活塞桿表面鍍鉻質(zhì)量分析研究

梁波

摘要：活塞桿表面鍍鉻可有效提高其耐磨性和抗腐蝕性，但鍍鉻表面的質(zhì)量問題一直成為困擾產(chǎn)品交付的瓶頸，本文通過對產(chǎn)品鍍鉻過程中影響表面質(zhì)量問題的分析與研究，解決起皮、馬蹄印、滲漏、厚度不均勻等問題，提高了鍍鉻質(zhì)量，滿足客戶要求。

關(guān)鍵詞：鍍鉻;金相;電鍍;電流;槽液

中圖分類號：G718 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1672-1578（2014）22-0286-01

1.前言

活塞桿是支持活塞做功的連接部件，大部分應(yīng)用在油缸、氣缸運(yùn)動執(zhí)行部件中，是一個(gè)運(yùn)動頻繁、技術(shù)要求高的運(yùn)動部件。這些零件的共同點(diǎn)是：長桿軸類零件、深孔、有精度較高的內(nèi)外螺紋、外圓和/或端面均有環(huán)形槽、外圓表面鍍鉻的外觀、厚度和鍍層的性能等都有較高要求，在加工該零件過程中，不時(shí)出現(xiàn)鍍鉻表面無法滿足要求的現(xiàn)象出現(xiàn)，例如：起皮、馬蹄印、裂紋、厚度不均勻等，因此，提高此類零件的鍍鉻表面質(zhì)量，對此類產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)具有較高的意義。

2.鍍鉻層的特點(diǎn)

工程用鍍鉻層習(xí)慣稱為"鍍硬鉻"，其脆性較大，不宜承受較大變形。

2.1 耐磨性好，鍍鉻層隨工藝規(guī)范不同，可獲得不同的硬度400～1200HV，并具有抗粘附性。

2.2 耐腐蝕性較好，鍍鉻層在輕微的氧化作用下形成很薄且透明的鈍化膜，在常溫下長期不變色，對鍍鉻層起保護(hù)作用。

2.3 鍍鉻層強(qiáng)度隨厚度增加而降低，鍍鉻層與基體結(jié)合強(qiáng)度高于自身晶體間結(jié)合強(qiáng)度，而抗拉強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度隨鍍層厚度增加而下降。

3.活塞桿表面鍍鉻質(zhì)量影響分析

為查找活塞桿表面鍍鉻質(zhì)量影響因素，決定從鍍鉻槽液控制和維護(hù)、陽極清洗、攪拌方式、電流密度及電壓的控制、電極的控制及維護(hù)、鉻層厚度控制以及非電鍍區(qū)域保護(hù)等進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。

3.1 鍍鉻試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

3.1.1 槽液分析：對鍍鉻槽中CrO3、Cr3+、H2SO4、Fe2+、Cu2+、Cl-各種離子含量進(jìn)行分析，同時(shí)也一并分析Cd、Na、 Al 、K 、Ca 、Mg 、Ni等元素在槽液中的含量。

3.1.2 對清洗槽、除油槽這兩個(gè)槽子的各種成分和含量進(jìn)行檢測分析。

3.1.3 對電極的導(dǎo)電性、電極的數(shù)量、通過的電流密度等進(jìn)行檢查。

3.2 試驗(yàn)方案一

3.2.1 鍍鉻槽Cl-含量超出要求20ppm、經(jīng)過電解Cr3+含量降到2.8g/L，其余成分含量不變，槽溫54℃，電解除油和陽極清洗工藝條件不變，按照原有的工藝參數(shù)進(jìn)行電鍍加工。

3.2.2 對鍍出來的活塞桿進(jìn)行外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)起皮、馬蹄印等問題，鍍層厚度也滿足要求。

3.2.3 對鍍后的活塞桿各抽一件狀態(tài)為磨削前和磨削后的零件做金相檢查，外觀檢查整體上沒有明顯的缺陷，未發(fā)現(xiàn)起皮、馬蹄印等問題，鍍層厚度也滿足要求;對這兩種狀態(tài)的活塞桿再進(jìn)行磁粉滲透檢驗(yàn)后在靠近活塞桿頂部附近的鍍層均有較明顯的裂紋。

3.3 試驗(yàn)方案二。改變陽極清洗的相關(guān)參數(shù)：將原工藝參數(shù)電壓3.5V改為6V（客戶建議值），電極10根。同樣，在活塞桿表面鍍鉻后，對磨削前、后的表面進(jìn)行金相分析并對鍍后磨削前、后的零件表面進(jìn)行滲透檢驗(yàn)，將其表面滲透檢驗(yàn)圖片與試驗(yàn)方案一的表面質(zhì)量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，活塞桿表面鍍鉻質(zhì)量以及活塞桿頂部附近的裂紋也有明顯改善，因此決定將陽極清洗的工藝參數(shù)改為電壓6V，時(shí)間為2分鐘，這樣可以保證更加充分的鍍前處理，防止起皮、馬蹄印、裂紋等缺陷。

3.4 試驗(yàn)方案三。為驗(yàn)證電流對鍍層的影響，在加大電流（100A，2.4小時(shí)）進(jìn)行表面鍍鉻試驗(yàn)，并在磨削前進(jìn)行金相檢查，結(jié)果顯示過大的電流對鍍層的影響是明顯的，得到的鍍層質(zhì)量非常差，表面產(chǎn)生大片的起皮和鍍瘤，因此確定適當(dāng)?shù)碾娏鲗﹀儗颖砻尜|(zhì)量是很重要的。

3.5 試驗(yàn)方案四。為了確定時(shí)間長短對電鍍鍍層的影響，決定采用加長時(shí)間電鍍 （40A，13小時(shí)）進(jìn)行試驗(yàn)，并在鍍后進(jìn)行金相檢查， 同樣的結(jié)果，與過大的電流一樣，過長的電鍍時(shí)間也會產(chǎn)生很糟糕的鍍層，表面有大片的起皮和鍍瘤。

3.6 試驗(yàn)方案五。為了確定攪拌對鍍層質(zhì)量的影響，本批零件在沒有攪拌的情況下進(jìn)行，其中陽極長度590-670mm，零件長度650mm，將零件鍍完后做金相檢查，從金相圖片中發(fā)現(xiàn)，零件表面存在較多的針眼、裂紋和孔隙。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以得出結(jié)論，攪拌對鍍層質(zhì)量也有比較大的影響。

3.7 試驗(yàn)方案六。設(shè)計(jì)制作新的攪拌器并對槽夜充分?jǐn)嚢?，并綜合之前做的試驗(yàn)結(jié)果，改變相應(yīng)的工藝參數(shù)并按照標(biāo)準(zhǔn)操作程序本次試驗(yàn)?；钊麠U表面鍍鉻后分別對活塞桿頂部和尾部進(jìn)行金相檢查并分別在磨削前后對零件表面進(jìn)行熒光滲透檢查，沒有發(fā)現(xiàn)起皮、馬蹄印、滲漏、裂紋等外觀缺陷。

3.8 鍍層厚度控制試驗(yàn)。為了能獲得影響鍍層表面厚度的參數(shù)的數(shù)據(jù)，我們選取了5件零件在電鍍前記錄零件表面尺寸，在過程中記錄鍍鉻槽電流密度分布，零件表面電鍍完成后再檢查零件表面尺寸，根據(jù)數(shù)據(jù)對比，鍍層厚度超出了工藝要求（工藝要求鍍后尺寸為：Φ22.29±0.055mm）;鍍層不均勻（跳動最大達(dá)到了0.13mm），因此我們可以得出以下結(jié)論：（1）電極導(dǎo)電不良是造成鍍層不均勻的原因之一。（2）電鍍時(shí)間偏長和電流密度偏大是導(dǎo)致鍍層偏厚的因素。

4.活塞桿表面鍍鉻質(zhì)量過程工藝改進(jìn)方法

4.1由于在標(biāo)準(zhǔn)操作程序中沒有陽極清洗槽液的維護(hù)要求，因此增加周期性檢查陽極清洗槽液的成分及維護(hù)要求;另外，對于鍍鉻槽槽液的控制，建議Cr3+ 控制在2～4g/L，并將CrO3/H2SO4控制在約等于100。對于Fe、Cl-、Cu的控制，將控制范圍變更為Fe<5g/L、Cl-≦150ppm、Cu≦3g/L。

4.2 陽極清洗工藝原來的參數(shù)是電壓3.5V、時(shí)間2分鐘，改為電壓6V、時(shí)間2分鐘。

4.3 將原來使用的壓縮空氣攪拌方式改成用過濾泵循環(huán)攪拌的方式。

4.4 鍍鉻電流不變，采用鉗形表對通過電極的電流和電壓值進(jìn)行監(jiān)控。

4.5 及時(shí)對電極進(jìn)行維護(hù)，保證電極的導(dǎo)電性能良好。

5.結(jié)束語

通過對影響活塞桿鍍鉻表面質(zhì)量的電流、電壓、攪拌、電極導(dǎo)電性以及時(shí)間等因素進(jìn)行試驗(yàn)摸索，找出了一些活塞桿鍍鉻表面質(zhì)量的影響因素，并對這些影響因素及時(shí)采取了措施和改進(jìn)的工藝方法，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。為具有深孔、螺紋、環(huán)形槽、和較高表面粗糙度及形位公差要求的長桿軸類表面鍍鉻，可以提供可施行的參考和借鑒。

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