鋁鐵鎳青銅襯套鍍硬鉻工藝研究及其應(yīng)用

杜 宇

（國(guó)營(yíng)川西機(jī)器廠，四川 彭州 611936）

鋁鐵鎳青銅襯套內(nèi)孔需鍍硬鉻，鋁鐵鎳青銅合金中鋁較活潑，是兩性金屬，遇酸堿或熱水都會(huì)發(fā)生反應(yīng)，而銅為惰性金屬，鹽酸、硫酸不能使其表面達(dá)到活化或腐蝕的效果[1]。本文采用新工藝對(duì)零件進(jìn)行前處理及預(yù)熱，使零件下槽后立即處于陰極保護(hù)狀態(tài)，防止零件表面出現(xiàn)氧化、鈍化膜，影響鍍層與基體的結(jié)合力，使鉻層達(dá)到很好的工程鍍鉻[2]效果，并對(duì)鍍層進(jìn)行外觀形貌、顯微硬度、沉積速度及結(jié)合力等進(jìn)行了測(cè)試及試驗(yàn)，通過試驗(yàn)及分析篩選出最佳工藝參數(shù)值。

1 工藝準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)采用材料為QA110-4-4的鍍內(nèi)孔試件進(jìn)行電化學(xué)沉積。

采用HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋控制鍍液溫度。采用EVO MA15金相顯微鏡對(duì)鍍層表面和截面形貌進(jìn)行觀察。采用顯微硬度計(jì)進(jìn)行鍍層硬度檢測(cè)。采用熱震試驗(yàn)及機(jī)械加工法進(jìn)行結(jié)合力檢測(cè)。采用鍍層厚度及電鍍時(shí)間計(jì)算鍍層沉積速度。

1.2 工藝流程

汽油除油→手工打磨→汽油清洗→A溶液活化及預(yù)熱→B溶液活化及預(yù)熱→鍍鉻→回收清洗→冷水清洗→干燥。

1.3 工藝配方

A溶液：硝酸+水；B溶液：硫酸+水；鍍鉻夜：標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻液。

2 試驗(yàn)與討論

2.1 原理分析與試驗(yàn)

2.1.1 除油

經(jīng)分析及試驗(yàn)，該材料在汽油中不會(huì)與航空洗滌汽油產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使用常用的有機(jī)溶劑除油方法——航空洗滌汽油浸泡，利用有機(jī)溶劑的相似相容原理進(jìn)行除油，達(dá)到良好的除油效果。

2.1.2 除氧化膜及活化預(yù)熱

通過試驗(yàn)，除去零件鍍鉻表面氧化物等最好的方法是機(jī)械方法，鋁鐵鎳青銅合金襯套，在空氣中表面極易鈍化或生銹，產(chǎn)生一層致密的氧化膜，所以鍍鉻前應(yīng)用80～120#氧化鋁細(xì)砂布打磨零件或?qū)α慵M(jìn)行拋光處理，除去零件表面的氧化膜。

經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究，確認(rèn)出能夠滿足鋁鐵鎳青銅合金鍍鉻前活化預(yù)熱要求的工藝方法，具體工藝如下：

第一步：硝酸溶液預(yù)熱活化（A）。

近代科學(xué)沒有在中國(guó)產(chǎn)生的原因，除了前面所說的社會(huì)史(即外史)因素之外，還有思想史(即內(nèi)史)的因素。其中包括：我國(guó)古代沒有發(fā)展出嚴(yán)格的形式邏輯的推理方法；古代數(shù)學(xué)的表述形式較落后，數(shù)學(xué)應(yīng)用于自然科學(xué)中的程度較低；實(shí)驗(yàn)理性不夠發(fā)達(dá)等。

溶液成份：硝酸HNO3（20 g/L～35 g/L）+水 ；工作溫度：50℃～60℃；嚴(yán)格控制活化時(shí)間，防止腐蝕零件。

第二步：硫酸溶液預(yù)熱活化（B）。

溶液成份：硫酸H2SO4（1.5 g/L～2.5 g/L）+水 ；工作溫度：50℃～60℃；嚴(yán)格控制預(yù)熱活化時(shí)間，防止腐蝕零件。

化學(xué)反應(yīng)：

Al2O3+6H+＝ 2Al3++3H2O

CuO+2H+＝Cu2++H2O

2Al+6H+＝2Al3++3H2↑

3Cu+8HNO3(熱稀)＝3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

通過這些化學(xué)反應(yīng)，零件表面氧化物全部被處理干凈，而零件帶電下槽，下槽后階梯式給電[3]，使零件下槽后就處于[H][3]的保護(hù)下，避免零件表面再次產(chǎn)生氧化物。

2.2 鍍鉻試驗(yàn)與測(cè)試結(jié)果分析

2.2.1 鍍鉻溶液選擇

經(jīng)查閱大量相關(guān)資料，進(jìn)行對(duì)比分析及總結(jié)歸納，常用鍍鉻工藝見表1。

表1 常用鍍鉻工藝

2.2.2 鍍鉻液及溫度影響試驗(yàn)

為研究溫度對(duì)鉻層的影響及不同鍍鉻液電鍍后鉻層情況，現(xiàn)在相同電流密度（根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HB/Z 5072-92選擇電流密度為35A·dm-2）下采用不同鍍鉻液在不同溫度下分別進(jìn)行鍍鉻處理。試樣鉻層外觀質(zhì)量見表2。

表2 槽液及溫度外觀質(zhì)量影響試驗(yàn)

2.2.3 電流密度影響試驗(yàn)

為確定最佳鍍鉻電流密度，在固定槽液（鍍鉻液C）及溫度（53℃）情況下進(jìn)行鍍鉻試驗(yàn)，在電流密度Dk為20A/dm2～45A/dm2的電流范圍內(nèi)開展鋁鐵鎳青銅鍍鉻電流密度研究。針對(duì)該青銅零件狀況，現(xiàn)采用以下幾組電流密度進(jìn)行工藝試驗(yàn)，確定鋁鐵鎳青銅最佳鍍鉻電流密度。

表3 標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻溶液電流密度影響試驗(yàn)

根據(jù)試驗(yàn)情況，在20A/dm2～45A/dm2的不同電流密度下，電鍍時(shí)間相同，鉻層厚度隨電流密度的增加而增加，即沉積速度隨電流密度的增加而增大，電流密度在25A/dm2～35A/dm2時(shí)的沉積速度比較適中。

2.2.4 測(cè)試結(jié)果分析

（1）在標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻液中，將電流密度固定在35A/dm2，溫度對(duì)鍍層外觀質(zhì)量及鉻層顯微硬度的影響。

隨著溫度的升高，鍍層外觀質(zhì)量有所改善，當(dāng)溫度達(dá)到50℃時(shí)，外觀質(zhì)量較好，當(dāng)達(dá)到56℃時(shí)，鍍層外觀質(zhì)量達(dá)最好，但溫度達(dá)到56℃以上時(shí)，外觀質(zhì)量反而下降。鉻鍍層顯微硬度隨溫度增加而降低。分析認(rèn)為，在低溫時(shí)，鉻層呈灰白色，無光澤；當(dāng)溫度升高時(shí)，增加鹽類的溶解度和導(dǎo)電度，同時(shí)增加鉻離子向陰極的擴(kuò)散速度，沉積速度加快，鍍層均勻光亮，但沉積過快，則出現(xiàn)顆粒型沉積，表面粗糙呈現(xiàn)乳白色鉻層，脆性大。

根據(jù)試驗(yàn)情況，確定采用C標(biāo)準(zhǔn)濃度及50℃～56℃的溫度條件下，鉻層質(zhì)量滿足需求。

（2）在標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻液中，將溫度固定在53℃，考察電流密度對(duì)鍍層外觀質(zhì)量及鉻層顯微硬度的影響。

隨著電流密度的增大，鍍層外觀質(zhì)量有所改善，在電流密度在30A/dm2～40A/dm2時(shí)，外觀質(zhì)量較為穩(wěn)定，呈現(xiàn)稍帶淺藍(lán)色光澤的亮灰色，鍍層均勻細(xì)致，但隨著電流密度的增大，出現(xiàn)顆粒狀沉積，零件表面出現(xiàn)鉻鎦等表面粗糙的現(xiàn)象，外觀質(zhì)量降低。隨著電流密度的增大，鉻層硬度逐漸增大。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)與測(cè)試

按照“汽油除油→手工打磨→汽油清洗→A溶液活化及預(yù)熱→B溶液活化及預(yù)熱→鍍鉻→回收清洗→冷水清洗→干燥”的工藝流程，采用標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻液，在溫度50℃～56℃、電流密度30A/dm2～40A/dm2下，進(jìn)行試驗(yàn)件生產(chǎn)。結(jié)果表明，鉻層外觀為稍帶天藍(lán)色的亮灰色，結(jié)晶細(xì)致；經(jīng)測(cè)試，顯微硬度都在800HV以上。

3 結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)鉻層厚度、硬度及SEM表面形貌、外觀等從沉積速度、鉻層質(zhì)量、鉻層沉積狀態(tài)等分析，確定了鋁鐵鎳青銅材料零件鍍鉻溶液配方確定采用A、B溶液進(jìn)行零件活化及預(yù)熱處理，采用標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻溶液C進(jìn)行鍍鉻，先帶電下槽、再階梯式給電至電流密度為30A/dm2～40A/dm2，在溫度為50℃～56℃的條件下，鉻層沉積速度滿足生產(chǎn)情況，鉻層與基體的結(jié)合力良好，鉻層顯微硬度大于800 HV，鉻層具有良好的形貌和較好的結(jié)晶，鉻層外觀為稍帶天藍(lán)色的亮灰色，結(jié)晶細(xì)致。