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脉冲电镀无裂纹硬铬研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-20  浏览次数:870

王长亮,汤智慧,彭超,张晓云,陆峰

(北京航空材料研究院,北京100095)

摘要:在A-100高强钢基体上脉冲电镀硬铬,对各种工艺参数制备的铬层的微观形貌、镀层厚度及显微硬度进行了测试和分析。结果表明,各参数制备的铬层显微硬度均大于700HV,制备出无裂纹铬层的工艺参数为Jκ=50A/dm2、θ=75s、γ=0.8,最优参数下制备的铬层υ约为10μm/h,一个脉冲周期沉积无裂纹铬层的δ范围为0.23~0.27μm。

关键词:脉冲镀铬;裂纹;厚度

中图分类号:TQ153.11 文献标识码:A 文章编号:1001-3849(2010)09-0031-04

引言

在A-100高强度钢上采用电镀硬铬作为耐磨防护镀层,其耐磨性能够满足零件的使用要求,但是镀铬层存在的微裂纹往往使防护层的耐腐蚀性能变差,基体的腐蚀会造成镀层过早的剥落,因而失去防护作用。为此国内外相继开展了一些硬铬镀层改性方面的研究,以克服硬铬镀层耐蚀性差的问题。而脉冲电镀的发展指明了解决这一问题的一个方向。脉冲镀铬技术是通过减少镀层的裂纹数量来提高铬层对基体材料保护作用的。本文采用脉冲沉积方法在A-100高强钢上电镀铬,在保证铬层硬度的前提下,探索了获得无裂纹或少裂纹铬镀层的工艺路线。

1·实验方法

实验基体材料为A-100高强度钢。试样尺寸为50mm×30mm×5mm,加工后表面Ra为0.8μm。

电镀工艺流程为:除油→清洗→弱浸蚀→清洗→预热→阳极腐蚀→脉冲镀铬→除氢。脉冲设备是自行研制的间歇式脉冲直流电源。脉冲参数见表1。

 

 

 

电镀后的试样经过(190±10)℃除氢24h。镀层微观形貌采用Quanta600扫描电镜(SEM)进行观察。镀层厚度为五处测量值的平均值。显微硬度测试采用Struers公司的Duramin型低载荷维氏硬度计,在2.94N载荷下加载15s。镀层的氢脆性能使用300M钢制备的氢脆试棒按照HB5067标准规定进行。

 

 

 

2·结果及分析

2.1 镀层的表面形貌

图1、2是不同工艺参数条件下制备的镀铬层表面微观形貌照片,由图可知,由B工艺条件下制备的镀铬层与常规镀铬层表面相似,而由工艺A、B条件下制备的镀铬层表面呈颗粒状,颗粒d为(1~5)μm,宏观上前者与常规铬层一样为光亮铬层,后者为亚光的乳白色,这是由于表面粗糙增加了铬层对光线的漫反射概率,因此宏观镀层没有金属光泽。除氢后由工艺B参数制备的镀铬层表面的裂纹数量增多,由A工艺条件下制备的镀铬层表面仍呈颗粒状。

 

 

 

 

 

 

镀铬层截面裂纹数远远少由于工艺C~F制备的镀铬层。在工艺A、B条件下电镀1h制备的镀铬层在除氢前后镀层都没有出现裂纹,电镀2h的镀铬层除氢前镀铬层没有裂纹,除氢后出现了裂纹。观察由工艺C~F条件下制备的镀铬镀层的微观形貌大致相同,除氢前即存在裂纹,除氢后镀层裂纹数目增加或宽度增大,并且穿透镀层的裂纹增多。

表2列出了各种脉冲镀铬工艺参数条件下制备的镀层微观形貌观察结果。由工艺A条件下制备出的无裂纹的铬镀层随着电镀时间的增加,没有出现随镀层厚度增加而导致镀层出现裂纹的现象,但是在除氢后,较厚的镀层出现了裂纹,而较薄的镀层仍然致密完好。由工艺B电镀1h的条件下制备出了无裂纹铬层,但沉积2h后镀层出现裂纹,并且除氢后裂纹数量增多。

 

 

 

2.2 镀层厚度及显微硬度

由各种脉冲镀铬工艺参数条件下制备的铬层厚度及显微硬度见表3,显微硬度为镀层的截面硬度。由于每种工艺参数条件下电镀1h的镀层厚度较薄,在本试验载荷下不能进行镀层截面的显微硬度测试。

 

 

 

从表3看到,除工艺参数C外,其它各工艺参数条件下制备的镀层硬度值除氢后均有所降低,但都在700HV以上。根据不同电镀时间制备的镀层厚度计算出各工艺参数下的沉积速率。由工艺参数A、B条件下制备的的镀层生长速率约为(10~12)μm/h。根据镀层的生长速率及工艺参数,计算出不同工艺参数下每一脉冲周期镀铬层的沉积厚度。本实验中六种工艺参数每小时的周期次数分别为48、40、28、24、20、55,每周期沉积镀层的厚度分别为0.23、0.27、0.5、0.38、0.43、0.19μm,结合镀层显微形貌分析,可以发现周期沉积厚度在0.23~0.27μm时镀层的裂纹最少,而镀层周期沉积厚度小于0.19μm及大于0.38μm时沉积的镀层裂纹较多。

2.3 氢脆性能

由于在工艺参数条件下A制备出的镀铬层裂纹最少,为了检验此工艺参数条件下制备的镀层的氢脆性能,在300M钢氢脆试棒上电镀了25μm的铬层,在190±10℃除氢24h。在试棒缺口强度的75%载荷下进行200h的持久拉伸,检验结果见表4,最终3根试棒完好无损。

 

 

 

3·结论

1)在A-100钢基体上脉冲电镀硬铬,在电流密度50A/dm2,脉冲周期75s,占空比0.8条件下制备出了无裂纹的镀铬层,镀铬层的显微硬度为765HV,镀铬层厚度约12μm时除氢后不产生裂纹,镀铬层厚度约20μm时除氢后产生少量裂纹,镀层的沉积速率约为(10~12)μm/h;在此工艺参数条件下制备的镀铬层的氢脆性能满足HB5067标准要求。

2)一个脉冲周期镀铬层沉积厚度在0.23~0.27μm时制备的镀层裂纹最少。

参考文献

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