無裂紋鉻層的脈沖電鍍

彭 濤， 劉 敏

（成都飛機工業（集團）有限責任公司，四川 成都610091）

0 前言

采用傳統的直流電鍍生成鉻層時，鉻晶粒的“錯位”生長導致鉻層出現大量裂紋。這些裂紋的存在，有時是有益的，比如某些活塞需要均勻的微裂紋來“藏”一些潤滑油／劑，從而達到減少摩擦的目的。然而，要求高氣密性、高耐蝕性的工件則希望能減少鉻層裂紋，甚至達到無裂紋。本文采用脈沖電鍍工藝，研究無裂紋鍍鉻的幾個重要工藝參數。

1 原理

脈沖電鍍實質上是直流電鍍的通、斷循環過程。傳統的直流電鍍只有一個參數，即電流或電壓。而脈沖電鍍的參數除了電流或電壓外，還有導通時間（Ton）和關斷時間（Toff），從而引出了另外兩個重要的參數——脈沖周期（θ）和占空比（γ）。它們之間的關系可按下述公式進行換算：

脈沖電鍍過程中，當電流導通時，電化學極化增大，陰極區附近金屬離子被充分沉積；當電流關斷時，陰極區附近放電離子又恢復到初始濃度，濃差極化消除，并伴有對沉積層有利的重結晶、吸／脫附等現象。這樣的過程周期性地貫穿于整個脈沖電鍍過程的始末。

2 試驗

2.1 試樣

30CrMnSiA合金鋼，尺寸為100 mm ×25mm×1mm，表面粗糙度不大于1.6μm。

2.2 設備

WDM20-600型脈沖電源，ATLAS SF850型鹽霧試驗箱，MH-5 型顯微硬度計，LEICA DM4000型金相顯微鏡。

2.3 鍍液配方

采用標準鍍鉻液，其配方為：CrO3250g／L，H2SO42.5g／L，Cr（III）3～7g／L。

2.4 工藝流程

2.5 技術方案

試驗中除了θ、γ外，其他工藝參數的選擇與直流電鍍的相同，即陰極電流密度為50A／dm2，槽液溫度為53℃［1］。以θ、γ進行幾組正交試驗，具體方案見表1。

表1 正交試驗水平因素

2.6 實驗方法

2.6.1 裂紋檢查：采用400×顯微法。

2.6.2 硬度測試：采用ASTM E384 型顯微硬度法。

2.6.3 鹽霧試驗：采用ASTM B117 中性鹽霧試驗。

3 結果與討論

3.1 試驗結果

正交試驗結果見表2。

表2 正交試驗結果

圖1 試驗裂紋

3.2 結果分析

3.2.1 鍍層裂紋

由圖1可知：方案2得到的鍍層具有最好的無裂紋狀態，而方案1、3的均出現了貫穿性網狀裂紋。這主要是由于方案2的脈沖周期及占空比合理，使得鉻晶粒在生長過程中能得到有序排列，從而形成致密的鍍層。然而，這種致密鍍層的厚度是有限的［2］，隨著鍍層厚度的增加，無裂紋鉻層的獲取變得困難［3］。目前15μm 左右的無裂紋鉻層是可行的。 應注意除氫工藝參數的選擇，否則，鍍層會在除氫過程中產生大量的裂紋。本試驗的除氫參數為190℃、24h。

3.2.2 鍍層硬度

由表2可知：三種方案獲得的鍍層的顯微硬度比較接近，均在7 850 MPa左右。這主要是由于鍍鉻層的顯微硬度主要與槽液溫度及電流密度有關，而這兩項參數在三個方案中是相同的。

3.2.3 鹽霧試驗

由表1可知：方案2所得鍍層的耐鹽霧腐蝕性能更好。這主要是由于鹽霧中的Cl-能夠很容易地到達金屬基體，從而形成電化學腐蝕環境。

4 結論

（1）對30CrMnSiA 合金鋼而言，采取陰極電流密度50A／dm2、槽液溫度53℃、脈沖周期75s、占空比0.8的脈沖電鍍工藝，能夠獲得一定性能的無裂紋鉻層。

（2）在工藝參數一定的情況下，獲取無裂紋鉻層的難度隨鍍層厚度的增加而增大。通常情況下，獲取厚度在15μm 以內的無裂紋鉻層是可行的。

［1］張允誠，胡如南，向榮.電鍍手冊（上冊）［M］.北京：國防工業出版社，1997：363-409

［2］馮輝，袁萍萍，張琳，等.脈沖電鍍鉻的現狀與展望［J］.電鍍與精飾，2010，32（1）：20-23.

［3］王長亮，湯智慧，彭超，等.脈沖電鍍無裂紋硬鉻研究［J］.電鍍與精飾，2010，32（9）：31-34.