層的厚度為20～30μm時(shí)可以消除孔隙，抗腐蝕性能較強(qiáng)。耐磨硬鉻層具有非常好的耐磨損性能，但其抗腐蝕性能較差。為了使鍍鉻件既抗腐蝕又耐磨損，通常將兩種電鍍方法結(jié)合起來形成乳白?耐磨雙層鍍鉻。乳白?耐磨雙層鍍鉻工藝流程一般為：前處理→裝掛→電解除油→熱、冷水洗→陽極腐蝕→鍍?nèi)榘啄臀g鉻→鍍耐磨硬鉻→回收→冷、熱水洗→干燥→除氫→拋光。［8］

周燕等人［9］通過對(duì)活塞桿電鍍30μm乳白鉻＋70 μm硬鉻，表面硬度可達(dá)HV800以上，除氫處理后，按照GJB 150.11A－2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第11部分：鹽霧試驗(yàn)》進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，出現(xiàn)銹蝕的時(shí)間為168 h。

乳白?耐磨雙層鍍鉻鍍層為陰極性鍍層。陰極性鍍層不同于陽極性鍍層，在金屬腐蝕和電化學(xué)腐蝕中不能電化學(xué)保護(hù)基體，只有當(dāng)陰極性鍍層完全無孔時(shí)才能起到機(jī)械保護(hù)基體的作用。其抗腐蝕性能取決于乳白鉻鍍層的厚度和孔隙率。在批量生產(chǎn)過程中各種因素存在一定的波動(dòng)，從而導(dǎo)致乳白?耐磨雙層鍍鉻鍍層防腐蝕性能的離散性較大。

目前，該技術(shù)在液壓行業(yè)已大量應(yīng)用，在槍炮內(nèi)膛和飛機(jī)、船舶、水利工程的零部件上也得到廣泛應(yīng)用。某大型機(jī)動(dòng)雷達(dá)的水平缸、垂直缸、起豎／倒伏缸、展開／折疊缸的活塞桿均采用乳白?耐磨雙層鍍鉻技術(shù)，其抗腐蝕性能比單層鍍硬鉻的活塞桿明顯提高。

2.2 QPQ處理技術(shù)

QPQ處理是一種提高黑色金屬基體表面耐磨性能、耐腐蝕性能的鹽浴滲氮、鹽浴氧化復(fù)合處理技術(shù)。QPQ處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了黑色金屬的熱處理技術(shù)和防腐蝕技術(shù)的復(fù)合、耐磨損性能和抗腐蝕性能的復(fù)合、滲氮工序和氧化工序的復(fù)合、氮化物和氧化物的復(fù)合，是一種應(yīng)用廣泛的黑色金屬表面強(qiáng)化改性技術(shù)。QPQ處理滲層組織是復(fù)合的氮化物和氧化物，形成Fe2～3N高濃度化合物層和致密的Fe3O4氧化膜，能夠大幅提高黑色金屬表面的耐磨損性能、抗腐蝕性能。［10?12］

QPQ處理技術(shù)操作簡(jiǎn)便，其工藝流程一般為：清洗除油→預(yù)熱→鹽浴滲氮→鹽浴氧化→清洗去鹽→拋光→二次鹽浴氧化→清洗去鹽→干燥→浸油。［13］

易傳貴等人［14］通過顯微硬度計(jì)、金相顯微鏡和動(dòng)電位極化曲線等分析了QPQ處理后膜層的顯微硬度、金相組織以及電化學(xué)腐蝕性能，發(fā)現(xiàn)45＃、40Cr鋼經(jīng)QPQ處理均能獲得較高的表面硬度和良好的表面滲氮組織，耐腐蝕性能均顯著提高，自腐蝕電位得到提高，腐蝕電流密度得到下降。

潘詩良［15］研究認(rèn)為，45＃鋼經(jīng)QPQ處理后，滲層組織中存在的Fe2～3N高濃度化合物層和致密的Fe3O4氧化膜雙相層使得黑色金屬在高鹽霧、濕熱、弱酸、強(qiáng)堿條件下都具有很高的耐腐蝕性能，其鹽霧試驗(yàn)開始銹蝕的時(shí)間為140 h。

甄延波等人［16］研究認(rèn)為，40Cr鋼經(jīng)QPQ處理后表面生成了Fe2～3N高濃度氮化物層和致密Fe3O4氧化膜，其表面硬度達(dá)到HV711，耐磨損性能和耐腐蝕性能是QPQ處理、離子滲氮、鍍鉻、氧化處理4種工藝中最高的。

目前，QPQ處理技術(shù)已應(yīng)用于工作在海洋環(huán)境中的高端裝置。［17］該雷達(dá)的穿銷缸和大盤鎖銷缸活塞桿已采用QPQ技術(shù)進(jìn)行處理，其抗腐蝕性能顯著提高，在使用過程中未發(fā)現(xiàn)明顯銹蝕現(xiàn)象。

2.3 鋅鎳合金?硬鉻復(fù)合鍍技術(shù)

鋼鐵電鍍鋅鎳合金是20年前興起、國外早已廣泛應(yīng)用的一種陽極性鍍層，目前國內(nèi)正處于廣泛推廣階段。鋅鎳合金鍍層一般是指含鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%以下的低鎳含量合金鍍層。含鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%～15%的鋅鎳合金鍍層的耐磨損性能和耐腐蝕性能是純鋅鍍層的3～6倍。鈍化處理的鋅鎳合金鍍層的耐腐蝕性能比同等厚度的鈍化鋅鍍層高3～5倍，甚至比鎘鍍層的耐腐蝕性能更高。［18?22］鋅鎳合金鍍層氫脆性較低，韌性好，與基體金屬的結(jié)合力很強(qiáng)，硬度達(dá)到HV220～270，耐高溫達(dá)250℃，除氫處理后仍具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。［23］鋅鎳合金的共沉積屬于異常共沉積。Brenner和倉知三夫指出，雖然鎳的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位高很多，但鋅卻比鎳優(yōu)先沉積。［24］

鋅鎳合金鍍層抗腐蝕性能優(yōu)越，在中性鹽霧試驗(yàn)中鋅鎳合金鍍層出現(xiàn)紅銹的時(shí)間均超過1 000 h。［25］其耐腐蝕機(jī)理為：（1）鋅鎳合金鍍層腐蝕生成物為ZnCl2·4Zn（OH）2，含有少量的2ZnCO3·3Zn（OH）2，腐蝕產(chǎn)物中無鎳，比鋅層的腐蝕產(chǎn)物ZnO要穩(wěn)定致密，導(dǎo)電性差，因而抑制了腐蝕，減低了腐蝕速率；（2）在腐蝕過程中Ni的富集提高了鍍層的熱力學(xué)穩(wěn)定性；（3）在腐蝕過程中Ni抑制了Zn（OH）2的分解反應(yīng)，因而使腐蝕產(chǎn)物保持為導(dǎo)電性差的Zn（OH）2致密膜，吸附在鍍層上，起到鈍化作用；（4）鍍層表面產(chǎn)生微裂紋，分散了腐蝕微電流，也能提高防腐蝕性能。［26?28］

由于鋅鎳合金鍍層抗腐蝕性能優(yōu)越，因此可將其作為液壓缸活塞桿的底層電鍍層，在此底層電鍍層上再套鍍耐磨硬鉻，形成鋅鎳合金?硬鉻復(fù)合鍍層。這樣的復(fù)合鍍層既硬度高、耐磨損，又能抗腐蝕。由鋅鎳合金鍍層的耐腐蝕機(jī)理可知，當(dāng)腐蝕性物質(zhì)通過硬鉻層孔隙、裂紋與鋅鎳合金底鍍層產(chǎn)生腐蝕行為時(shí)，其腐蝕產(chǎn)物就致密吸附在硬鉻層孔隙、裂紋中的鋅鎳合金底鍍層上，從而起到了良好的鈍化作用和封閉作用，抑制了進(jìn)一步的腐蝕。因此，通過理論分析可知：該復(fù)合鍍層的防腐蝕性能優(yōu)于單獨(dú)的電鍍鋅鎳合金鍍層。

2.3.1 鋅鎳合金?硬鉻復(fù)合鍍工藝流程

底層電鍍采用某公司的HK450堿性鋅鎳合金電鍍工藝。鋅鎳合金?硬鉻復(fù)合鍍的具體工藝流程為：前處理→裝掛→電解除油→水洗→酸洗→水洗→活化→水洗→電鍍鋅鎳合金（9～15μm）→水洗→活化→水洗→鍍耐磨硬鉻（50～70μm）→冷、熱水洗→烘干→除氫→拋光。下面對(duì)流程中的幾個(gè)主要工序作介紹：

（1）前處理：用120＃航空汽油清洗。

（2）裝掛：不銹鋼掛鉤。

（3）電解除油：Na3PO430～40 g／L，Na2CO320～30 g／L，NaOH 40～60 g／L，電流密度2～5 A／dm2，溫度60℃～80℃，時(shí)間10 min。

（4）酸洗：H2SO450 mL／L，CH4N2S 1g／L，溫度60℃～80℃，時(shí)間10 min。

（5）活化：HCl 500 mL／L，室溫，時(shí)間10～30 s。

（6）電鍍鋅鎳合金：ZnO 8～12 g／L，NaOH 100～120 g／L，HK450A鎳溶液12～15 mL／L，HK450B柔軟劑30～50 mL／L，HK450C光亮劑1～2 mL／L，電流密度1～4 A／dm2，溫度10℃～35℃，時(shí)間40～50 min，陽極材料為鋅板、鎳板。

需要注意的是，鍍層鎳含量隨著電流密度的增大而略有增加，電流效率隨著電流密度的增大而不斷降低。因此，從鍍層鎳含量和電流效率兩方面綜合考慮，最佳的電流密度應(yīng)控制在2 A／dm2。

鋅鎳合金鍍層厚度一般控制在9～15μm，需要每天分析電鍍液，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整鍍液配比。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，要將NaOH的質(zhì)量濃度控制在上限，將鋅離子濃度控制在下限。一般情況下，當(dāng)鎳離子與鋅離子的質(zhì)量濃度比控制在（1.2～1.5）∶10時(shí)，鋅鎳合金鍍層中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)才能穩(wěn)定在12%～15%。添加HK450A鎳溶液（HK450A鎳溶液每1 mL含Ni2＋100 mg）來補(bǔ)充鎳離子，添加時(shí)需與HK450B柔軟劑混合，其消耗量為：HK450A鎳溶液600～800 mL／kAh，HK450B柔軟劑300～400 mL／kAh，HK450C光亮劑100～200 mL／kAh。

（7）活化：5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）H2SO4，室溫，時(shí)間10～30 s。

（8）鍍耐磨硬鉻：CrO3250～280 g／L，H2SO42.3～2.7 g／L，Cr3＋2～4 g／L，電流密度40～75 A／dm2，溫度55℃～60℃，時(shí)間90～150 min。

一般硬鉻鍍層的厚度控制在50～70μm，通常硫鉻比控制在1∶100。初始鍍鉻時(shí)使用較高的電流密度（60～75 A／dm2），這樣硬鉻鍍層與鋅鎳合金鍍層間的結(jié)合力較強(qiáng)；后續(xù)使用一般的電流密度（40～60 A／dm2）。電流密度大，鍍鉻速率高，硬度高，但更易產(chǎn)生裂紋和孔隙。

（9）烘干：溫度70℃～90℃，時(shí)間20～25 min。（10）除氫：溫度200℃～220℃，恒溫180～240 min后，放置于空氣中自然冷卻。

（11）拋光：對(duì)鍍鉻層機(jī)械拋光，使其表面光亮，粗糙度Ra≤1.6μm。

在操作以上流程時(shí)需注意：電鍍鋅鎳合金后應(yīng)立即進(jìn)行下道鍍硬鉻工序；鍍鉻后5 h內(nèi)進(jìn)行除氫，否則會(huì)造成氫脆。

2.3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

（1）試樣準(zhǔn)備

試樣用45＃鋼加工，直徑Φ35 mm，長(zhǎng)200 mm，調(diào)質(zhì)處理，外圓磨削，表面粗糙度為Ra0.4μm。按以上工藝流程進(jìn)行鋅鎳合金?硬鉻復(fù)合鍍處理。實(shí)測(cè)試樣鋅鎳合金鍍層厚度12μm，硬鉻鍍層厚度60μm，鍍鉻層硬度為HV820～860，表面粗糙度為Ra0.8～Ra1.6 μm，復(fù)合鍍硬鉻鍍層的孔隙率與乳白?耐磨雙層鍍鉻硬鉻鍍層的孔隙率相當(dāng)，沒有統(tǒng)一的規(guī)定要求。

（2）試驗(yàn)方法

中性鹽霧試驗(yàn)：依據(jù)GJB150.11A－2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第11部分：鹽霧試驗(yàn)》進(jìn)行240 h鹽霧試驗(yàn)，采用（5±1）%NaCl溶液，溫度（35±2）℃。

高溫貯存試驗(yàn)：高溫70℃，保持48 h。低溫貯存試驗(yàn)：低溫－50℃，保持24 h。

交變濕熱試驗(yàn)：依據(jù)GJB150.9A－2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第9部分：濕熱試驗(yàn)》。高溫（60±3）℃，低溫（30±3）℃，相對(duì)濕度（95±5）%。試驗(yàn)10個(gè)周期。

附著強(qiáng)度試驗(yàn)：依據(jù)GB／T 5270－2005《金屬基體上的金屬覆蓋層電沉積和化學(xué)沉積層 附著強(qiáng)度試驗(yàn)方法評(píng)述》。①熱震試驗(yàn)，將試樣在空氣爐中加熱至300℃，保溫1 h，放入冷水中驟冷，檢查鍍層是否片狀剝離、分層剝離；②磨、鋸試驗(yàn)，使用外圓磨床從試樣邊緣磨削鍍層，目視鍍層與基體金屬是否分離，鍍層是否起皮或脫落。

試樣串行中性鹽霧試驗(yàn)、高溫貯存試驗(yàn)、低溫貯存試驗(yàn)、交變濕熱試驗(yàn)、附著強(qiáng)度試驗(yàn)。

（3）試驗(yàn)結(jié)果分析

完成中性鹽霧試驗(yàn)后對(duì)試樣觀察，試樣鍍層無明顯紅銹現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1 240 h鹽霧試驗(yàn)后試樣外觀

完成高溫貯存試驗(yàn)、低溫貯存試驗(yàn)、交變濕熱試驗(yàn)后對(duì)試樣觀察，試樣鍍層無明顯紅銹現(xiàn)象，如圖2所示。

圖2 濕熱試驗(yàn)后試樣外觀

采用熱震試驗(yàn)方法進(jìn)行鍍層附著強(qiáng)度試驗(yàn)，完成試驗(yàn)后對(duì)試樣觀察，試樣鍍層附著完好，無分層剝離現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3 熱震試驗(yàn)后試樣外觀

采用磨、鋸試驗(yàn)方法進(jìn)行鍍層附著強(qiáng)度試驗(yàn)，完成試驗(yàn)后對(duì)試樣觀察，試樣鍍層附著完好，無起皮或脫落現(xiàn)象，如圖4所示。

圖4 磨、鋸試驗(yàn)后試樣外觀

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，鋅鎳合金?硬鉻復(fù)合鍍鍍層附著強(qiáng)度、抗腐蝕性能優(yōu)越。

2.4 性能比較

乳白?耐磨雙層鍍鉻、QPQ處理、鋅鎳合金?硬鉻復(fù)合鍍3種活塞桿防腐蝕處理技術(shù)性能對(duì)比情況見表1。

表1 3種活塞桿防腐蝕處理性能對(duì)比表

3 結(jié)束語

目前能夠提高液壓缸活塞桿抗腐蝕性能的技術(shù)有乳白?耐磨雙層鍍鉻技術(shù)、QPQ處理技術(shù)、鋅鎳合金?硬鉻復(fù)合鍍技術(shù)。乳白?耐磨雙層鍍鉻技術(shù)、QPQ處理技術(shù)的防腐蝕性能比單層鍍硬鉻工藝技術(shù)高，已在液壓行業(yè)得到成熟應(yīng)用。鋅鎳合金?硬鉻復(fù)合鍍技術(shù)目前還未在產(chǎn)品上應(yīng)用。鑒于鋅鎳合金底鍍層的優(yōu)越防腐蝕性能，而且試驗(yàn)也驗(yàn)證了這種防腐蝕技術(shù)鍍層附著強(qiáng)度、抗腐蝕性能優(yōu)越，因此可以把該技術(shù)應(yīng)用于雷達(dá)液壓缸活塞桿，以進(jìn)一步提高機(jī)動(dòng)雷達(dá)的抗腐蝕能力。