松孔鍍鉻技術(shù)

奚 兵

（常州市荊川里小區(qū)12丙201，江蘇 常州 213015）

松孔鍍鉻技術(shù)

奚 兵

（常州市荊川里小區(qū)12丙201，江蘇 常州 213015）

0 前言

松孔鍍鉻通常用于柴油內(nèi)燃機(jī)的汽缸套和活塞環(huán)。工件鍍鉻后進(jìn)行陽極處理（反向刻蝕）以擴(kuò)大鍍層裂紋，造成許多小孔。其目的是留住支承表面的潤滑油，以減小摩擦因數(shù)，提高耐磨性，延長使用壽命。在不同的工藝條件下，可形成點(diǎn)狀松孔或溝狀松孔的鍍鉻層。現(xiàn)就松孔鍍鉻的條件、工藝以及控制因素等進(jìn)行敘述。

1 松孔鍍鉻的條件

1.1 鉻層裂紋

鉻層應(yīng)力會(huì)引起裂紋，這是松孔鍍鉻的基本條件，也是重要因素。鍍較厚鉻層一般具有較大的應(yīng)力，所以它通常具有細(xì)發(fā)狀裂紋（即微裂紋）。裂紋圖形、數(shù)量、尺寸和深度各不相同，鍍層往往會(huì)有表面網(wǎng)狀裂紋，其間為鉻層區(qū)。

鉻幾乎從開始沉積時(shí)就產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)鍍鉻層厚度增加時(shí)，應(yīng)力隨之增加，直到鍍鉻層產(chǎn)生裂紋時(shí)應(yīng)力才開始緩解。在繼續(xù)電鍍時(shí)，這些微裂紋被封閉，應(yīng)力重新產(chǎn)生，直到新的裂紋形成為止。在電鍍操作中，應(yīng)力的產(chǎn)生和接著裂開是循環(huán)進(jìn)行的。結(jié)果就是鍍層表面上有裂紋，表面下的不同層次有被封閉的裂紋。表面和被封閉的裂紋，在形成和控制松孔鍍鉻方面都具有一定的作用。

所以松孔鍍鉻是由不連續(xù)的鍍層表面組成的。這種不連續(xù)的表面，就是由鉻沉積時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力形成的。鍍層表面的不連續(xù)性或點(diǎn)狀松孔并不穿透鍍層而達(dá)到基體。

1.2 工藝條件

松孔鍍鉻的工藝條件與鍍硬鉻的相似，不需要特殊的電解液、鍍槽、整流器或其他的電鍍?cè)O(shè)備。一般工藝條件為：鉻酐200～250g/L，硫酸2.0～2.5 g/L，45～50A/dm2，50～55℃，3～9h。在此工藝條件下，獲得的鍍層厚度大于100μm。

2 松孔類型及形成方法

松孔鍍鉻層有兩種類型：點(diǎn)狀松孔型（也稱針孔型）和溝狀松孔型（也稱溝槽性）。鉻層松孔可用電化學(xué)方法或機(jī)械方法產(chǎn)生。

在電化學(xué)方法中，鍍鉻層用陽極處理以形成點(diǎn)狀松孔或使事先處理好的裂紋擴(kuò)大成溝狀松孔。溝紋是在有控制的電鍍情況下產(chǎn)生的，使之生成的裂紋有一定的深度和寬度，且在裂紋之間有規(guī)定的鉻層區(qū)尺寸。

機(jī)械方法則用噴砂（如氧化鋁干噴）的方法，使基體金屬表面產(chǎn)生粗糙呈點(diǎn)孔（凹坑），以便在鍍鉻中重現(xiàn)松孔。如果要鍍較厚的鉻層，可將機(jī)械干噴和電化學(xué)刻蝕結(jié)合使用，即：在粗糙帶點(diǎn)孔的基體上鍍鉻后，再將鍍層反向刻蝕，進(jìn)一步擴(kuò)大點(diǎn)狀松孔。因?yàn)殡S著鍍鉻層厚度的增加，干噴所得的網(wǎng)紋消失，需要反向刻蝕來獲得適當(dāng)?shù)乃煽锥?。這種機(jī)械方法對(duì)鍍鉻層的厚度要求較低。低輸出功率的發(fā)動(dòng)機(jī)所需潤滑油較少，其氣缸的點(diǎn)狀松孔一般用機(jī)械方法產(chǎn)生。

3 松孔鍍鉻的主要控制因素

溫度和鍍液比值（ρCrO3∶ρSO2－4）是松孔鍍鉻中最重要的兩個(gè)因素，所以必須小心協(xié)調(diào)，以控制松孔間的鉻層區(qū)尺寸。點(diǎn)狀松孔是在常規(guī)的鍍液比值、溫度和電流密度下形成的。如在鍍液比值為（85～100）∶1，電流密度為45～50A/dm2，溫度為50～55℃的條件下，可獲得既光亮又硬的點(diǎn)狀松孔鉻層。溝狀松孔是在較高的鍍液比值下形成的。如在鍍液比值為（120～130）∶1，電流密度為40～50 A/dm2，溫度為60～65℃的條件下，可獲得較暗且軟的溝狀松孔鉻層。

因此，正確控制和協(xié)調(diào)溫度和鍍液比值，對(duì)松孔鍍鉻極為關(guān)鍵。即使是較小的鍍液比值改變，也會(huì)直接影響到松孔鍍鉻中裂紋間鉻層區(qū)的尺寸。一般來說，鍍層裂紋隨著鍍液比值的提高而增加。在一定條件下，鍍鉻液中CrO3的質(zhì)量濃度對(duì)鉻層裂紋基本無影響，因?yàn)槠滟|(zhì)量濃度范圍很寬，可在150～400g/L之間變動(dòng)。

由于松孔鍍鉻的時(shí)間較長，且溫度必須控制在非常窄的范圍內(nèi)，所以最好使用全自動(dòng)溫度控制裝置。該裝置的允許溫度變化不超過±1℃（最好不超過±0.5℃）。采用空氣攪拌可幫助控制鍍液的溫度，但不要攪拌得太劇烈，空氣噴口不要放在鍍件下面。應(yīng)使用低壓空氣，而不是高壓空氣，避免油的污染。

4 刻蝕處理

陽極刻蝕處理可以擴(kuò)大鉻層松孔（裂紋），它是松孔鍍鉻的一個(gè)重要因素，僅次于鍍液比值。一般可采用以下方法進(jìn)行刻蝕。

（1）把鍍好的工件置于不含硫酸的鉻酸（質(zhì)量濃度為200g/L）中，在50℃下以20～30A/dm2的電流密度進(jìn)行反向刻蝕。

（2）采用碳酸鈉或氫氧化鈉（質(zhì)量濃度為50～80g/L），在室溫下以20～30A/dm2的電流密度進(jìn)行電解刻蝕。

由于反向刻蝕會(huì)使鍍鉻層表面溶解而變得粗糙，所以必須小心控制時(shí)間。鍍鉻層在經(jīng)受陽極侵蝕時(shí)，其裂紋處比鉻層區(qū)溶解得快，一般刻蝕去掉鍍層的速率約為3μm/min。對(duì)于溝狀松孔鍍鉻層刻蝕量的控制也很重要。其刻蝕量必須足以使溝狀松孔網(wǎng)紋具有足夠的深度和寬度。但是刻蝕不要過度，避免裂紋鉻層區(qū)的表面過腐蝕。

5 精磨

5.1 精磨方法

（1）珩磨

珩磨通常用于型腔（如氣缸筒），它易于控制，能使工件保持既直又圓?？墒褂冒诜尤峁绦责ず蟿┲械难趸X或碳化硅。如使用單一的磨料，粒度為400＃的用于溝狀松孔；粒度為180～240＃的用于點(diǎn)狀松孔?？上却趾蠹?xì)，最細(xì)的粒度為600＃。珩磨最好是在低壓高速下輕微切削。

（2）研磨

研磨與珩磨相似。然而，珩磨頭能追隨工件表面形狀，而研磨卻不追隨。所以在磨削中必須避免不均勻地切削松孔鍍鉻層。

（3）拋光

某些工件不能采用上述方法，可用拋光來取代。它是一種令人滿意的方法，但必須使用特殊設(shè)計(jì)的拋光輪，必須具備夾具裝置。

5.2 磨削深度

精加工的目的是去除刻蝕所產(chǎn)生的疏散的外表層。鍍鉻層磨削減薄，使得松孔度降低，例如：點(diǎn)狀松孔變得更小、更少；而溝狀松孔最終變得不連續(xù)，出現(xiàn)空洞和斷面。為此，磨削量必須控制在成品尺寸所留有的余量范圍內(nèi)（一般為15～20μm）。

5.3 磨削速率

對(duì)于溝狀松孔鍍鉻層而言，磨削往往會(huì)破壞溝紋（槽）與鉻層區(qū)邊緣。為此，必須注意在開始進(jìn)刀（砂輪）時(shí)，只能輕微接觸被磨削的鉻層，既不能過快也不能太劇烈。否則，可能將鉻層過度破壞，造成松孔太大或過分高低不平和斷裂。這樣就失去了去除表面疏散鉻層的應(yīng)有效果?？梢酝ㄟ^選擇適當(dāng)?shù)哪チ匣蛏拜喴约笆褂眠m當(dāng)?shù)哪ハ魉俾屎蛪毫砑右越鉀Q。

6 清洗

松孔鍍鉻層經(jīng)磨削后，在孔和溝中會(huì)留有多種磨料的碎屑。雖然這些碎屑可以在磨削過程中被冷卻油除去，但是總有部分碎屑仍留在松孔鉻層的孔隙或溝槽里。為此，必須進(jìn)行徹底清洗，避免碎屑使支承表面產(chǎn)生嚴(yán)重劃痕。清洗可采用噴射蒸汽、高壓空氣或使用堿液。根據(jù)需要，可用200℃熱油浸泡1～4h進(jìn)行時(shí)效處理。

7 結(jié)語

松孔鍍鉻通常采用電化學(xué)方法。低輸出功率的發(fā)動(dòng)機(jī)所需潤滑油較少，其氣缸套的點(diǎn)狀松孔一般用機(jī)械方法產(chǎn)生。溫度和鍍液比值是松孔鍍鉻中最重要的兩個(gè)因素，在生產(chǎn)中必須小心控制。

TQ 153

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1000-4742（2013）01-0043-02

2011-06-22