淺議提高大型桿類(lèi)件鍍鉻層厚度均勻性的方法

郭長(zhǎng)林　張嵩　李紅兵　劉二強(qiáng)

摘 要：活塞桿對(duì)鍍鉻層厚度均勻性有嚴(yán)格要求。而在大型桿類(lèi)鍍件電鍍硬鉻中電鍍時(shí)間長(zhǎng)，鍍鉻電流大，加上鍍鉻液分散能力極差和電鍍的尖端效應(yīng)，易產(chǎn)生電流密度分布不均勻，造成鍍件鍍層厚度均勻性差。本文主要談?wù)摰氖怯绊懘笮蜅U類(lèi)件鍍鉻層厚度均勻性的因素及提高大型桿類(lèi)件鍍鉻層厚度均勻性的方法。

關(guān)鍵詞：大型桿鍍鉻 均勻性 影響因素 輔助蓋板

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ153 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）11（b）-0098-02

鍍硬鉻因具有使鍍件的外觀更優(yōu)美、硬度更大、更耐腐蝕、不易變色等特點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。而鍍鉻層均勻性是鍍鉻質(zhì)量的主要指標(biāo)。由于鍍鉻液的分散能力極差，在鍍鉻的過(guò)程中很難得到厚度均勻的鍍層[1]。鍍件設(shè)計(jì)、機(jī)械加工工藝、幾何因素、電鍍掛具、鍍鉻液成分、環(huán)境溫度對(duì)鍍鉻層均勻性都有影響，從而也影響了鍍鉻在很多方面的運(yùn)用[2]。傳統(tǒng)的活塞桿加工多采用的工藝流程為：精磨（至鍍前尺寸）→鍍硬鉻（至完工尺寸加0.03～0.05mm）→鍍后精磨（至完工尺寸）→拋光→裝配。這種工藝流程對(duì)鍍層厚度的均勻性要求不是很高，只要最薄處達(dá)到厚度要求，鍍后再將厚的地方經(jīng)過(guò)打磨、拋光才能符合要求，但是這種方法所需的成本較高。為了降低成本同時(shí)保證產(chǎn)品質(zhì)量，要求縮減鍍后打磨、拋光工序，直接鍍出合格的均勻性鍍層，迫使我們進(jìn)一步探討鍍鉻層均勻性的影響因素和提高方法。

1 影響大型桿類(lèi)件鍍鉻層厚度均勻性的因素

1.1 陽(yáng)極與鍍件布局的影響

鍍件的厚度均勻性很大程度上取決于陽(yáng)極與鍍件之間的布局。一般情況下，陽(yáng)極與鍍件的距離越近，得到的鍍層就與鍍件的幾何圖形越相似。如果鍍件與陽(yáng)極的距離越近，電流密度在陽(yáng)極表面的分布就越不均勻；如果陽(yáng)極與鍍件的距離太遠(yuǎn)，還會(huì)造成溶液電阻增大，使電能損耗增加。因此在電鍍不同鍍件時(shí)，掌握好距離是十分有必要的。鍍件的不同部位也要確保與陽(yáng)極的距離相同，保證溶液電阻相同，電流分布均勻[3]。因此要想能得到鍍鉻層的厚度均勻，在電鍍的操作過(guò)程中必須合理地控制陽(yáng)極和鍍件的間距。

1.2 內(nèi)電阻縱向分布的影響

首先，在鍍硬鉻的過(guò)程中由于溶液電阻的縱向分布，氫氣會(huì)在零件的上端不斷溢出，使槽液不斷的從下往上流動(dòng)，導(dǎo)致上端溶液的密度降低，從而使溶液電阻上大下小，分布不均勻。其次，在電鍍過(guò)程中，由于電鍍液中的氫氣呈現(xiàn)上多下小的狀態(tài)，很容易使陰極上的溶液交替的速率不均勻，從而導(dǎo)致極化電阻的縱向分布不均勻。最后，在電鍍過(guò)程中所采用的鉛錫壓延陽(yáng)極的電阻會(huì)產(chǎn)生電位差，使鍍件不同部位的陰極與陽(yáng)極之間的電壓不一致，從而導(dǎo)致電流在陰極表面分布不均勻。

2 提高大型桿類(lèi)件鍍鉻層厚度均勻性的方法

2.1 增加輔助陰極，屏蔽電流，減少尖端效應(yīng)

在電鍍過(guò)程中，為了得到均勻的鍍層，通常會(huì)根據(jù)鍍件的幾何形狀特點(diǎn)設(shè)計(jì)一個(gè)保護(hù)裝置，并且將這個(gè)裝置和鍍件一起進(jìn)行電鍍，迫使電力線在鍍件上均勻分布，從而使鍍件的鍍鉻層分布均勻。這種方法就稱(chēng)為輔助陰極。由于鍍件的幾何圖形千差萬(wàn)別，所以對(duì)不同的鍍件其輔助陰極的設(shè)計(jì)也有所不同，但是都是根據(jù)以下這些原理來(lái)設(shè)計(jì)：首先，將輔助陰極做成鍍件鍍鉻面的延伸，將輔助陰極作為鍍件的保護(hù)屏，使分布不均勻的電力線落在輔助陰極上。其次，輔助陰極一般都是由絕緣材料做成，不能夠?qū)щ姟⑤o助陰極設(shè)計(jì)好后，它能夠填充鍍鉻液中的自由空間，從而避免自由空間造成電力線分布不均勻[4]。

這種方法改造簡(jiǎn)單，且能夠明顯的改善鍍件鍍鉻層厚度不均勻的現(xiàn)象的優(yōu)點(diǎn)。但是其制作過(guò)程復(fù)雜、固定不緊，易產(chǎn)生零件表面影響區(qū)；而且能源消耗大。

2.2 屏蔽陽(yáng)極，符合零件尺寸，減少電力線分布

在電鍍的過(guò)程中，當(dāng)鍍件的上部分厚度達(dá)到要求時(shí)，發(fā)現(xiàn)鍍件的下部的厚度已經(jīng)大大超出了規(guī)定值，甚至在邊邊角角的地方會(huì)起刺或者結(jié)瘤。為消除這種現(xiàn)象，人們采用陽(yáng)極局部屏蔽的方法。它主要是用絕緣材料做成擋板，然后用這個(gè)擋板將陽(yáng)極浸入電鍍液中的上部分擋住，擋住的部分相當(dāng)于陰極掛具浸入電鍍液的部分的1/4即可。這樣就可以讓陰極的上部的電流密度與下部分的一致。從而使鍍件能夠鍍上均勻的鉻鍍層。雖然這種方法同樣具有改造簡(jiǎn)單，不需要費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)，但是其操作的過(guò)程非常繁瑣，而且還需要根據(jù)零件的長(zhǎng)短，隨時(shí)都要更換陽(yáng)極，使用的效率非常低[5]。

2.3 制作輔助蓋板，符合箱式理論，改變電力線分布，達(dá)到電流密度一致性

由于鍍鉻工藝流程的特殊性，電流分布的尖端效應(yīng)，電鍍液還是所有鍍種中分散能力最差的。為了得到厚度均勻的鍍層，降低電鍍成本，提高生產(chǎn)效率。我們可以對(duì)常規(guī)的工藝流程做出措施。首先，在電鍍過(guò)程中，要改變電力線的分布，將陽(yáng)極進(jìn)行井字架定位擺放，均勻分布電流。其次，根據(jù)箱式理論，改變電力線分布，制作專(zhuān)用的輔助蓋板進(jìn)行屏蔽電流保護(hù)，使零件受鍍部位上下電流密度一致，確保零件鍍層的均勻性。在輔助蓋板制作完成后，進(jìn)行批量試驗(yàn)生產(chǎn)，效果明顯。經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用此方法能夠使Φ80×1000以上大型桿件鍍鉻后鍍層厚度差≤0.01mm，其表面質(zhì)量和鍍層厚度均達(dá)到零件性能指標(biāo)。這種方法雖然需要加工費(fèi)用，但是其操作過(guò)程簡(jiǎn)便，成本較低，可以重復(fù)使用，便于批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較高。

3 結(jié)語(yǔ)

鍍硬鉻在大型桿類(lèi)件電鍍中，是一種常見(jiàn)的、極其關(guān)鍵的表面處理技術(shù)，而大型桿類(lèi)件對(duì)電鍍鉻層的厚度均勻性要求非常高。但是由于電鍍鉻的電鍍液，其分散能力極差，如果運(yùn)用常規(guī)的電鍍鉻工藝流程，很難得到厚度均勻的鍍鉻層。而鍍層的不均勻性很容易影響鍍件的外觀，耐腐蝕性，硬度等。在大型桿類(lèi)件上鍍鉻主要就是為了提高工作面的硬度、耐磨性、耐腐蝕性和耐熱性能，延長(zhǎng)其使用壽命。而陽(yáng)極與鍍件布局、內(nèi)電阻縱向分布、溫度及陰極電流密度的控制等因素，對(duì)鍍鉻層的厚度均勻性都有很大的影響。如果我們能夠針對(duì)這些因素做出工藝流程的改進(jìn)就能夠得到均勻鍍鉻層了。

參考文獻(xiàn)

[1] 霍大勇.改善鍍鉻層均勻性的分析[J].電鍍與環(huán)保，2015，35（4）：7-9.

[2] 周雁文，郝江華，莊欽偉，等.滑軌類(lèi)零件導(dǎo)動(dòng)面電鍍鉻層厚度控制工藝改進(jìn)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017，14（2）：77-78.

[3] 奚兵.再談鍍鉻層厚度均勻性[J].電鍍與環(huán)保，2012，32（6）：49-50.

[4] 董華章.輔助陰極在沖模具電鍍鉻中的應(yīng)用[J].湖南冶金，1997（6）：33-36.

[5] 池文智.簡(jiǎn)單、有效的陽(yáng)極屏蔽法[J].電鍍與精飾，1987（3）：25.

[6] 彭欣.桿類(lèi)活動(dòng)零件鍍鉻工藝改善及替代方案研究[D].重慶理工大學(xué)，2015.

[7] 王連洪.特長(zhǎng)活塞桿鍍鉻層不均勻問(wèn)題分析及改進(jìn)措施[J].煤礦機(jī)械，2004（10）：78.

[8] 黃文華，陳文，梁升.氣門(mén)鍍鉻層不均勻的影響因素及改進(jìn)措施[J].電鍍與精飾，2009，31（9）：28-29.