強力高可靠性液壓支架電鍍工藝的應用研究

田俊洲

（山西煤炭運銷集團店上煤業有限公司， 山西 高平 048400）

1 國內外液壓支架電鍍工藝水平的分析

在煤礦液壓支架中，電鍍工藝主要用于立柱、千斤頂、銷軸連接件以及閥管路件，其中立柱、千斤頂中的中缸、活柱、活塞桿由于鍍層表面直接和非金屬密封件接觸，鍍層除需滿足井下環境中對基材的防護要求外，還應具有耐磨功能，其他零部件采用電鍍處理，這主要是出于防護方面的需要。

1.1 鍍層結構的比較（見表1）

表1 鍍層結構比較

1.2 缸柱桿類件鍍層指標檢測比較

鍍層銹蝕、起泡、脫落將嚴重影響立柱、千斤頂的使用性能，因此表中鍍層耐蝕性、結合強度是電鍍質量影響支架工作可靠性和使用壽命的主要因素。鍍層硬度和粗糙度在一定程度上決定著被鍍履零件的耐磨性和密封件的使用壽命，粗糙度對零件的耐蝕性也有較大影響，因此對支架工作可靠性和使用壽命也有一定程度的影響。鍍層孔隙率、鍍層厚度、鍍層組織在使用中最終通過耐蝕性而影響使用壽命和可靠性，因此屬于間接因素[1-2]。從表2 可以看出，國內產品的鍍層耐蝕性明顯低于進口產品，鍍層孔隙率、表面粗糙度也有較大差距，鍍層硬度、結合強度指標大于國外產品。

2 檢測結果分析與探討

表2 缸柱類件鍍層技術指標檢測比較

從上述檢測分析可以看出，耐腐蝕性差是電鍍層影響支架可靠性和壽命的主要因素，要在電鍍方面縮短強力高可靠性支架與國外產品的差距，必須從提高鍍層耐蝕性入手。

2.1 工況腐蝕環境

液壓支架的使用工況決定了電鍍工件所遭受的腐蝕屬于大氣腐蝕，影響大氣腐蝕的主要因素是氣象因素和腐蝕介質因素。在氣象因素中，濕度大、氣溫高使鍍層表面易于形成凝霜；在腐蝕介質因素方面，井下往往存在較高濃度的SO2、H2S、Cl-、SO42-、粉塵等，加速腐蝕[3]。這些腐蝕因素雖然在不同礦井存在較大差異，但總體而言井下都屬于惡劣腐蝕工況。

2.2 缸、柱、桿類件鍍層耐腐蝕性的影響因素

缸、柱、桿類件國內外所選用鍍層，在大氣腐蝕環境下均屬于陰極性鍍層。對于陰極性鍍層，特別重要的是鍍層要有一定厚度，孔隙率要盡可能低。表2的檢測結果也證實了這一觀點：同樣采用Cu-Sn/Cr鍍層結構工藝時，國外鍍層比國內厚28～30μm，國孔隙率比國內低8 點/dm2，鍍層耐蝕性最好；國外采用Cr/Cr 結構工藝時，比國內采用Cu-Sn/Cr 結構孔隙率低6 點/dm2，鍍層厚度基本一致，鍍層耐蝕性居中。

2.3 電鍍工藝分析

由于硬鉻層具有硬度高、孔隙率高的特性，無論是Cu-Sn/Cr 還是Cr/Cr 結構組合，表面鍍硬鉻主要是滿足鍍層耐磨性能要求；作底層的Cu-Sn 和乳白Cr 層則具有結晶致密、孔隙率低的優點，用它們作為底層主要是滿足耐蝕性要求。此外，Cu-Sn 層韌性高、延展性好，對改善鍍層結合強度也有較為明顯的作用。

MT313-92 及MT97-92 規定缸柱桿類鍍層選用Cu-Sn/Cr 結構，鍍層厚度要求Cu-Sn 層厚20～30 μm，Cr 層30～40 m，鍍層孔隙率少于15 點/dm2，鍍層表面粗糙度Ra0.4μm。國外產品指標遠高于以上規定，特別是Cu-Sn 層厚度，國外產品比標準高出兩倍以上。因此，從提高鍍層耐蝕性的角度出發，適當加大Cu-Sn 層厚度，進一步消除影響Cu-Sn 層孔隙率的不利因素，提高鍍層表面粗糙度以減少實際工況條件下腐蝕介質的影響[4]，是提高電鍍產品工作可靠性和延長其使用壽命的有效途徑。

3 提高電鍍工藝水平的技術措施

3.1 增加鍍層厚度

鍍層厚度技術要求調整為Cu-Sn 層40～60 μm，Cr 層≥30 μm，鍍層總厚70～90 μm。在實際生產控制中，Cu-Sn 層厚度按≥40 μm、Cr 層厚度按≥30 μm、鍍層總厚≥70 μm 執行，最大鍍層厚度由精磨工藝尺寸和完工尺寸控制。

在電鍍生產中，影響鍍層孔隙率的主要因素是基體表面粗糙度、電鍍工藝配方、電鍍工藝條件、鍍液純凈度、鍍層厚度等。針對這些因素，采取了如下工藝措施：

1）工件鍍前增加精磨工序，使電鍍基體表面Ra≤0.4μm。

2）和武漢材料保護研究所聯合攻關，優選確定最佳Sn 含量的氰化物電鍍Cu-Sn 合金工藝配方和工藝條件，細化鍍層晶粒、降低鍍層孔隙率。

3）選用高精度過濾泵，定期對鍍液進行過濾，保持鍍液純凈無雜質。

3.2 改善鍍層表面粗糙度

由于Cu-Sn/Cr 工藝需要進行兩次拋光，Cu-Sn層的拋光質量決定了Cr 層基體表粗糙度情況，Cr 層的拋光質量最終決定完工電鍍零件的表面粗糙度，因此電鍍拋光不僅影響產品外觀質量，對產品可靠性和壽命也有間接影響，對此，將硬布輪粘砂拋光工藝改為百葉輪高速拋光工藝，砂粒選用320 目細砂，拋光線速度確定為30～40 m/s。

3.3 應用QL 快速高效鍍硬鉻工藝

QL 快速高效鍍硬鉻工藝具有電流效率高、鍍層結品細致，能降低鍍層尖端效應的優點，同時，所沉積鍍層為微裂紋鍍層，裂紋數可達1 400 條/cm，這種微裂紋能有效分散腐蝕電流、降低腐蝕速率、提高陰極性鍍層耐腐蝕性。

4 檢測與試驗效果

以上技術措施落實到位后，對生產的電鍍零件隨機抽樣，委托機械工業表面覆蓋層產品質量監督檢測中心進行了檢測，結果如表3。

從表3 可以看出，通過針對性的技術改進措施，國內電鍍產品主要性能指標總體達到了和進口產品相當的水平，在鍍層耐蝕性和硬度方面，國內產品試樣情況更優于DBT 和JOY 公司試樣水平。

當前改進后的電鍍工藝已經批量應用于ZY8640/24/50 等一系列強力高可靠性支架的生產，并在煤礦井下進行了實際應用，電鍍層反應情況良好。

5 結論

通過對比檢測分析了國內外液壓支架電鍍層，提出了改進提高國內支架產品中缸、活柱活塞桿類零件電鍍質量的方法和途徑，檢測和實際應用情況表明，國產強力高可靠性液壓支架電鍍質量已經達到了和國外產品相當的水平，但是在表面粗糙度、鍍層厚度的控制方面還有待進一步提高。

表3 電鍍零件檢測分析情況表