摘要:阐述了锰钢零件在镀铬过程发生鼓泡、脱皮的原因,结合多年来的电镀生产实践经验,提出了相应的解决措施,制订了适合锰钢材料在标准镀铬液及加有快速镀铬添加剂状态下的工艺规范。该工艺操作简便,生产效率较高。
关键词:电镀铬;锰钢;结合力
中图分类号:TQ153.11 文献标识码:B
引 言
目前,锰钢零件在印刷、化工、煤炭机械、纺织机械等行业中的应用越来越广泛,但长期以来其镀铬结合力的问题却没有得到很好的解决。直到现在,对该材质镀铬结合力的相关研究仍然比较少,多年来笔者通过在生产实践中的研究和探索,逐渐发现造成上述现象的主要原因在于,电镀时锰钢基体金属和金属镀层之间常因存在非金属的夹层,而不能形成连续的结晶结构,极易造成镀层起泡或脱落等结合不良的缺陷,产品加工返修率很高。因此,必须彻底清除氧化皮、锈及氧化物等变质层,使零件表面保持很高的清洁度。由此制订了相应的工艺操作规程,为该类材质零件镀铬提供了比较可行的实践依据。
1 结合力不良产生的原因
1.1 一般原因
镀铬件无底层时铬镀层出现脱落(炸开鼓泡、片状裂起等)现象,其原因主要有以下几点:
1)镀前表面油锈未去净;
2)镀前零件未预热或预热时间短;
3)未阳极活化处理;
4)阴极活化处理JK过大或活化时间短;
5)镀铬过程中断电后未活化处理。
1.2 材质的影响
锰钢辊一般采用16MnR、45Mn、65Mn、27SiMn等材料,一方面其金属内部均存在合金元素偏析与夹杂化合物的微观裂纹,经回火和淬火,产生热应力和组织应力形成了应力集中区,使局部应力增大,引起镀层局部炸开鼓泡;另一方面采用碱性溶液阳极去油时,工件表面会形成氧化膜[1]。
对于一般钢铁零件,表面所形成氧化膜需要用稀酸浸蚀活化即可除去,但由锰的电位图可知,在酸性溶液中Mn3+易发生歧化反应[2]:
2Mn3++2H2O=Mn2++MnO2↓+4H+
Mn2+较稳定,不易被氧化,也不易被还原。MnO2有强氧化性。因此经电解去油、酸洗后,工件表面仍有氧化膜存在,在电镀过程中,破坏了基体金属与被镀金属间的晶格结构,使晶体外延生长不能够正常进行,产生局部或大面积脱皮现象。
2 解决结合力不良的措施
2.1 前处理工序控制
2.1.1抛光工序的控制毛坯检验→120#砂弹性轮磨光(3～4遍)→180#砂弹性轮磨光(3～4遍)→检验(粗糙度不大于Ra0.8)。
2.1.2喷砂工序的控制
对工件表面需要提供消光(亚光或梨面)耐磨性镀铬层技术要求的,经抛光处理后,一般采用80#或120#金刚砂对其表面进行喷砂处理,以提高金属基体与镀铬层的结合力。
2.1.3镀前处理过程的控制
1)经抛光处理后,锰钢零件转至电镀,上好工装后,用240#砂布将辊身打磨一遍,将表面金属活性剂配制一定浓度,手工进行清洗,用流动冷水清洗干净,各道工序连续进行。
2)对喷砂处理过的工件,流动冷水清洗后(局部油污用表面金属活性剂擦洗),可直接进行电镀。
2.2 电沉积过程的控制
由于锰钢工件表面阳极活化(倒极)时,会产生类似氧化膜,增大内应力,导致脱皮等现象发生,因此必须改变常规钢铁零件镀铬操作工艺,由阳极活化改为阴极活化。
2.2.1 锰钢件镀铬工艺
锰钢件镀铬工艺配方如表1所示。
2.2.2 标准镀铬液电镀
在标准镀铬液电镀过程中,工件入槽时,温度一般控制在60～65℃,采用小电流阴极活化处理,JK=3～5A/dm2,处理时间t=3～5min,然后逐渐增大到正常电流密度。对硬铬镀层厚度要求小于0.05mm的工件,20min后开始降温至45～55℃,对硬铬镀层厚度要求大于0.05mm的工件,采用乳白铬打底,抛光后进行二次镀铬。二次镀铬工艺流程如下:
工件一次镀铬后抛光→上工装→表面金属活性剂擦洗→流动冷水→入铬槽预热(温度60～65℃,15～20min)→阳极活化(20A/dm2,40～50s)→正镀(20～25A/dm2,30s)→反向倒极(20A/dm2,50～60s)→正镀(8～10min内电流升至正常)。
2.2.3含有添加剂镀铬液电镀
在含有添加剂的镀铬液电镀过程中,工件入槽温度一般控制在60～65℃,采用小电流阴极活化处理,JK=0.5～1A/dm2,处理时间t=5～8min,然后逐渐增大到正常电流密度。对硬铬镀层厚度要求小于0.05mm的工件,正常镀10min后开始降温至55～65℃,对硬铬镀层厚度要求大于0.05mm的工件,加工工艺流程同标准镀铬液。
2.2.4表面喷砂件镀铬
对表面进行喷砂的零部件,工艺流程同上述一次镀铬工艺。镀层厚度不大于0.15mm,以保证其具有较好的外观质量和优良的耐蚀、耐磨性能。该镀层镀后表面不再进行抛光。
2.3 附加说明
1)在工艺规范允许的范围内,适当提高工件入槽温度,降低浓差极化和电化学极化,提高电流效率,减少渗氢量[3]。2)工件入槽后,一次铬尽快进行阴极小电流活化处理。
3 结束语
锰钢辊由于材质的特殊性,容易产生结合力不良现象,产品加工返修率较高。因此必须严格控制每道电镀工序,选择最佳工艺条件和工艺方法,用以保证镀层具有良好的耐蚀、耐磨等机械性能,并且可大大降低产品生产加工成本。
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