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总结:硬铬在发动机零部件上的应用

放大字体  缩小字体发布日期:2020-01-03  作者:刘建军  浏览次数:110
核心提示:1.前言随着世界汽车工业的发展,柴油机在车用动力中的应用范围逐渐扩大。现代柴油机更多采用性能良好的铝合金汽缸和薄壁钢质汽缸

1.前言

随着世界汽车工业的发展,柴油机在车用动力中的应用范围逐渐扩大。现代柴油机更多采用性能良好的铝合金汽缸和薄壁钢质汽缸套。对于这种汽缸、汽缸套的耐磨性能的改善,通常采用电镀硬铬工艺。

2.硬铬镀层的特性

2.1硬铬镀层的性能

硬铬镀层具有独特的综合性能,极高的硬度、优良的结合力和耐蚀性及其耐擦伤和低摩擦系数。

①硬度、耐磨性及其相应关系镀铬层具有最高的硬度,通常镀铬层维氏硬度可达Hv750~1050,比铸造铬的硬度更高。这是由于它的组织成分决定的。实验表明,随着镀层中氧含量增加,镀铬层的硬度也相应提高。镀铬层对机械的耐磨性是很高的,然而这种性能并不一定必然是由高硬度所致。高硬度与高脆性是伴随而生的。对于烧焦的硬铬镀层,它的耐磨性能极差,而且因脆性很大而易碎。然而,其硬度却高达Hv1100~1200。事实,上,具有良好耐磨性能的硬铬层的硬度往往介于Hv750~950。尽管硬度和耐磨性是镀铬层最重要的技术特征,而且这两种的性能有一定的关系,但两者并不可相提并论。但铬镀层硬度对于长期保持镀层光泽和防止工件因刮擦而迅速受损有着极为明显的作用。

②摩擦系数镀铬层具有较低的摩擦系数,被用于内燃机零部件(如发动机的曲轴、活塞环、气门、汽缸套等)以及其它有类似要求的领域。鉴于发动机零部件如活塞环等在实际使用过程中除了上下运动外,还涉及到旋转运动。因而除了要考虑材料的静摩擦外还必须了解其滑动摩擦系数。虽然镀铬层具有良好的耐磨性,但是若摩擦付的金属材料选择不当,就会使镀层耐磨性明显下降。镀硬铬有时会出现上述情况而被认为是质量原因,这必须引起我们的关注。实验证明,镀铬层与钢和铸铁间的摩擦系数会随着工作温度的升高而升高。不同工艺的硬铬镀层摩擦系数的变动也有差异。在传统工艺、混合催化剂工艺和HEEF-25工艺中,HEEF-25工艺所获得的镀层对温度变化所引起的摩擦系数的变化要小。

2.2铬的电化学特性

铬的标准电极电位E0=-0.56V,比铁的标准电位略负。按其标准电位所列的位置而言是较活泼的金属。从热力学角度考虑,其腐蚀化学性能应和铁相似。但实际上铬显示了非活泼金属一样的性能,具有良好的耐腐蚀性能。主要原因在于:其一,铬在很轻微的氧化作用下,会在表面生成铬的氧化物而使表面钝化。其二,由铬很差的浸润性决定的。即铬不亲和含水的介质,因而这些介质很难甚至无法对其进行浸蚀,改善了耐腐蚀性。然而这种改善是有条件的,即镀铬层必须保持连续性。若因工艺本身或控制的原因而导致生成深达基体的粗大裂纹,则会加速腐蚀发生。基于第二种情况,电镀工作者曾试图开发无裂纹镀铬来提高工件的耐腐蚀性,并且一度被应用在工业化生产中。但是若干年后人们发现使用此工艺后工件仍然会发生腐蚀现象。究其原因是在于镀铬层具有很高的拉应力。在电镀后的机械加工(如抛光、研磨)及使用过程中,由于应力释放而使镀层破裂并且深达基体,使无裂纹状态在实际使用过程中很快就不复存在。与此相反,微裂纹镀铬具有很大的实际意义。现代微裂纹工艺(如HEEF-25工艺)由于使用了特殊的催化剂,在电镀过程中镀铬层的拉应力也逐渐增加。当拉应力超过铬镀层的抗拉强度后,造成镀铬层开裂而形成第一批裂纹,同时应力被释放。随着厚度增加,已建立的一批裂纹合拢并形成另一批裂纹并伴随另--次的应力释放。裂纹的密度是随每次相继建立的裂纹而增加。微裂纹工艺比普通工艺及混合催化剂工艺具有更低的内应力。在镀后机械加工及使用过程中不易形成深达基体的粗大裂纹。同时,通过控制合适的裂纹密度和裂纹宽度,可使微裂纹。镀铬层表面上的阴极/阳极面积的比例保持恰当,使得工件在腐蚀作用下具有更好的耐腐蚀性。通常保持微裂纹密度在300~400条/cm,即可达到优良的耐腐蚀性。虽然1000条/em的裂纹密度亦可达到,但对耐腐蚀性能的进一.步提高并没有实质的意义。

3.硬铬在发动机工业中的应用

 






 

3.3工艺特点

(1)采用现代快速电镀硬铬工艺,沉积速度快;

(2)合理的工艺设计使得硬铬镀层与基体金属的结合力好;

(3)通过控制操作条件,可以得到类似于松孔镀铬的结构,并且能很好控制该结构。

(4)由于采用HEEF-25工艺,镀层性能优良,在发动机高温使用下仍有优良的耐磨性。

4.发动机部件电镀硬铬的质量控制

镀层优良性能的获得主要涉及到基体材料的选择、制件铸造工艺、机械加工工艺、热处理工艺、电镀挂具的设计制造、镀前处理、硬铬工艺,甚至电镀生产线的合理设计等诸多因素。对于钢质薄壁缸套零件,除了控制好整个工艺流程中的每一步骤外,还须注意镀前机械加工中的残存应力以及镀后珩磨的工装设计及参数选择。对于铝合金汽缸,首先要确保材料成份。其次要关注铸造工艺,以确保各不同相态和成份在零件各处的分布均匀。在设计零件形状时应充分考虑到电镀硬铬的特点,尽量减少或避免尖端放电效应。根据上述要素及供应商提供的工艺规程,编制必要的工艺文件,并严格执行和管理,是获得高品质电镀硬铬零件的保证。

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