鋁合金鍍鉻返修工藝控制
2015-01-01 00:00:00曲延龍周桂芳
【摘 要】采用階梯式給電法，成功地解決了鍍鉻返修問題，并介紹了鉻上鍍鉻工藝操作要點和注意事項。經(jīng)生產(chǎn)驗證，鉻上鍍鉻層光澤好，結(jié)合力好，具有一定的應(yīng)用價值。
【關(guān)鍵詞】鉻上鍍鉻；階梯式給電；結(jié)合力
1.前言
鍍鉻具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、硬度高、耐磨性優(yōu)良等特點，常作防護(hù)裝飾性鍍層和機械性鍍層應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，但鍍鉻生產(chǎn)過程中（特別是鍍硬鉻）常因為下述原因需要進(jìn)行鍍鉻返修。
（1）鍍鉻時由于某種原因暫時停電，此時需要修復(fù)鍍鉻。
（2）有些鍍鉻件由于足寸不足，需復(fù)鍍鉻。
（3）某些大型零件修復(fù)性鍍鉻或由于鍍層較厚，連續(xù)電鍍72h以上，設(shè)備和槽液難以承受，需要分兩次鍍或換槽鍍。
（4）某些零件鍍鉻后尺寸超差，磨削加工后需修復(fù)鍍鉻等。
實現(xiàn)鉻上鍍鉻并非易事，因為鉻鍍層具有很強的鈍化能力，在大氣和許多水溶液中，其表面很快生成一層薄而致密的氧化膜，在這樣一層導(dǎo)電性不良的氧化膜上直接鍍鉻，很難得到結(jié)合良好的鍍鉻層。有時甚至根本鍍不上，要達(dá)到鉻上鍍鉻結(jié)合牢固的目的，就必須針對鉻層的特性，采取有效的工藝措施，合理控制參數(shù)，才能有效解決鉻上鍍鉻的問題。
1.1鋁及鋁合金鍍鉻存在的難點
我廠對于鋁及鋁合金鍍鉻具有較長的生產(chǎn)歷史，有著完善的技術(shù)指導(dǎo)體系，有著經(jīng)驗豐富的操作者和不斷壯大的工藝技術(shù)隊伍，也在這個過程中積累了豐富的操作經(jīng)驗，但由于鋁及鋁合金本身具有特殊性.在其表面電鍍比較困難，經(jīng)常發(fā)生鉻層結(jié)合力差，易起皮、起泡、針孔等缺陷，主要基于鋁材本身以下幾點原因：
（1）鋁的標(biāo)準(zhǔn)電位很負(fù)（ω0=-1.67V），當(dāng)零件浸入槽液中，立即與電位較正的金屬發(fā)生置換反應(yīng)，產(chǎn)生疏松的接觸鍍層。
（2）鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，與氧的親合力很強，極易生成A12O3薄膜，除去舊氧化膜后，表面又會很快生成一層新的氧化膜。
（3）鋁是典型的兩性金屬，在酸、堿溶液中都易溶解，基體易腐蝕。在電鍍槽液中，也會因為鋁的溶解污染電鍍?nèi)芤骸?/p>
（4）鋁的線膨脹系數(shù)比大多數(shù)金屬都大，在電鍍過程中?；w與鍍層間易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，影響結(jié)合力，特別當(dāng)溫度發(fā)生變化時，鍍層就易產(chǎn)生裂紋、起泡等缺陷。
（5）鋁合金中若含有Cu、Si、Mn等元素。處理不好，對鍍層結(jié)合力影響很大。
1.2解決措施
通過鍍鉻零件的實際生產(chǎn)跟蹤，數(shù)據(jù)積累和理論分析，摸索影響鉻層質(zhì)量的主要因素，并通過理化分析，結(jié)合力檢查，硬度檢查等方法檢測鉻層主要性能指標(biāo)，保證鋁及鋁合金鍍鉻返修質(zhì)量。
2.工藝操作與維護(hù)
鉻鍍層種類很多，鉻上鍍鉻按鍍液組分以及操作條件的不同，可分為鍍硬鉻和裝飾性鍍鉻，不管哪種類型的鍍鉻，均可采用“階梯式給電法”實現(xiàn)鉻上鍍鉻，即首先將鍍鉻件作陽極（如果件表面有油污，應(yīng)先采用常規(guī)除油方法除去油污，再進(jìn)行陽極處理），通電進(jìn)行陽極浸蝕處理，然后再將鍍鉻件轉(zhuǎn)為陰極，以小電流密度對其進(jìn)行陽極活化處理，最后再逐步升高電流密度至正常電流密度電鍍至規(guī)定厚度。
工藝流程：有機溶劑除油―化學(xué)除油―流動熱水洗―流動冷水洗―裝掛（可在溶劑除油前進(jìn)行）―第一次腐蝕―流動冷水洗―第一次活化腐蝕鍍鎳―流動冷水洗―第二次腐蝕―流動冷水洗―第二次活化腐蝕鍍鎳―流動冷水洗―第三次腐蝕―流動冷水洗―鍍鉻—回收槽洗—流動冷水洗―拆卸―流動熱水洗―吹干―檢驗。
2.1陽極浸蝕處理
陽極浸蝕處理的目的：一是利用鉻層作為陽極時的電化學(xué)作用使致密的氧化膜（也稱鈍化膜）溶解，即Cr2O3 +4H2O-6e→Cr2O72++8H，從而除去鍍鉻層表面的氧化膜，裸露出鉻金屬晶格；二是通過電化學(xué)作用溶解掉部分基體鉻層即Cr-3e→Cr3+ ，造成鉻層表面微觀粗糙不平，進(jìn)而提高鉻上鍍鉻層的結(jié)合力，操作時主要是控制好浸蝕時間和陽極電流密度，浸蝕時問過短，鉻層表面活化不夠.難以獲得結(jié)臺力良好的鉻上鍍鉻層；時間過長，零件易產(chǎn)生過腐蝕陽極電流密度過低，鉻層表面活化不徹底，難以鍍上鉻層；電流密度過大，基體鉻層易產(chǎn)生過腐蝕，使鍍層變粗糙。經(jīng)生產(chǎn)驗證，陽極電流密度控制在20～40A/dm2，浸蝕時間控制在10～30s，處理溫度控制在50～55℃ 為宜。
2.2階梯式給電法鍍鉻
鍍鉻件經(jīng)過陽極浸蝕處理后，其表面呈活化狀態(tài)，但活化態(tài)鉻在強氧化性溶液中，又會立即生成一層新的薄層氧化膜。鍍鉻時不能按常規(guī)鍍鉻采用沖擊電流，也不能立即采用正常電流密度電鍍，否則鍍層結(jié)臺力不好，必須采用“階梯式給電法”電鍍，其操作步驟如下：
（1）先用小電流密度（DA=2～4A/dm2）進(jìn)行陰極活化處理，這是鉻上鍍鉻成敗的關(guān)鍵；當(dāng)陰極電流密度小于金屬析出的最低Dk（小于5A/dm2）時，工件表面僅有氫析出，即2H-2e→H2，生成的初生態(tài)氫原子具有很強的還原能力，使鉻層表面生成的簿而致密的氧化膜還原成金屬鉻（Cr2O3 +3H2→2Cr-+3H2O），使工件處于活化狀態(tài)，注意控制陰極活化處理時間，一般控制在1～2min為宜.時間過長會使原有鍍鉻層發(fā)黑，導(dǎo)致結(jié)合力下降。
（2）逐步升高陰極電流密度DA至正常電流密度進(jìn)行電鍍，升壓時間控制在1～2min為宜.然后按正常電流密度DA電鍍至規(guī)定時間，正常鍍鉻過程中，要按鍍鉻工藝規(guī)范控制好電流密度、鍍液成分、鍍液溫度、電鍍時問、陰陽極面積比、鍍液中有害雜質(zhì)等主要因素，同時還要注意掛具接觸導(dǎo)電是否良好、輔助陽極和保護(hù)性陰極安裝位置是否正確、電源波形是否符臺要求等，這都是獲得高質(zhì)量鉻上鍍鉻層的根本保證。
3.鍍層性能表征
在鋁合金鍍鉻工藝中，根據(jù)產(chǎn)品的使用情況與要求，主要注重鍍層界面結(jié)合力的情況測試。
結(jié)合力測試方法：
從目前國內(nèi)對鍍硬鉻所制定的檢測標(biāo)準(zhǔn)來看，一般采用彎曲法、加熱法、磨削法，都是對基體金屬材料為鋼件或銅合金件而言，但對鋁合金及鋁合金為基體材料的，國內(nèi)尚未有明確的規(guī)定。為了找到適合生產(chǎn)過程檢測鋁和鋁合金結(jié)合力的方法，我們將2#原件進(jìn)行解剖，并參照現(xiàn)行航標(biāo)（HB5401-92）和美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)（QQ-C-320B），對鋼件檢測結(jié)合力的方法，與國產(chǎn)鋁合金試件進(jìn)行彎曲法、加熱法、磨削法對比試驗，以期得到適合于鋁合金鉻層結(jié)合力的檢測方法。
（1）彎曲法：將鍍有鉻層的金屬試件沿一直徑等于板材厚度的軸反復(fù)彎曲1800；或是將試樣夾入虎鉗內(nèi)進(jìn)行彎曲，直至基體斷裂，用5倍放大鏡檢查斷裂，鍍層與基體基本不分離。
結(jié)論：彎曲法檢查1#、2#件結(jié)合力相當(dāng)。
（2）加熱法：將試樣加熱到190℃，保溫1h，然后在冷水中驟冷，用目視方法檢查，鍍層不起泡、不脫落。
結(jié)論：用加熱法檢查結(jié)合力，結(jié)合力良好。
但由于鋁合金7075T73狀態(tài)，時效溫度1073℃左右和1773℃左右，加熱溫度超過其時效溫度，所以在生產(chǎn)過程中的檢驗，不應(yīng)采用此法。
（3）磨削法：進(jìn)行正常磨加工，在磨削加工后鍍層應(yīng)無起皮、脫落即認(rèn)為鉻鍍層結(jié)合力合格。
結(jié)論：試件鍍鉻后用磨削法檢查結(jié)合力，鍍層無起皮、脫落現(xiàn)象，結(jié)合力良好。
4.結(jié)語
采用“階梯式給電法”能獲得結(jié)臺力良好的鉻上鍍鉻層.在實際生產(chǎn)過程中，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，精心操作，就能很好的解決鉻上鍍鉻的問題。
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