巨根利

（陜西北方動力有限責任公司，陜西 寶雞 721300）

某型發(fā)動機用水泵的關鍵零件──水泵軸，其密封面硬化層多數(shù)采用硬鉻層，在水泵工作過程中顯示出優(yōu)良的耐磨性。在電鍍鉻過程中，普通鍍鉻層易產(chǎn)生孔隙、裂紋等缺陷，有些孔隙或裂紋甚至直達基體表面且隨鉻層增厚而增大，使鍍層的抗腐蝕能力變差。若鍍鉻層較薄，特別是厚度小于20 μm時，由于鉻鍍層孔隙的存在，零件在自然環(huán)境下存放或使用過程中會發(fā)生銹蝕，造成應力腐蝕和穿透腐蝕并存于鍍鉻層中，影響產(chǎn)品性能和使用壽命。通過相關理論學習和筆者多年的鍍鉻生產(chǎn)實踐，本文提出在同一鍍鉻槽中實現(xiàn)乳白耐蝕/光亮耐磨雙層鉻電鍍作業(yè)，即先在基體表面制備耐蝕性較好的乳白鉻鍍層，隨后在乳白鉻層表面制備硬度較高的光亮耐磨鉻。本工藝同時滿足水泵軸表面的耐磨性和耐蝕性要求，已用于水泵軸及其他零件的鍍硬鉻生產(chǎn)，并取得較滿意的效果。

1 工藝介紹

1. 1 工藝流程

前處理─裝掛─入槽─鍍乳白耐蝕鉻─鍍光亮耐磨鉻─出槽─清洗─除氫─拋光─檢驗。

1. 2 配方與工藝

1. 2. 1 前處理

基體為直徑25 mm、長32 mm的水泵軸，施鍍前對水泵軸進行機械拋光和化學除油。先在專用拋光機上用氈輪對零件的鍍鉻部位進行機械拋光至受鍍部位表面粗糙度(Ra)為0.4 μm，再用180#清洗汽油擦拭，以除去零件表面殘留的拋光膏和油污。

1. 2. 2 鍍雙層鉻

圖1是鍍鉻人士所熟悉的標準鍍鉻溶液溫度與陰極電流密度對鍍層性能的影響，是確定基本鍍鉻工藝參數(shù)的基礎[1]。

圖1 鍍鉻液中CrO3含量為250 g/L時鍍層性能與陰極電流密度和溫度的關系Figure 1 Dependence of coating property on cathodic current density and temperature at CrO3 250 g/L in plating bath

在較高溫度(60 ～ 65 °C)和較低電流密度[(20 ±5) A/dm2]下得到的鉻為乳白色，無光澤。乳白鉻鍍層孔隙很少，耐蝕性好，但硬度稍低[2]，不能作為最終硬鉻層。而光亮耐磨鉻層的顯微硬度為600 ～ 900 HV[3]，完全滿足零件硬化層的硬度要求，同時鍍層光亮，滿足產(chǎn)品外觀要求。

根據(jù)圖1，確定鍍鉻液配方與工藝如下：

鍍件下槽后先按鍍乳白鉻層的工藝參數(shù)鍍較薄(約10 μm厚)的耐蝕性乳白鉻層，鍍件不出槽，將工藝參數(shù)調整為光亮鉻的工藝參數(shù)，電鍍得到總厚度為20 ～ 40 μm的鉻鍍層。2種鍍層的制備均為單槽施鍍60個水泵軸。制備單層耐磨光亮鉻時，施鍍時間為120 min；制備乳白/光亮雙鉻鍍層時，乳白鉻、光亮鉻的施鍍時間分別為30 min和90 min。

1. 2. 3 除氫

在 200 ～ 220 °C 下恒溫 150 ～ 180 min 后，置于空氣中自然冷卻。

1. 2. 4 拋光

同1.2.1，對鍍鉻層機械拋光，使其表面光亮，Ra≤0.4 μm。

2 鍍層性能表征

以水泵軸為基體，分別制備單層光亮鉻鍍層、乳白/光亮雙層鉻鍍層。按 1.1進行后處理后，取鉻鍍層厚度相近的水泵軸各3個，進行以下性能測定。

2. 1 孔隙率

孔隙率測試按參考文獻[4]，測試液組成為：K3[Fe(CN)6] 10 g/L，NaCl 60 g/L，NH4Cl 30 g/L。先用浸過丙酮或酒精的脫脂棉擦拭鍍層表面除油，洗滌后用濾紙吸干或吹干。另取濾紙浸于測試液中，取出后貼于待測部位，5 ～ 10 min后揭下濾紙，計算濾紙上的藍色斑點數(shù)。結果顯示，乳白/光亮雙層鉻表面的斑點明顯少于單層光亮鉻，單層光亮鉻鍍層的孔隙率為3 ～5個/cm2，雙層鉻的孔隙率僅1 ～ 2個/cm2，表明雙層鉻可顯著減小鉻鍍層的孔隙率。

2. 2 顯微硬度

參考GB/T 4340-1999和相關文獻[5]，委托專門的計量部門測定單層光亮鉻鍍層和乳白/光亮雙層鉻的顯微硬度。結果顯示，2種鍍層的顯微硬度均為800 ～900 HV，說明二者的顯微硬度無明顯差異。

2. 3 耐磨性

與水泵軸鍍鉻層部位配合安裝的部件為橡膠密封墊，可保證水泵的水密封性能。乳白/光亮雙層鉻鍍層與單層光亮鉻鍍層的顯微硬度基本相同，單層光亮鉻鍍層在該型水泵中已使用30余年，乳白/光亮雙層鉻鍍層也已使用 7年，從實際使用反饋信息來看，鍍層耐磨性能完全符合設計要求。

3 生產(chǎn)應用及工藝特點

3. 1 生產(chǎn)應用

在試驗的基礎上，對硬鉻電鍍工藝進行改進，得到乳白鉻/光亮雙層鉻電鍍工藝，用于實際生產(chǎn)。

具體做法是：控制槽液溫度為60 ～ 65 °C，先在15 ～ 25 A/dm2下施鍍 20 ～ 30 min，得到乳白鉻層；隨后不斷電，用槽內自來水降溫裝置將鍍液溫度降至55 ～60 °C，同時采用階梯式給電方式提高陰極電流密度至40 ～ 50 A/dm2，以制備光亮鉻層。在鍍鉻過程中是否采用陽極反拔或大電流沖擊這 2種給電方式應視產(chǎn)品情況而定。鍍層最終厚度達到20 ～ 40 μm后出槽，清洗并除氫處理后，轉入后續(xù)加工工序。

為驗證乳白/光亮雙層鉻的抗腐蝕能力，從分別鍍覆單層光亮耐磨鉻、乳白/光亮雙層鉻的水泵軸成品中分別抽取 2件，放置在室內(北方廠區(qū)環(huán)境)，一年后檢查，乳白/光亮雙層鉻水泵軸表面無任何銹點，單層鉻水泵軸表面出現(xiàn)數(shù)個銹點，這就說明乳白/光亮雙層鉻的抗腐蝕能力優(yōu)于單層鉻的抗腐蝕能力。在更換使用3年多的水泵橡膠密封墊時發(fā)現(xiàn)，乳白/光亮雙層鉻鍍層表面光亮如初，無銹蝕點存在。另外，某型紡織機械用戶在采用單層鉻(厚度10 ～ 20 μm)壓滾輪時，常反饋產(chǎn)品有生銹現(xiàn)象，改用乳白/光亮雙層鉻工藝后很少有這樣的問題發(fā)生。

3. 2 工藝特點

(1) 增加乳白鉻層后，光亮鍍鉻層的裂紋、孔隙和針孔減少，耐蝕性能提高。因此乳白/光亮雙層鉻對提高較薄的鍍鉻層耐蝕性具有重要意義。

(2) 乳白鉻層較薄，并不影響鍍鉻層的整體硬度，滿足增強鍍層耐蝕性和耐磨性的要求。

(3) 本工藝乳白鉻和光亮鉻的制備在同一鍍鉻槽中進行，無需設立專門的鍍乳白鉻層鍍槽，操作簡單方便，無附加投資成本。

4 結語

乳白/光亮雙層鉻工藝已在生產(chǎn)中應用多年，完成了多品種大量水泵軸及其他鍍硬鉻零件的生產(chǎn)，工藝成熟，鍍鉻層耐蝕性好、性能穩(wěn)定，用戶反映良好，是值得推廣的一種鍍硬鉻工藝。

[1] 上海輕工業(yè)?？茖W校. 電鍍原理與工藝[M]. 上海： 上海科學技術出版社, 1981： 210-211.

[2] 《電鍍手冊》編寫組. 電鍍手冊(上冊)[M]. 北京： 國防工業(yè)出版社,1977： 291-292.

[3] 曾華梁, 吳仲達, 陳均武, 等. 電鍍工藝手冊[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社, 1989： 216.

[4] 梁志杰. 現(xiàn)代表面鍍覆技術[M]. 北京： 國防工業(yè)出版社, 2005：379-380.

[5] 酈振聲 楊明安. 現(xiàn)代表面工程技術[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社, 2007：564-565.