電鍍硬鉻在特殊螺旋結構中的應用?

廖騰勇 鄭壽慶（中國船舶重工集團公司第七二二研究所武漢430079）

電鍍硬鉻在特殊螺旋結構中的應用?

廖騰勇 鄭壽慶
（中國船舶重工集團公司第七二二研究所武漢430079）

介紹電鍍硬鉻工藝在特殊螺旋副結構中的應用，闡述了該工藝的化學原理，工藝流程，工藝參數選擇和控制。為電鍍硬鉻技術應用于特殊環(huán)境下做了有益的嘗試性工作，取得不錯效果。

螺旋副；電鍍硬鉻；電流密度；溫度

ClassNumber TQ153

1 引言

在某設備中，采用螺旋機構將回轉運動變?yōu)橹本€往復運動，以實現(xiàn)機構的自動化，減少人工干預，同時簡化控制系統(tǒng)。在樣機的運轉調試過程中，發(fā)現(xiàn)螺旋傳動的螺母非常容易產生磨損，甚至螺母在短時間內就因磨損量太大而失效。圖1為螺母工作面在運轉30min后出現(xiàn)的磨損。

2 原因分析

由于該設備需要長期在海洋環(huán)境中工作，普通螺桿/螺母的所用的材料如45、50號鋼（經調質處理）等因易受海水腐蝕，無法應用于此設備。為使設備滿足長期在海洋環(huán)境下工作的要求，設備需選用某奧氏體不銹鋼材料來加工制造螺桿螺母。

該奧氏體不銹鋼機械性能：抗拉強度σb3550（MPa），屈服強度σs3200（MPa），硬度：￡200HV，而45號鋼硬度可以達到450HV以上。在相同的工況條件下，通常硬度高的材料耐磨性相對較好。因此，要提高該螺旋副的耐磨性能，可以采取提高螺旋副材料或其工作表面硬度的技術手段來滿足設備的使用要求。由于該奧氏體不銹鋼無法通過常規(guī)熱處理方法在提高硬度的同時確保其耐海水腐蝕的性能。因此，采取合適的表面處理方法來提高其工作面的硬度和耐磨性以滿足設備的使用要求是必然選擇。

電鍍硬鉻層有表面光潔度好，耐腐蝕，硬度高耐磨損，零件變形小，表面美觀的優(yōu)勢，但價格高，鍍后需加工，不適用表面比較復雜的零件［1］。

3 電鍍硬鉻的化學原理

3.1 鍍鉻的陰極過程

盡管鍍鉻液十分簡單，但鉻沉積的機理卻甚為復雜。金屬鉻是從六價鉻直接還原的［2］。一般情況下，六價鉻主要以鉻酸和重鉻酸的形式存在：

鉻酸在水溶液中分二步電離：

當溶液的pH值小于1，Cr2O72-為主要的存在形式，此時的陰極反應為

當溶液的pH值為2~6時，Cr2O72-與HCrO4-之間存在著下述平衡：

HCrO4-直接放電形成金屬鉻：

HCrO4-+6e+3H+→Cr+4OH-同時在陰極上明顯有氫氣析出：

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以上基于HCrO4-和Cr2O72-共同還原形成金屬鉻的理論。陰極膠體膜理論認為，膠體膜的存在是Cr6+還原為Cr0的必要條件［3］。但不是充分條件，因為膠體膜十分致密，只允許H+通過，而阻止的通過，使其不能達到電極表面。鍍液中加入后，由于SO42-吸附在陰極膠體膜上，并發(fā)生反應，使膠體膜溶解，生成了易溶于水的化合物。膠體膜的溶解使陰極表面局部暴露。而且，在這些局部區(qū)域的電流密度較大，其電極電位較負，使HCrO4-能在陰極上放電而還原為金屬鉻［4］。

綜上所述，只有陰極表面始終存在著陰極膠體膜的生成和溶解的交替過程，才能實現(xiàn)鉻的電沉積。陰離子SO42-的存在不僅促進了Cr3+的生成，為陰極膠體膜的形成創(chuàng)造了條件；而且會使膠體膜溶解。陰極膠體膜的特性隨著鍍液組分、電流密度和溫度的變化而變化，從而引起電流效率和沉積層變化［5］。

3.2 鍍鉻的陽極過程

鍍鉻時陽極上發(fā)生如下反應：

4 電鍍硬鉻的工藝參數選擇

4.1 電鍍流程

手工除油→裝掛→電解除油→熱水洗→冷水洗→陽極腐蝕→沖擊鍍鉻→鍍鉻→回收→冷水洗→熱水洗→干燥→除氫［6］。

4.2 關鍵工藝控制

4.2.1 鍍前預熱

4.2.2 陽極腐蝕

陽極處理會使工件表面出現(xiàn)微觀腐蝕，提高鍍層結合力［8］。但必須選擇合適的電流強度和時間，否則容易產生麻點影響質量。

4.2.3 槽液溫度和電流密度控制

槽液溫度和電流密度對鍍液分散能力、覆蓋能力和電流效率、鍍層外觀、硬度影響很大［9］，必須嚴格控制并配合使用。

4.2.4 陰陽電極的設計

控制陽極和陰極的相對位置在10cm左右，且陽極長度稍長于陰極并對稱布置。

4.2.5 掛具控制

掛具應控制工件距離槽液液面50mm以上，距離槽底不小于100mm，這樣可以保證鍍鉻過程中不受其他因素干擾。

4.3 工藝參數

硬鉻層的硬度和電鍍時的溫度、電流密度和溶液成分有關，同時，其耐磨性在硬鉻層硬度HV在750~800的中等硬度時最好［10］。按圖2所示，溫度和電流密度對硬鉻層硬度的影響曲線，考慮實際生產效率和加工成本，采用50℃和50A/dm2的電流密度，并且溫度變化不超過±2℃，電流密度變化不超過±5A/dm2［11］。

5 結語

在螺旋副工作面作電鍍硬鉻表面處理后（設計鍍層厚度單邊0.1mm），設備在運轉160小時后螺旋副基本無磨損，鍍層光亮，耐蝕性、抗摩擦性能俱佳，大大好于前期試驗情況，滿足設計使用要求。

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Application of Hard Chrome Plating in Special SpiralStructure

LIAO Tengyong ZHENG Shouqing
（No.722Research Institute，CSIC，Wuhan 430079）

The article introduces the hard chrom ium plating process in the app lication of the special screw pair structure.Itde?scribes the process of chemical principle，process flow，process parameter selection and control.The beneficial trialwork of hard chromium plating technology app lication in specialenvironmenthasbeen done，good effect isobtained.

screw pair，hard chrome plating，currentdensity，temperature

TQ153

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.05.033

2016年11月10日，

2016年12月25日

廖騰勇，男，工程師，研究方向：天線結構設計。鄭壽慶，男，工程師，研究方向：天線結構設計。