汽車缸套復(fù)合電鍍光整Ni-SiO2的研究

陳 寧

（浙江機電職業(yè)技術(shù)學院 電氣電子工程學院，浙江 杭州 310053）

汽車缸套復(fù)合電鍍光整Ni-SiO2的研究

陳 寧

（浙江機電職業(yè)技術(shù)學院 電氣電子工程學院，浙江 杭州 310053）

為了增強汽車缸套的耐蝕性和耐磨性進而延長其使用壽命，在內(nèi)壁上電鍍Ni-SiO2復(fù)合鍍層，并借助掃描電鏡和質(zhì)量損失法對鍍層的結(jié)構(gòu)和性能進行評價。結(jié)果表明：操作條件對復(fù)合電鍍后的汽車缸套的形貌、微觀結(jié)構(gòu)、耐蝕性和耐磨性均有不同程度的影響。選用氨基磺酸鹽型鍍鎳液并控制45℃恒溫，采取適宜攪拌速率且施加低電流密度，有利于制得結(jié)構(gòu)致密、性能優(yōu)良的鍍層。

復(fù)合電鍍；汽車缸套；Ni-SiO2；工藝效果

0 前言

缸套是汽車發(fā)動機的重要組成部件，因工作環(huán)境特殊，要求其具備良好的耐蝕性和耐磨性。然而，受限于材質(zhì)屬性，普通鑄鐵缸套工作一段時間后易出現(xiàn)腐蝕磨損嚴重的狀況［1］，造成其使用壽命縮短。為增強缸套的耐蝕性和耐磨性進而延長其使用壽命，業(yè)界和學術(shù)界從改變材質(zhì)、施加表面處理等方面著手，進行了長期的探索和嘗試?；A(chǔ)實驗與實際應(yīng)用均表明：采用復(fù)合電鍍增強缸套的耐蝕性和耐磨性，是極具應(yīng)用前景的技術(shù)措施［2－3］。鑒于此，本文以復(fù)合電鍍?yōu)橹饕に嚪椒ǎ谄嚫滋椎膬?nèi)壁上電鍍Ni-SiO2復(fù)合鍍層，并對鍍層的結(jié)構(gòu)和性能進行評價。

1 實驗

1.1 壁面處理

壁面處理的目的在于提高缸套內(nèi)壁與Ni-SiO2復(fù)合鍍層的結(jié)合強度，這是獲取良好工藝效果的先決條件。歸納而言，處理流程為：粗磨—→精磨—→丙酮清洗—→清水浸洗并輔助超聲波振蕩—→稀鹽酸溶液中浸泡—→稀氫氧化鈉溶液中浸泡—→蒸餾水反復(fù)沖洗—→真空干燥。

1.2 鍍液配制

為防止因內(nèi)應(yīng)力過大而造成鍍層翹曲或出現(xiàn)裂紋，特選取低應(yīng)力氨基磺酸鹽型鍍液。具體配方為：氨基磺酸鎳 430g/L，氯化鎳 10g/L，氯化鈉 8 g/L，硼酸40g/L。所選試劑均為分析純，用蒸餾水嚴格按比例配制。另外，再向鍍液中加入適量的添加劑十二烷基硫酸鈉。

微粒選用經(jīng)表面改性處理的納米SiO2，粒徑約為30nm。按規(guī)范流程［4］預(yù)處理后以15g/L的質(zhì)量濃度添加至鍍液中，并將鍍槽置于200W恒定功率的超聲波環(huán)境中振蕩約3h，以確保納米微粒以散態(tài)形式均勻散布且較為穩(wěn)定地懸浮。

1.3 施鍍

為便于施鍍的同時初步評價復(fù)合鍍層的結(jié)構(gòu)與性能，以期從技術(shù)和數(shù)據(jù)層面為后續(xù)修復(fù)工作提供指導(dǎo)，陰極選用汽車缸套的局部截段，陽極采用雙電解鎳板（于陰極兩側(cè)垂直正對布置）。操作條件為：電流密度3～11A/dm2，攪拌速率2.5～12.5r/s，鍍液溫度45℃。攪拌速率和鍍液溫度均通過DJ－1型磁力攪拌器調(diào)控。復(fù)合電鍍過程中持續(xù)攪拌鍍液，僅改變攪拌速率或電流密度，以單純研究其對復(fù)合鍍層結(jié)構(gòu)與性能的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 形貌與微觀結(jié)構(gòu)

固定電流密度為3A/dm2，考察攪拌速率對復(fù)合電鍍后缸套內(nèi)壁形貌及微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果如圖1和圖2所示。結(jié)果表明：隨著攪拌速率從2.5 r/s提高至12.5r/s，鍍后的內(nèi)壁形貌及對應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)出先改善后惡化的態(tài)勢。具體表現(xiàn)為：壁面愈加光亮平整后暗淡，結(jié)構(gòu)趨于致密后弱化。相比較而言，在電流密度不變的情況下，當攪拌速率為7.5r/s時，施鍍獲取的工藝效果最優(yōu)。

圖1 攪拌速率對缸套內(nèi)壁形貌的影響

圖2 攪拌速率對缸套內(nèi)壁微觀結(jié)構(gòu)的影響

在此基礎(chǔ)上，固定攪拌速率為7.5r/s，進一步考察電流密度對復(fù)合電鍍后缸套內(nèi)壁形貌及微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果如圖3和圖4所示。結(jié)果表明：壁面光澤度隨電流密度的增加改觀不明顯，但組織漸趨疏松，致密性變差。總體而言，采用低電流密度有利于獲得良好的工藝效果。

圖3 電流密度對缸套內(nèi)壁形貌的影響

圖4 電流密度對缸套內(nèi)壁微觀結(jié)構(gòu)的影響

2.2 耐蝕性

進一步采用質(zhì)量損失法，以腐蝕率［5］為指標，評價電鍍Ni-SiO2復(fù)合鍍層后缸套內(nèi)壁的耐蝕性。攪拌速率（電流密度恒定為3A/dm2）及電流密度（攪拌速率恒定為7.5r/s）對腐蝕率的影響，分別如圖5和圖6所示。由圖5和圖6可知：操作條件對鍍后缸套內(nèi)壁的腐蝕率有一定影響。但與未鍍情況下高達15.6%的腐蝕率相比，無論是恒電流密度、變攪拌速率條件下施鍍后還是恒攪拌速率、變電流密度條件下施鍍后，缸套內(nèi)壁的腐蝕率均明顯降低，最低僅為4.9%，對應(yīng)的操作條件為攪拌速率7.5r/s，電流密度3A/dm2。

圖5 攪拌速率對腐蝕率的影響

圖6 電流密度對腐蝕率的影響

2.3 耐磨性

同樣基于質(zhì)量損失法，以磨損率［6］為指標，借助MPV-1500型摩擦試驗機考察復(fù)合電鍍后缸套內(nèi)壁的耐磨性。攪拌速率（電流密度恒定為3A/dm2）及電流密度（攪拌速率恒定為7.5r/s）對磨損率的影響，分別如圖7和圖8所示。由圖7和圖8可知：隨著攪拌速率的加快和電流密度的增加，磨損率分別呈現(xiàn)出先降后升和逐漸升高的變化趨勢。在攪拌速率為7.5r/s，電流密度為3A/dm2的條件下，電鍍Ni-SiO2復(fù)合鍍層后缸套內(nèi)壁的磨損率最低，約為27mg/min。

圖7 攪拌速率對磨損率的影響

圖8 電流密度對磨損率的影響

3 結(jié)論

操作條件對電鍍Ni-SiO2復(fù)合鍍層的汽車缸套的形貌、微觀結(jié)構(gòu)、耐蝕性和耐磨性均有不同程度的影響。選用氨基磺酸鹽型鍍鎳液并控制45℃恒溫，采取適宜攪拌速率且施加低電流密度，有利于制得結(jié)構(gòu)致密、性能優(yōu)良的鍍層。

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［1］肖燕波，黃君潔，何鳳姣，等.鐵－鎳－鎢合金電鍍在缸套上的應(yīng)用［J］.電鍍與涂飾，2011，30（8）：6-9.

［2］杜峰，劉先黎，王萍.復(fù)合電刷鍍技術(shù)修復(fù)氣缸套的應(yīng)用研究［J］.電刷鍍技術(shù)，2005（2）：4-7.

［3］叢鋼.鎳磷合金及錫復(fù)合層在氣缸套的應(yīng)用［J］.電刷鍍技術(shù)，1997（1）：31-32.

［4］王云燕.Zn-Fe合金電鍍和Zn-Fe-TiO2復(fù)合電鍍工藝及基礎(chǔ)理論研究［D］.長沙：中南大學，2002.

［5］張文峰.Ni-ZrO2納米復(fù)合電鍍層的制備及其耐蝕性研究［J］.腐蝕科學與防護技術(shù)，2006，18（5）：325-328.

［6］薛玉君，司東宏，劉紅彬，等.電沉積方式對Ni-CeO2納米復(fù)合鍍層摩擦磨損性能的影響［J］.中國有色金屬學報，2011，21（9）：2 157-2 162.

A Research on Composite Electroplating of Finishing Ni-SiO2on Automobile Cylinder Ⅰnner Wall

CHEN Ning
（Department of Electrical and Electronic Engineering，Zhejiang Institute of Mechanical ＆Electrical Engineering，Hangzhou 310053，China）

In order to enhance the corrosion resistance and wear resistance of automobile cylinder liner，hereby to prolong its service life，a Ni-SiO2composite coating was electroplated on its inner wall.Meanwhile，the structure and properties of the composite coating were evaluated by means of scanning electron microscope and losing mass method.The results show that operational conditions have a certain influence on the morphology，microstructure，corrosion resistance and wear resistance of automobile cylinder liner electroplated with Ni-SiO2composite coating.A coating featuring compact structure and excellent properties can be favorably obtained when nickel sulfamate solution is selected and kept at a constant temperature of 45℃，and a suitable stirring speed as well as low current density are adopted.

composite electroplating；automobile cylinder liner；Ni-SiO2；process effect

TQ 153

A

1000-4742（2013）05-0001-03

2012-03-21