恒天重工股份有限公司 李飛 石磊/文

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電鍍梨面鉻工藝的改進(jìn)

恒天重工股份有限公司 李飛 石磊/文

摘要：對(duì)于較高要求的電鍍梨面鉻工件，如果采用常規(guī)電鍍工藝，在一次電鍍鉻層較厚時(shí)容易在表面產(chǎn)生外觀缺陷及鍍層厚度不均勻的問(wèn)題。本文針對(duì)常規(guī)工藝出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行工藝改進(jìn)，采用二次電鍍梨面鉻工藝，得到了外觀、性能均符合設(shè)計(jì)要求的鍍層。

關(guān)鍵詞：梨面鉻，二次鉻，粗糙度，導(dǎo)絲輥

一 前言

梨面鉻即梨面硬鉻，也有稱為梨皮鉻、梨地鉻，是在噴砂之后再電鍍硬鉻，鍍層表面形成微觀狀態(tài)為類(lèi)似于梨子切開(kāi)之后的表面狀態(tài)，所以得名。普通鍍硬鉻后可以采用磨削、拋光等工藝來(lái)保證工件尺寸并進(jìn)一步提高表面性能，而梨面鉻不能應(yīng)用上述工藝，否則會(huì)破壞掉表面的梨面狀態(tài)。一般出槽后的尺寸及表面形態(tài)就是最終狀態(tài)，因此對(duì)電鍍工藝的要求更高。梨面鉻可以改變鉻層表面的反光性能，消除炫光，也可以改變鉻層表面的摩擦系數(shù)，以應(yīng)用于不同的使用環(huán)境。在紡機(jī)設(shè)備中根據(jù)使用環(huán)境要求的不同，粗糙度的要求也不同，在滌綸短纖設(shè)備中一般較多使用的都在Ra0.8 ～2.0μm之間。目前隨著國(guó)內(nèi)紡機(jī)行業(yè)的發(fā)展，尤其是高強(qiáng)度聚乙烯設(shè)備及碳纖維設(shè)備的發(fā)展，粗糙度要求在Ra0.4 ～0.6μm甚至是Ra0.4μm以下的梨面鉻應(yīng)用也越來(lái)越多，形位公差及厚度要求也越來(lái)越高。

常規(guī)鍍梨面鉻的工藝流程為：

基體拋光→檢驗(yàn)→噴砂→檢驗(yàn)→金屬洗凈劑清洗→水洗→電化學(xué)去油→熱水洗→冷水洗→中和→水洗→入槽預(yù)熱→活化處理→正常電鍍→回收→清洗→卸掛具→檢驗(yàn)

某紡織機(jī)械設(shè)備中用到的導(dǎo)絲部件如圖1所示，表面技術(shù)要求為：外圓φ100與φ108表面鍍梨面鉻50μm以上，粗糙度要求為Ra0.4 ～0.6μm。其余部位氧化處理。

在實(shí)際生產(chǎn)中，按照常規(guī)工藝進(jìn)行電鍍加工，對(duì)于粗糙度要求在Ra0.4μm左右的梨面鉻工件，厚度要求為30μm的，可以得到滿意的鍍層質(zhì)量。對(duì)于50μm及以上厚度要求的鍍層，采用常規(guī)工藝，容易在工件表面形成鉻瘤、毛刺，并且鍍層厚度的均勻性也不易控制。不光滑的表面會(huì)對(duì)絲束造成損傷，鍍層厚度不均勻會(huì)導(dǎo)致形位公差超差，這對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)絲部件來(lái)說(shuō)是不允許的。因此我們改進(jìn)為二次電鍍的工藝流程，得到滿意的鍍層外觀，并提高工件的耐蝕能力。

圖1　導(dǎo)絲輥示意圖

二 工藝介紹

1工藝流程

改進(jìn)后的工藝流程如下：

基體拋光→檢驗(yàn)→金屬洗凈劑清洗→水洗→電化學(xué)去油→熱水洗→冷水洗→中和→酸洗→水洗→入槽預(yù)熱→活化處理→電鍍?nèi)榘足t→回收→清洗→卸掛具→拋光檢查→噴砂→金屬洗凈劑清洗→水洗→入槽預(yù)熱→活化處理→鍍二次硬鉻→回收→清洗→卸掛具→交堿性氧化處理

2配方與工藝

電化學(xué)除油及電鍍鉻均采用常規(guī)工藝配方。

噴砂采用240#白剛玉，0.5～0.6Mpa（表壓）壓力式噴砂，槍距600mm，角度45°。

三、工藝過(guò)程控制

1前處理

此工件的前處理包括拋光、除油。

1.1拋光的要求：

在磨床磨削至工藝尺寸之后，電鍍一次鉻之前應(yīng)逐步拋光至粗糙度Ra0.4μm以下。對(duì)工件需要電鍍的部位基體應(yīng)仔細(xì)檢查，徹底消除機(jī)加工痕跡，并檢查基體是否存在材質(zhì)夾灰、焊接等缺陷，如有此類(lèi)缺陷應(yīng)用氬弧焊修復(fù)之后再拋光才能進(jìn)行下一步工序。

1.2除油

除油分為化學(xué)除油和電化學(xué)除油。拋光修復(fù)完之后應(yīng)先用熱的金屬洗凈劑溶液清洗輥身，并再次檢查是否有互轉(zhuǎn)過(guò)程中的磕碰現(xiàn)象。注意清洗各種絲孔、盲孔內(nèi)的油污及雜質(zhì)，要避免孔內(nèi)雜質(zhì)落入電鍍槽中，導(dǎo)致鍍層缺陷。電化學(xué)除油過(guò)程分為陽(yáng)極除油、陰極除油。陽(yáng)極除油應(yīng)控制時(shí)間，避免出現(xiàn)基體腐蝕，陰極除油也應(yīng)控制時(shí)間，以減少析氫所導(dǎo)致的氫脆影響。

2乳白鉻的工藝控制

乳白鉻是采用高溫、較低的電流密度電鍍鉻得到的鍍層，該鍍層顏色乳白，韌性好，孔隙率低，但硬度和光亮度低，因此單獨(dú)應(yīng)用較少。我們?cè)谶@里一次鉻時(shí)采用乳白鉻，可以增加鍍層的耐腐蝕能力，并且便于一次鉻拋光之后的檢查、修復(fù)。

乳白鉻可以與硬鉻用同一鍍槽進(jìn)行電鍍，但是乳白鉻電鍍時(shí)采用溫度較高，而鍍硬鉻時(shí)需要降溫處理，頻繁的升溫降溫會(huì)增加能源消耗，乳白鉻較高的工作溫度也會(huì)加速陽(yáng)極的消耗，把硬鉻槽和乳白鉻槽分開(kāi)設(shè)定溫度可以避免這類(lèi)問(wèn)題。溫度與電流密度對(duì)于鍍鉻層光亮程度的影響如圖2所示。按常規(guī)乳白鉻工藝，電流密度用15～20A/dm2，溫度設(shè)定65～70℃。對(duì)于乳白鉻鍍層我們?cè)O(shè)定厚度為25～30μm，在一次鉻鍍后拋光之后檢查厚度應(yīng)在20μm以上。

圖2　　溫度與電流密度對(duì)于鍍鉻層光亮程度的影響

3噴砂的工藝控制

一次鉻修拋好之后的工件要進(jìn)行噴砂處理，拋光后的粗糙度不應(yīng)大于Ra0.2μm。應(yīng)該注意的是噴砂用壓縮空氣要潔凈，不能采用含有油、水的壓縮空氣。

采用0.5～0.6Mpa（表壓）的壓力，噴槍角度45° 180#、240#、320#白剛玉用不同槍距在一次鍍鉻層上進(jìn)行工藝試驗(yàn)，得出的粗糙度如表1：

表1　不同砂型與槍距噴砂得到的粗糙度 槍距（mm）

根據(jù)要求可以選240#砂用600mm槍距或者320#砂用200mm槍距進(jìn)行噴砂，由于實(shí)際生產(chǎn)中用320#噴砂效率比240#噴砂效率要低的多，因此選240#白剛玉用600mm槍距噴砂，噴槍角度45°。

噴砂之后要用壓縮空氣把工件表面清理干凈，表面不能有沙粒存在。噴砂之后及時(shí)進(jìn)行電鍍，間隔不應(yīng)超過(guò)4小時(shí)期間要保護(hù)工作面，尤其避免用手直接接觸工件噴砂表面。

4硬鉻的工藝控制

作為電鍍后無(wú)法再修飾表面的鍍層，鍍層的性能與外觀同樣重要。預(yù)熱時(shí)間的保證、活化處理的充分、鍍液的清潔溫度與電流密度的配合選擇都要注意。

4.1

預(yù)熱與活化是保證一次鉻與二次鉻結(jié)合力的必要措施根據(jù)工件形狀結(jié)構(gòu)的不同，確定不同的預(yù)熱時(shí)間?；罨梢圆捎藐?yáng)極活化與陰極活化結(jié)合的方式進(jìn)行，陰極活化采用階梯式給電，實(shí)際生產(chǎn)中，用10分鐘時(shí)間把電流從5A/dm2升到正常電鍍電流。

4.2

鍍液除了定期分析化驗(yàn)調(diào)整之外還應(yīng)該定期過(guò)濾，保證鍍液清潔，防止固體顆粒物雜質(zhì)在電鍍過(guò)程中吸附到工件的表面。

4.3

圖3是溫度和電流密度對(duì)鉻層硬度影響曲線（等硬度線）。

圖3　溫度和電流密度對(duì)鉻層硬度影響曲線

根據(jù)圖2、圖3結(jié)合選擇，我們采用電流密度30A/dm2，正常電鍍溫度采用50～52℃。最終兩層鍍層厚度之和應(yīng)大于圖紙要求的50μm，并保證工件尺寸要求。與普通鍍鉻相比，因?yàn)槲⒂^凹坑的因素，梨面鉻在計(jì)算電鍍面積的時(shí)候根據(jù)不同的粗糙度要求要比普通鍍鉻的面積適當(dāng)放大，對(duì)于此工件我們用的1.1的比例進(jìn)行放大。

5工裝掛具的選用及設(shè)備的影響因素

工件直立于鍍槽之中，陽(yáng)極均勻擺放四周以盡量保證電鍍層圓周方向的均勻性。選用合適的工裝掛具，做好陰極屏蔽，減少尖端放電效應(yīng)的影響，保證鍍層在徑向上均勻性。

6后處理

電鍍梨面鉻完成后，清洗干凈，不能有酸液殘留，用清潔熱水燙干之后盡快交堿性氧化處理。如果不能及時(shí)進(jìn)行下一步工序，應(yīng)用水性防銹措施對(duì)未鍍部位進(jìn)行防護(hù)，避免生銹。氧化處理應(yīng)采用堿性氧化處理。

四 結(jié)果分析

工件加工中，粗糙度實(shí)測(cè)在Ra0.4 ～0.5μm之間，厚度在55～65μm，硬度經(jīng)超聲波無(wú)損檢測(cè)約為HV850～950，鍍層外觀光滑不鉤掛纖維，滿足了設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用，對(duì)改進(jìn)后的工藝進(jìn)行分析：

1優(yōu)點(diǎn)分析

此工件應(yīng)用二次電鍍的梨面鉻工藝相對(duì)于一次電鍍工藝有以下優(yōu)點(diǎn)：

因?yàn)槊繉渝儗佣荚?0～30μm，不容易產(chǎn)生鉻瘤、毛刺，降低了工件的返工率；

在一次鉻時(shí)采用乳白鉻工藝，鍍層致密性更好，提高了工件的耐蝕能力；

鍍層厚度更均勻也更容易控制。

2在生產(chǎn)中需要注意的問(wèn)題

因?yàn)樾枰M(jìn)行二次電鍍，所以兩次電鍍層之間的結(jié)合力必須保證，要嚴(yán)格執(zhí)行工藝進(jìn)行預(yù)熱與活化。否則會(huì)引起起皮、起泡等缺陷。

工件鍍鉻后噴砂與在基體上直接噴砂的工藝參數(shù)不同，需要驗(yàn)證調(diào)整。

相比于一次梨面鉻電鍍，因?yàn)橹虚g加有一次拋光工藝，所以會(huì)有5～10μm左右鉻層的損失。

五 結(jié)論

技術(shù)精度要求不高的梨面鉻盡量采用一次電鍍的方式進(jìn)行。對(duì)于尺寸精度要求比較高或者厚度更厚的梨面鉻，可以采用加厚一次鉻鍍層，然后通過(guò)磨床磨削保證工件尺寸及形位公差，再進(jìn)行拋光、噴砂，電鍍二次梨面鉻30μm左右來(lái)保證外觀及形位公差的要求。

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