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代铬镀层镍钴铁合金环保电镀取代镀铬在液压件表面加工上的应用

放大字体  缩小字体发布日期:2012-07-16  浏览次数:1002
核心提示:液压缸是液压系统中重要的执行元件,用于执行往复运动,在工程机械中应用广泛。液压缸活塞杆是液压缸的重要部件,

  液压缸是液压系统中重要的执行元件,用于执行往复运动,在工程机械中应用广泛。液压缸活塞杆是液压缸的重要部件,它通常采用45#钢做成实心杆或空心管,液压缸活塞杆在使用中会遭受磨粒冲刷,极易产生磨损。为提高活塞杆表面的耐磨性能,达到延长活塞杆使用寿命的效果, 目前国内传统工艺是表面镀硬铬(镀层厚度0.03~0.05mm)并抛光,其表面粗糙度Ra为0.1~0.2μm。其镀液以铬酸为基础,以硫酸做催化剂,工艺优点为:镀液稳定,易于操作,表面铬镀层质量比较高,赋予油杆光亮、高硬度、优良的耐磨性等优点。其致命的缺点是:含铬废水和废气严重致癌,属国家一类控制排放物,对环境和生产工人的危害极大。其他缺陷主要有:(1)阴极电流效率非常低,一般只有18%~20%,镀速相当慢,消耗的能量也相当大。(2)镀液温度较高,能量浪费大。(3)镀液的分散和覆盖能力差,需防护阴极和辅助阳极才能得到厚度均匀的镀层。(4)镀层空隙多,铬镀层对钢铁基体属阴极性镀层,防腐蚀性有一定局限性。因此,国内外电镀界一直致力于改进传统镀铬工艺。如四川泸州长江液压机厂,采用镀乳白/耐磨双层铬应用在活塞杆,大大地提高了镀层的耐蚀性。华南理工大学刘定福等人,提出一种适用于摩托车后减震器活塞杆的半光亮镍/高硫镍/硬铬电镀工艺。该镀层经32小时CASS试验耐蚀性达9级以上。

  随着时代的进步和科技的发展,在环境保护与清洁生产越来越受到世人重视的今天,各国对六价铬的使用与含铬废水、废气的限制措施越来越严厉。因此,世界各地的电镀工作者一直在探索代铬镀层工艺。在已报道的代铬技术中,从覆盖层的性质来看,可分为合金镀层,金属-非金属复合层、无机代铬层和有机代铬层等。从覆盖层的制备方法来看,有电镀、化学镀、离子气相沉积、热喷涂等。

  烟台电镀技术服务部与济南泰格化工有限公司研究的镍钴铁合金代镀铬新工艺″具有国际领先水平的科技成果,其中dw-30型镀种是专为取代硬铬镀种而研制开发的。已进行了两年多的生产,主要产品为应用于工程机械的液压件,尺寸最长为3200mm,直径最大为φ200mm,品种有12种之多。现就其用量较大的工程机械汽车起重机水平活塞杆进行抽样检测,共抽3批,每批20根。与镀硬铬进行了比较:

  工件基本尺寸:长1800mm,直径φ45mm–0.02-0.00 。该活塞杆原表面加工工艺为镀铬,加工工序为:清洗→镀硬铬(0.07mm)→清洗→200℃烘烤1小时→珩磨(后镀层厚度为0.05mm)。要求:硬度>700Hv,超精加工表面粗糙度Ra=0.2,表面光亮无针孔、麻点、镀层结合力强,冲击无脱落。(有时有针孔)

  现改为镍钴铁合金电镀加工工艺,加工工序为:清洗→镀镍钴铁(0.06mm)→清洗→240℃烘烤1小时→珩磨(后镀层厚度为0.05mm)。现对镀镍钴铁型镀层主要指标进行检测,共7项:1、尺寸均匀性;2、活塞杆的耐蚀性;3、硬度;4、超精加工可行性;5、与密封元件接触中的摩擦参数;6、镀层的耐磨性;7、表面光洁度。

  检测状况:

  1、 尺寸均匀性:表面镀0.06mm的镀层,液压杆上下误差<0.005mm,圆周方向误差<0.005mm(方案为手工千分尺检测)。

  2、 活塞杆的耐蚀性:试样:镍钴铁、Cr镀层试样

  检测项目:

  (1) 耐中性盐雾加速腐蚀试验;

  (2) 耐5﹪H2S4O性能浸泡试验;

  (3) 耐5﹪Na2S性能浸泡试验;

  (4) 液压油试验。

  检测方法:

  (1) 中性盐雾试验:

  根据国家标准GB/T10125-97“人造气氛腐蚀试验 中性盐雾试验”方法,试验条件如下:

  试验溶液:5﹪NaCI用蒸馏水配制

  试验温度:35±1℃,采用连续喷雾

  pH值:6.5-7.2之间

  (2) 耐H2S4O、Na2S溶液浸泡试验:

  参照国家标准GB10124-88“金属材料试验均匀腐蚀全浸试验方法”。试样浸泡在一定介质环境条件下,见表1:

  表1 耐H2S4O、Na2S溶液试验条件

  溶液

  试验条件 室温 H2S4O 5﹪

  室温 Na2S 5﹪

  (3) 按照国家标准GB/T6461-2002 “金属基体上金属河其它无机覆盖层——经腐蚀试验后的试样和试件的评级”进行评级。

  检测结果:

  检测结果见表2、表3:

  表2 镍钴铁镀层检测结果

  盐雾加速腐蚀试验 浸泡试验(室温)

  3、 硬度:使用维氏硬度计检测。

  (镀后)HV600-700,硬度波动范围大;经加热烘烤后HV950-1100。

  4、 超精加工的可行性:

  镀层经油石超精后,用SRUTRONIC 3型粗糙度仪测得粗糙度为Ra0.1~0.2。

  5、 与密封元件接触中的摩擦参数:

  活塞杆装配后,使用特力液压公司自制的试压台进行往复活塞试运行,起动压力<0.1Mpa,内外渗漏符合中华人民共和国机械行业标准JB/10205-2000。运动中镀层与密封件磨擦系数与铬层接近。耐压30Mpa,无渗漏。

  6、 镀层的耐磨性:采用SST-ST销盘式摩擦磨损试验机(西德)进行对比试验,试验参数为如下:

  试样编号:

  电镀镍钴铁合金试样:50-FeNico、100-FeNico、150-FeNico

  电镀硬铬试样:50-Cr、100-Cr、150-Cr

  试验条件:

  试验负荷:50N、100N、150N; 摩檫方式:滑动摩檫;滑动速度:0.21m/s

  润滑条件:边界润滑; 润滑介质:N150蜗轮蜗杆油

  试样规格:φ50×8; 对偶件:GCr15标准钢球(φ8)

  环境温度:15℃; 环境湿度:50-65%

  试验结果:

  在边界润滑情况下,镍钴铁合金试样的摩檫系数为0.06-0.09,镀铬试样的摩檫系数为0.12-0.14。其摩擦系数变化情况如下:

  试验结果:

  镍钴铁合金的摩擦系数比电镀硬铬小;镍钴铁合金镀层的线性磨损量优于电镀硬铬层。

  7、 表面光洁度:(检测方案:质检员观测和手摸)

  表面光泽:与不锈钢颜色相近,弱暗,手感比镀铬细腻,局部有亮点。

  经产品性能检测,用dw-30型镀层代替镀硬铬应用于工程机械液压杆,具有以下特点:

  1、 从工艺加工过程及镀液配方来看不含Cr6+ 和总Cr,对环境污染极小。

  2、 从镀层的均匀性来看比镀铬工艺要好,可以至少少珩磨掉1丝的镀层,节约了镀层成本和加工成本。

  3、 从耐磨性来看,不仅耐盐雾、耐酸的性能优于镀硬铬,而且在液压油中的腐蚀速度也低于镀硬铬的腐蚀速度。

  4、 从耐磨性来看,其摩擦系数与硬铬层相当,但耐磨性优于硬铬层,更重要的是对对偶件的伤害小。

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