劉彥偉,王濤峰,付明,劉群
(1.中航光電科技股份有限公司;2.中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院:河南 洛陽(yáng) 471000)
通常情況下,在不采用添加劑的時(shí)候,傳統(tǒng)的鍍鉻工藝存在很多工藝問(wèn)題:電鍍時(shí)電流效率低,部件凹凸不同的部位不容易電鍍,鍍層薄厚不一,金屬電鍍層厚度達(dá)不到要求且耐蝕性差等[1-2]。陳宗華等闡述了稀土添加劑對(duì)鍍鉻工藝的研究,標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻液添加稀土添加劑之后具有良好的工藝效果[3]。李新梅等研究高效復(fù)合添加劑對(duì)鍍鉻工藝的影響,明確闡述了單純的無(wú)機(jī)添加劑作用小于高效復(fù)合有機(jī)添加劑,而且復(fù)合添加劑的作用是多因素多方面的有機(jī)結(jié)合[4]。這一理論為復(fù)合添加劑的科研工作奠定了基礎(chǔ)。馮拉俊[5]等探究稀土添加劑對(duì)鍍鉻質(zhì)量的影響,對(duì)稀土添加劑可以提高電鍍電流效率、提高鍍鉻液的分散能力,鍍層光亮度做出了進(jìn)一步的闡述,得出了加入稀土添加劑能夠顯著增強(qiáng)電鍍質(zhì)量、減輕環(huán)境污染的結(jié)論。
所以為提高電鍍效率,改變鍍鉻工藝在目前的工藝現(xiàn)狀,考慮在鍍鉻溶液中加入鍍鉻添加劑,以達(dá)到在鍍鉻過(guò)程中提高電鍍效率、加深鍍層厚度、增強(qiáng)鍍鉻液分散能力、改善鍍鉻層光亮性的目的。筆者從有機(jī)復(fù)合鍍鉻添加劑的角度出發(fā),基于材料表面強(qiáng)度硬度、沉積速度和電流密度等方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
在傳統(tǒng)電鍍工藝的基礎(chǔ)上添加有機(jī)復(fù)合添加劑HEEC-2,探究HEEC-2 有機(jī)復(fù)合添加劑對(duì)鍍鉻膜層組織和性能的影響。原始態(tài)試樣為普通碳鋼,試樣1 和試樣2 幾何尺寸和表面狀態(tài)完全一樣,試樣1采用傳統(tǒng)鍍鉻工藝處理,試樣2采用添加有機(jī)復(fù)合添加劑HEEC-2的高效處理工藝。觀察對(duì)比傳統(tǒng)電鍍工藝處理和添加有機(jī)復(fù)合添加劑處理后試樣的組織性能變化,比較有機(jī)復(fù)合添加劑對(duì)試樣的硬度、鍍層厚度、能譜分析、沉積速度等性能的影響。具體工藝條件見(jiàn)表1。
表1 不同鍍鉻的具體工藝條件Tab 1 Specific process conditions of different chromium plating
實(shí)驗(yàn)結(jié)合工廠實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行,其電鍍工藝以及鍍鉻液的配置按以下步驟進(jìn)行:
1)徹底清洗干凈鍍槽(轉(zhuǎn)槽必須清理槽底的泥渣);
2)先加入鍍液總體積為70%的純水;
3)計(jì)算稱(chēng)量鉻酐和硫酸,進(jìn)行攪拌溶解;
4)加入HEEC-2添加劑并攪拌均勻;
5)全部混合溶解后,補(bǔ)加純水至所需體積,攪拌均勻;
6)取樣分析,調(diào)整硫酸的含量和表面張力;
PF-4708671是S6K1的特異性抑制劑,通過(guò)誘導(dǎo)依賴(lài)于mTORC1的S6K1的T環(huán)和疏水基序的磷酸化,進(jìn)而抑制S6K1底物S6蛋白的磷酸化[6]。研究表明,PF-4708671能抑制線粒體復(fù)合物Ⅰ,導(dǎo)致線粒體功能異常,并誘導(dǎo)過(guò)量的活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)產(chǎn)生,通過(guò)激活胱天蛋白酶或釋放細(xì)胞色素c,最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[6-8]。另外,最近的研究還發(fā)現(xiàn),PF-4708671也可通過(guò)減少抗凋亡蛋白的表達(dá),誘導(dǎo)對(duì)他莫昔芬耐藥的MCF-7細(xì)胞死亡[9-11]。
7)裝入電解板(材質(zhì)使用鋼或者不銹鋼或者鉛錫合金均可),裝入陽(yáng)極(簡(jiǎn)易帶電入槽);
8)電解和升溫,電流密度40~70 A/dm2下電解4~6 h;
9)溫度至工藝范圍進(jìn)行試鍍,試鍍成功后就可以正式投入電鍍生產(chǎn);
10)電解法防腐Ec 處理,增強(qiáng)不銹鋼、鋼、銅、青銅、鎳、鉻鍍件的腐蝕性能;
11)硫酸型Vd 退鉻工藝,不合格鍍鉻層,在此工藝5~10 min全部退完。
電鍍鉻樣品的試樣通常需要具備良好的硬度。采用顯微硬度計(jì)1 000 gf,保壓30 s。結(jié)果表明,試樣1 的硬度為(699±3)HV,試樣2 的硬度為(862±5)HV,硬度提高約23.3%。說(shuō)明在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上添加有機(jī)復(fù)合添加劑HEEC-2處理后的試樣在硬度上有著顯著的提升。
圖1為原始態(tài)試樣的顯微組織。原始態(tài)試樣經(jīng)拋光、腐蝕處理后呈現(xiàn)較清晰的F+P復(fù)相組織,其中圖片中顏色較淺部分為F組織,顏色較深的部分為P組織。
圖1 原始態(tài)試樣顯微組織Fig.1 Microstructure of original sample
圖2和圖3分別為2種試樣在50倍光學(xué)顯微鏡和300倍下場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)微觀組織。
圖2 傳統(tǒng)鍍鉻試樣顯微組織Fig 2 Microstructure of traditional chromium plating sample
圖3 高效鍍鉻試樣顯微組織Fig 3 Microstructure of high efficiency chromium plating sample
由圖2(a)和圖3(a)可知,鍍鉻層在試片邊緣清晰可見(jiàn)。由圖2(b)和圖3(b)可知,傳統(tǒng)鍍鉻工藝的鍍層的厚度約為72.12 μm;含HEEC-2的高效鍍鉻工藝的鍍鉻層相對(duì)較薄,大約為58.05 μm,說(shuō)明添加HEEC-2有機(jī)復(fù)合添加劑使鍍層厚度有所減小。
在基于SEM 組織的條件下,對(duì)試樣進(jìn)行能譜分析,結(jié)果表明,表面純凈且基本無(wú)雜質(zhì),其中傳統(tǒng)鍍鉻工藝鍍層的鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.8%,高效鍍鉻工藝鍍層的鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.6%。
結(jié)合工廠數(shù)據(jù)說(shuō)明手冊(cè),可以計(jì)算得到工藝電流效率以及陰極電流密度的對(duì)照,如表2 所示。參照此表即可獲得對(duì)應(yīng)電流效率。
表2 不同工藝的電流效率以及陰極電流密度Tab 2 Current efficiency and cathodic current density for different process
根據(jù)表2得到的電流效率,再計(jì)算電鍍時(shí)間[7]:
式中,ρ為電鍍層金屬密度,d為試片鍍層厚度,CCr為鉻的電化學(xué)當(dāng)量(CCr=0.323 3[6]),Jk為陰極電流密度(試片上加載電流密度均為30 A/dm2),ηk為電流效率。
經(jīng)計(jì)算,傳統(tǒng)鍍鉻、普通高效工藝的電鍍時(shí)間分別約為5.15、2.14 h,可知效率提高58.4%。
采用增量法測(cè)量不同鍍鉻工藝的影響,其中沉積速度的計(jì)算[8]:
式中,m1和m2分別為試樣鍍鉻前和鍍鉻后的質(zhì)量,A為鍍鉻試樣表面積,t為電鍍時(shí)間。
傳統(tǒng)鍍鉻工藝的質(zhì)量為18.134 g,普通高效工藝的質(zhì)量為18.725 g,經(jīng)計(jì)算,傳統(tǒng)電鍍工藝和普通高效鍍鉻工藝沉積速度分別為13.02、20.72 μm/h,沉積速率顯著提升,提升幅度達(dá)到59.3%[9]。
研究了傳統(tǒng)鍍鉻工藝和采用有機(jī)復(fù)合添加劑HEEC-2的鍍鉻工藝,得出以下結(jié)論:
1)與傳統(tǒng)鍍鉻工藝相比,采用有機(jī)復(fù)合添加劑HEEC-2 的鍍鉻工藝顯微硬度由699 HV 提高到862 HV,硬度提高約23.3%;鍍層厚度有所減少,由72.12 μm降低為58.05 μm。
2)HEEC-2 普通高效鍍鉻工藝鍍層沉積速率提升明顯,由傳統(tǒng)鍍鉻工藝的13.02 μm/h 提高到20.72 μm/h,提升幅度達(dá)到59.3%,其生產(chǎn)效率可以獲得明顯改善。
研究開(kāi)發(fā)了1種新的高效鍍鉻工藝,此工藝相對(duì)傳統(tǒng)鍍鉻工藝明顯改善了鍍鉻試片的各項(xiàng)性能。后續(xù)研究可繼續(xù)深入探討此高效鍍鉻工藝是否能滿(mǎn)足實(shí)際使用要求以及其在實(shí)際生產(chǎn)上的應(yīng)用。