強(qiáng)力高可靠性液壓支架電鍍工藝的應(yīng)用研究

田俊洲

（山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)店上煤業(yè)有限公司， 山西 高平 048400）

1 國(guó)內(nèi)外液壓支架電鍍工藝水平的分析

在煤礦液壓支架中，電鍍工藝主要用于立柱、千斤頂、銷(xiāo)軸連接件以及閥管路件，其中立柱、千斤頂中的中缸、活柱、活塞桿由于鍍層表面直接和非金屬密封件接觸，鍍層除需滿足井下環(huán)境中對(duì)基材的防護(hù)要求外，還應(yīng)具有耐磨功能，其他零部件采用電鍍處理，這主要是出于防護(hù)方面的需要。

1.1 鍍層結(jié)構(gòu)的比較（見(jiàn)表1）

表1 鍍層結(jié)構(gòu)比較

1.2 缸柱桿類(lèi)件鍍層指標(biāo)檢測(cè)比較

鍍層銹蝕、起泡、脫落將嚴(yán)重影響立柱、千斤頂?shù)氖褂眯阅?，因此表中鍍層耐蝕性、結(jié)合強(qiáng)度是電鍍質(zhì)量影響支架工作可靠性和使用壽命的主要因素。鍍層硬度和粗糙度在一定程度上決定著被鍍履零件的耐磨性和密封件的使用壽命，粗糙度對(duì)零件的耐蝕性也有較大影響，因此對(duì)支架工作可靠性和使用壽命也有一定程度的影響。鍍層孔隙率、鍍層厚度、鍍層組織在使用中最終通過(guò)耐蝕性而影響使用壽命和可靠性，因此屬于間接因素[1-2]。從表2 可以看出，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的鍍層耐蝕性明顯低于進(jìn)口產(chǎn)品，鍍層孔隙率、表面粗糙度也有較大差距，鍍層硬度、結(jié)合強(qiáng)度指標(biāo)大于國(guó)外產(chǎn)品。

2 檢測(cè)結(jié)果分析與探討

表2 缸柱類(lèi)件鍍層技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)比較

從上述檢測(cè)分析可以看出，耐腐蝕性差是電鍍層影響支架可靠性和壽命的主要因素，要在電鍍方面縮短強(qiáng)力高可靠性支架與國(guó)外產(chǎn)品的差距，必須從提高鍍層耐蝕性入手。

2.1 工況腐蝕環(huán)境

液壓支架的使用工況決定了電鍍工件所遭受的腐蝕屬于大氣腐蝕，影響大氣腐蝕的主要因素是氣象因素和腐蝕介質(zhì)因素。在氣象因素中，濕度大、氣溫高使鍍層表面易于形成凝霜；在腐蝕介質(zhì)因素方面，井下往往存在較高濃度的SO2、H2S、Cl-、SO42-、粉塵等，加速腐蝕[3]。這些腐蝕因素雖然在不同礦井存在較大差異，但總體而言井下都屬于惡劣腐蝕工況。

2.2 缸、柱、桿類(lèi)件鍍層耐腐蝕性的影響因素

缸、柱、桿類(lèi)件國(guó)內(nèi)外所選用鍍層，在大氣腐蝕環(huán)境下均屬于陰極性鍍層。對(duì)于陰極性鍍層，特別重要的是鍍層要有一定厚度，孔隙率要盡可能低。表2的檢測(cè)結(jié)果也證實(shí)了這一觀點(diǎn)：同樣采用Cu-Sn/Cr鍍層結(jié)構(gòu)工藝時(shí)，國(guó)外鍍層比國(guó)內(nèi)厚28～30μm，國(guó)孔隙率比國(guó)內(nèi)低8 點(diǎn)/dm2，鍍層耐蝕性最好；國(guó)外采用Cr/Cr 結(jié)構(gòu)工藝時(shí)，比國(guó)內(nèi)采用Cu-Sn/Cr 結(jié)構(gòu)孔隙率低6 點(diǎn)/dm2，鍍層厚度基本一致，鍍層耐蝕性居中。

2.3 電鍍工藝分析

由于硬鉻層具有硬度高、孔隙率高的特性，無(wú)論是Cu-Sn/Cr 還是Cr/Cr 結(jié)構(gòu)組合，表面鍍硬鉻主要是滿足鍍層耐磨性能要求；作底層的Cu-Sn 和乳白Cr 層則具有結(jié)晶致密、孔隙率低的優(yōu)點(diǎn)，用它們作為底層主要是滿足耐蝕性要求。此外，Cu-Sn 層韌性高、延展性好，對(duì)改善鍍層結(jié)合強(qiáng)度也有較為明顯的作用。

MT313-92 及MT97-92 規(guī)定缸柱桿類(lèi)鍍層選用Cu-Sn/Cr 結(jié)構(gòu)，鍍層厚度要求Cu-Sn 層厚20～30 μm，Cr 層30～40 m，鍍層孔隙率少于15 點(diǎn)/dm2，鍍層表面粗糙度Ra0.4μm。國(guó)外產(chǎn)品指標(biāo)遠(yuǎn)高于以上規(guī)定，特別是Cu-Sn 層厚度，國(guó)外產(chǎn)品比標(biāo)準(zhǔn)高出兩倍以上。因此，從提高鍍層耐蝕性的角度出發(fā)，適當(dāng)加大Cu-Sn 層厚度，進(jìn)一步消除影響Cu-Sn 層孔隙率的不利因素，提高鍍層表面粗糙度以減少實(shí)際工況條件下腐蝕介質(zhì)的影響[4]，是提高電鍍產(chǎn)品工作可靠性和延長(zhǎng)其使用壽命的有效途徑。

3 提高電鍍工藝水平的技術(shù)措施

3.1 增加鍍層厚度

鍍層厚度技術(shù)要求調(diào)整為Cu-Sn 層40～60 μm，Cr 層≥30 μm，鍍層總厚70～90 μm。在實(shí)際生產(chǎn)控制中，Cu-Sn 層厚度按≥40 μm、Cr 層厚度按≥30 μm、鍍層總厚≥70 μm 執(zhí)行，最大鍍層厚度由精磨工藝尺寸和完工尺寸控制。

在電鍍生產(chǎn)中，影響鍍層孔隙率的主要因素是基體表面粗糙度、電鍍工藝配方、電鍍工藝條件、鍍液純凈度、鍍層厚度等。針對(duì)這些因素，采取了如下工藝措施：

1）工件鍍前增加精磨工序，使電鍍基體表面Ra≤0.4μm。

2）和武漢材料保護(hù)研究所聯(lián)合攻關(guān)，優(yōu)選確定最佳Sn 含量的氰化物電鍍Cu-Sn 合金工藝配方和工藝條件，細(xì)化鍍層晶粒、降低鍍層孔隙率。

3）選用高精度過(guò)濾泵，定期對(duì)鍍液進(jìn)行過(guò)濾，保持鍍液純凈無(wú)雜質(zhì)。

3.2 改善鍍層表面粗糙度

由于Cu-Sn/Cr 工藝需要進(jìn)行兩次拋光，Cu-Sn層的拋光質(zhì)量決定了Cr 層基體表粗糙度情況，Cr 層的拋光質(zhì)量最終決定完工電鍍零件的表面粗糙度，因此電鍍拋光不僅影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量，對(duì)產(chǎn)品可靠性和壽命也有間接影響，對(duì)此，將硬布輪粘砂拋光工藝改為百葉輪高速拋光工藝，砂粒選用320 目細(xì)砂，拋光線速度確定為30～40 m/s。

3.3 應(yīng)用QL 快速高效鍍硬鉻工藝

QL 快速高效鍍硬鉻工藝具有電流效率高、鍍層結(jié)品細(xì)致，能降低鍍層尖端效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，所沉積鍍層為微裂紋鍍層，裂紋數(shù)可達(dá)1 400 條/cm，這種微裂紋能有效分散腐蝕電流、降低腐蝕速率、提高陰極性鍍層耐腐蝕性。

4 檢測(cè)與試驗(yàn)效果

以上技術(shù)措施落實(shí)到位后，對(duì)生產(chǎn)的電鍍零件隨機(jī)抽樣，委托機(jī)械工業(yè)表面覆蓋層產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果如表3。

從表3 可以看出，通過(guò)針對(duì)性的技術(shù)改進(jìn)措施，國(guó)內(nèi)電鍍產(chǎn)品主要性能指標(biāo)總體達(dá)到了和進(jìn)口產(chǎn)品相當(dāng)?shù)乃?，在鍍層耐蝕性和硬度方面，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品試樣情況更優(yōu)于DBT 和JOY 公司試樣水平。

當(dāng)前改進(jìn)后的電鍍工藝已經(jīng)批量應(yīng)用于ZY8640/24/50 等一系列強(qiáng)力高可靠性支架的生產(chǎn)，并在煤礦井下進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，電鍍層反應(yīng)情況良好。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)比檢測(cè)分析了國(guó)內(nèi)外液壓支架電鍍層，提出了改進(jìn)提高國(guó)內(nèi)支架產(chǎn)品中缸、活柱活塞桿類(lèi)零件電鍍質(zhì)量的方法和途徑，檢測(cè)和實(shí)際應(yīng)用情況表明，國(guó)產(chǎn)強(qiáng)力高可靠性液壓支架電鍍質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到了和國(guó)外產(chǎn)品相當(dāng)?shù)乃?，但是在表面粗糙度、鍍層厚度的控制方面還有待進(jìn)一步提高。

表3 電鍍零件檢測(cè)分析情況表