漲圈松孔鍍鉻新工藝

徐曉麟,關成武,李連軍,吳光美

(1. 哈爾濱東安發動機(集團)有限公司,哈爾濱 150066; 2. 哈爾濱飛機工業集團有限責任公司,哈爾濱 150066)

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漲圈松孔鍍鉻新工藝

徐曉麟1,關成武1,李連軍2,吳光美1

(1. 哈爾濱東安發動機(集團)有限公司,哈爾濱 150066; 2. 哈爾濱飛機工業集團有限責任公司,哈爾濱 150066)

對航空零件不銹鋼漲圈弧形外徑鍍鉻的工藝進行了研究，確定了最佳工藝路線：采用水吹砂前處理和專用工裝保護方式。采用光學顯微鏡觀察了漲圈弧形外徑鉻層的表面形貌，并采用磨削方法檢查鉻層結合力。結果表明，采用新工藝的鉻層均勻，具有良好的結合力和耐磨性能。

漲圈；松孔鍍鉻；弧形外徑；結合力

松孔鍍鉻[1-2]是耐磨鍍鉻的一種特殊形式，它是根據電化學陽極腐蝕原理，將鍍鉻零件在電解液中進行短時間的陽極處理，使零件表面原有鉻層形成網狀溝紋或點狀孔隙。漲圈松孔鍍鉻既可以保存足夠的潤滑油，又可以使摩擦條件得到改善，達到減少金屬接觸面間摩擦和提高漲圈耐磨性的目的[3]。

航空產品封嚴漲圈，采用3Cr13不銹鋼材料，漲圈開口為斜角45°開口，在該漲圈弧形外徑上鍍厚鉻并松孔，可以大大提高其耐磨性。不銹鋼封嚴漲圈松孔鍍鉻示意圖見圖1。

不銹鋼材料因鉻含量較高,給鍍鉻帶來很大的難度[4]，鉻層和零件基體表面結合力差且鍍層較易起皮,鍍厚鉻(0.25～0.35 mm)更難以滿足結合力要求[5-7]。漲圈的弧形外徑松孔鍍厚鉻技術在國內仍處于空白，漲圈鍍后磨削和使用對鉻層結合力的要求更高[8-9]。本工作通過改進航空漲圈松孔鍍鉻工藝，使不銹鋼漲圈弧形外徑表面最終得到結合力良好、形貌均勻、滿足實際生產需求的鉻層[10]。

圖1　漲圈松孔鍍鉻情況說明圖Fig. 1　Illustration of spongy chromium plating on expansion ring

1　漲圈弧形外徑松孔鍍鉻的工藝

1.1不銹鋼漲圈松孔鍍鉻前處理

鍍鉻后鍍層結合力好壞主要由鍍前處理方式決定，分別采用腐蝕鍍鎳、氫氟酸活化和水吹砂3種前處理方式對3Cr13不銹鋼試件進行鍍鉻試驗，鍍鉻槽液參數如下：CrO3200～260 g/L;H2SO41～5 g/L;Cr3+2～5 g/L;溫度為50～70 ℃;電流密度為4～5 A/dm2;時間為2～3 h。所有零件帶電下槽，階梯給電。

工藝流程如下：鍍前驗收→有機溶劑除油→裝夾壓合→鍍前預處理→水洗清砂→鍍鉻→回收槽洗→流動冷水洗→卸夾→流動冷水洗→流動熱水洗→吹干→除氫→檢驗→機加磨削→松孔前驗收→有機溶劑除油→裝夾壓合→維也納石灰除油→流動冷水洗→松孔→回收槽洗→流動冷水洗→流動熱水洗→吹干→網紋檢驗→最終檢驗。

為了保證漲圈松孔合格率，在鍍鉻過程中電流密度取常規的下限，以便獲得細致均勻的鍍層。

1.2不銹鋼漲圈松孔鍍鉻工裝設計

漲圈為弧形外徑鍍鉻，若采用單件裝夾，不僅保護困難，拆裝復雜，而且占用槽體有效面積大，生產效率低，因此決定把多個漲圈串連壓合進行鍍鉻，這樣不僅保護方便，提高效率，而且壓合的漲圈互為保護陰極，可有效控制漲圈弧面鉻層生長速率，進而得到均勻、結合力良好的鍍鉻層。

根據漲圈閉合狀態時的內徑尺寸，設計一個外徑為φ的堅固芯軸，漲圈可在自由狀態下輕松套入。以漲圈鍍前閉合狀態的外徑尺寸為內徑設計一個可以適度開合的壓緊套，其閉合的內徑尺寸等于漲圈閉合狀態的外徑尺寸。旋緊緊固螺栓，套在芯軸上的多個漲圈開口會被壓緊套壓合。在多個漲圈被串連壓緊、開口閉合套在芯軸上的情況下，在芯軸兩端加上與漲圈閉合狀態內、外徑尺寸相近(內、外徑都有余量)的高度不等的墊圈，通過壓蓋和螺紋鎖緊裝置將多個漲圈端面方向壓緊，保證在壓緊套拆除的情況下漲圈開口保持閉合。為了提高生產效率，要求整套工裝安裝20～100個自由裝夾的漲圈。松孔工裝與鍍鉻工裝基本一致，只是壓緊套的內徑尺寸采用漲圈鍍鉻磨削后的閉合狀態外徑尺寸。工裝設計圖如圖2所示。

鉻層生長中因電流尖端效應特別敏感，致使鍍鉻分散能力差，所以漲圈鍍鉻時需將開口壓緊或填塞，減少電流尖端效應的影響，保證電流二次分布均勻。漲圈有45°斜角開口，弧形外徑填塞時不能完全均勻密實，所以采用將漲圈開口壓緊閉合的方式進行鍍鉻，為了避免斜角開口鍍鉻過程中呲氣，鍍鉻時需將漲圈開口沿螺旋線對齊鍍鉻。

圖2　漲圈松孔鍍鉻工裝設計圖Fig. 2　Design of tooling for spongy chromium plating on expansion ring

2　結果與討論

2.1鉻層結合力檢查和前處理方式選擇

按HB 5043-1992要求，鉻層經過磨削后，根據鍍鉻層起皮、起泡狀態檢查鉻層結合力，采用光學顯微鏡觀察鉻層外觀形貌，通過工藝流程整體操作方便性、結合力、形貌等項目評價不同前處理方式,結果見表1。試驗中對各個考核項目加權賦值，其中鉻層結合力賦值30，形貌均勻性賦值25，操作方便性賦值20，其他因素賦值15。

表1　漲圈鍍鉻不同前處理方式的評價

由表1可見,采用氫氟酸活化前處理方式雖然操作方便，但是鉻層外觀形貌和鉻層結合力均低于其他兩種方式;采用腐蝕鍍鎳前處理方式，雖然得到的鉻層均勻，但結合力較弱，鉻層磨削時易脫落。綜合衡量所有因素，最終決定采用水吹砂帶電下槽的前處理方式，該方法在起始階梯電流給電的前提下，不僅可以獲得結合牢固、細致均勻的鍍層，而且操作方便，性能穩定，適合零件的大量生產。

2.2鉻層外觀形貌

采取水吹砂前處理方式，按上述工藝流程進行鍍鉻試驗，弧形外徑鍍鉻航空漲圈如圖3所示。

圖3　松孔鍍鉻合格的漲圈Fig. 3　Qualified expansion ring after spongy chromium plating

常規的漲圈都是端面松孔鍍鉻，直接把漲圈單件放在顯微鏡下觀察松孔網紋，但航空產品封嚴漲圈是弧形外徑松孔鍍鉻，單件檢查時無法獲得穩定、清晰的觀察效果，松孔后不卸夾，零件直接帶夾具整體通過顯微鏡檢測，通過調整芯軸兩端的高低可以調整觀察角度，再通過串動和旋轉芯軸可以觀測各個漲圈的不同松孔鍍鉻面狀態。采用“工裝夾具和漲圈整體觀察法”，可以觀察到清晰的網紋，提高了檢測效率。

由圖4可見，漲圈鍍鉻經松孔后，鉻層表面形成清晰的網狀溝紋，溝紋可保存足夠的潤滑油，減少金屬接觸面間摩擦和提高漲圈耐磨性能。

(a)　漲圈鍍鉻松孔前

(b)　漲圈鍍鉻松孔后圖4　不銹鋼漲圈金相照片Fig. 4　Metallographic photos of the stainless steel expansion ring(a)　before spongy chromium plating(b)　after spongy chromium plating

3　結論

(1) 水吹砂前處理方法可以使基體表面微觀粗化、活化鍍面，可以得到結合力良好的鉻層。

(2) 多個漲圈串聯壓緊閉合的裝夾方式適合漲圈弧形外徑鍍鉻，斜角開口沿螺旋線對齊消除了多個漲圈串聯互相呲氣的影響，可以得到均勻的鉻層。

[1]奚兵. 松孔鍍鉻技術[J]. 電鍍與環保,2013,33(1):43.

[2]楊景偉. 鑄鐵漲圈松孔鍍鉻工藝研究[J]. 涂裝與電鍍,2009,6(3):33-35.

[3]關山,張琦,胡如南. 電鍍鉻的最新發展[J]. 材料保護,2000,33(3):1-2.

[4]陳全壽. 電鍍技術的發展展望[J]. 表面技術,2000,29(3):1-3.

[5]林忠夫. 日本電鍍技術的發展[J]. 電鍍與精飾,2002,21(4):39-44.

[6]沈寧一. 表面處理工藝手冊[M]. 上海:上海科技出版社,1999:10-13.

[7]張玉麟. 航空制造工程手冊[M]. 北京:航空工業出版社,1993:45-47.

[8]NEWBY K. 硬鉻電鍍技術的發展[J]. 電鍍與環保,2004,14(3):7-10.

[9]張勝濤.電鍍使用技術[M]. 上海:中國紡織出版社,2011:7-18.

[10]胡如南,陳松祺. 實用鍍鉻技術[M]. 北京:國防工業出版社,2005:14-15.

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A New Technology of Spongy Chromium Plating on Expansion Ring

XU Xiao-lin1, GUAN Cheng-wu1, LI Lian-jun2, WU Guang-mei1

(1. Harbin Dongan Engine (Group) Corporation Ltd., Harbin 150066, China;2. Hafei Aviation Industry Co., Ltd., Harbin 150066, China)

The process of chromium plating on the arc external diameter of the aviation stainless steel expansion ring was studied. The best technology was determined, hydraulic-sand blasting was used as the method of pretreatment and special tooling was used for protection. Metallographic analysis was adopted to observe the surface microstructure of the chromium plating layer on the arc external diameter of the expansion ring and grinding was performed to inspect the binding force of the chromium plating layer. The results show that the chromium plating layer exhibited homogeneous structure, favorable binding force and strong anti-abrasive properties.

expansion ring; spongy chromium plating; arc external diameter; binding force

2014-12-05

徐曉麟(1974-),高級工程師,碩士,從事腐蝕與防護工作,13351007246,xuxiaolin74@163.com

10.11973/fsyfh-201512016

TG174.4

A

1005-748X(2015)12-1183-03