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1、铝合金镀硬铬工艺 刘兴斌马双民 中国航天科技集团公司七一 。三厂 主题词铝合金浸锌镶预镀铜镀硬铬 摘要介绍了铝合金表面镀硬铬的工艺方法 , 试验表明完全满足了零件耐磨 、 耐蚀的要求 , 该方法 已成功应用于发动机新产品的加工 , 同时在其它铝合金零件方面 也具有良好的经济效益和应用前景 。 月日台 随着现代工业 的发展 , 铝及其合金越来越受到人们的重视 , 因其具有重量轻 、 机 械强度高 、 导 电导热性好 、 易于加工 、 腐蚀产物无毒等优良特性 , 而在各行各业得到 广泛应用 。 在航天工业 中 , 因航天器减轻自重等特殊要求 , 越来越多的采用比重较小 的铝合金制件 。 而其硬度低
2、 、 不耐磨等缺点影响铝及其合金的应用范围和使用 寿命 。 经过电镀处理 , 可提高其表面硬度与耐磨性 , 降低摩擦系数 , 提高耐蚀性等 。 铝 上镀铬比其它金属要难得多 , 主要是结合强度难以保证 , 易发生起皮和脱落 。 选择镀 前处理方法和电镀液就显得非常重要 。 研究表明铝件 电镀 、 等金属后 , 应用 于导电 、 焊接 、 减磨 、 装饰等用途的较多 , 而其电镀层结合强度非常有限 。 用于工程耐磨的铝上镀硬铬层几 乎没有 , 因其对铬层与铝基体结合强度更高 , 比其它镀层更不容易保证 。 某零件二级泵 叶轮材料与轴连接在一起 , 工作时高速旋转 , 转速高达 。 其轮毅分别与前
3、后浮动环组成摩擦副 , 前后浮动环均为耐磨的铝青铜锻体 一一 , 硬度 二 一,这就对轮毅面提 出了高的耐磨要求 。 设计要求对轮 毅局部镀硬铬 一 。 在大量试验的基础上 , 针对和选择了一种比较成功的前处理工艺方法 和规范 , 保证了镀层与铝基体的结合强度 。 工艺与试验方法 试件 见表 。 工艺流程 见表 。 局部保护材料试验 选用合适的抗氧化 、 耐腐蚀的有机绝缘材料对非镀覆部位进行保护 , 以满足局部镀 硬铬 。 铝件浸锌试验 常见的浸锌溶液配方及工艺 , 见表 。 预镀铜工艺 铝件浸锌后 电镀 , 因电镀液透过锌层 腐蚀铝基的现象都会导致劣质镀层 。 所以 必须选用碱性较低的氰化镀
4、 。 资料推荐配 方和 工艺参数是 总 人 几 江二 温度 一 电流密度 刀 镀 , 厄 镀 。 镀铬溶液 采用常规镀铬溶液 心 一 镀层性能及结合强度试验 包括厚度测量 , 硬度测试 , 镀层结构 形貌及成分检查 , 热震试验 , 锉刀试验 等 。 表 材材料料规格格数量量 中 件件 中 件件 表 前前处理方法法过程程 方方法吹砂一清洗一镀铬铬 方方法浸锌一预镀铜一镀铬铬 方方法浸锌一镀铬铬 方方法浸重金属或浸蚀一镀铬铬 表浸锌溶液配方 配配方方 一 乙乙 氏 诬琴一 污 刀切 切切切切切 一 酒酒石酸钾钠钠 一 稳稳定剂 创 温温度 一卫 代夕 夕 巧一引 一 一 时时间秒刃一印印刃一 一
5、印 印 州印印一 试验结果 前处理方法的选择 见表 。 表镀铬结果 镀镀覆方法法试片号及材料料热震结果果 方方法 、 均发生爆皮皮 方方法 、 号鼓泡 , 其余良好好 方方法 、 、 件鼓泡 , 其余良好好 其中方法性能比较稳定 , 操作方便 , 随着浸锌工艺的改进和完善 , 成为一种适用 范围较广 , 结合强度良好 , 更能适应硬铬高结合力要求的铝件电镀前处理方法 。 局部保护材料的选择 经试验 , 选用 一 室温固化可剥胶局部保护铝试件 ,在 一 镀铬液中 ,镀铬 小时后 , 取出检查 , 一 室温固化可剥胶与基体结合良好 ,保护有效, 胶层延伸率下降 , 但仍有弹性和可剥性 浸锌配方的确
6、定 试验结果见表 、 表 、 表 。 表浸锌情况 配配方方溶液溶液溶液溶液溶液 一一次浸锌秒膜重留 外外观观泛米黄灰色色黑灰色色灰色色紫灰色色银灰色色 均均匀性性均匀匀均匀匀均匀匀最均匀匀最均匀匀 二二次浸锌秒膜重 酬 , 外外观观米黄灰灰灰色色深灰色色浅灰色色银灰色色 均均匀性性较均匀匀较均匀匀均匀匀最均匀匀最均匀匀 二二次浸锌秒膜重 , , 表浸锌情况 , 配配方方溶液溶液溶液溶液溶液 一一次浸锌秒膜重 酬 , 外外观观米泛黄灰色色黑灰色色灰色色紫灰色色银灰色色 均均匀性性均匀匀均匀匀均匀匀最均匀匀最均匀匀 二二次浸锌秒膜重留 外外观观米黄灰灰灰色色深灰色色浅灰色色银灰色色 均均匀性性较均
7、匀匀较均匀匀均匀匀最均匀匀最均匀匀 二二次浸锌秒膜重 酬澎 表不同浸锌溶液预镀铜后镀铬试验结果 试试件数量量第一次次第二次次镀铜效果果镀铬效果果 浸浸浸锌溶液液浸锌溶液液液液液液液液液液液液液液液液液液液液液液液液液液液液液液液液 温温温温温度 均匀性性外观观均匀性性 高浓度浸浸低浓度浸浸细致连续续铬层光亮细致但但同槽及单件各处厚度度 锌锌锌溶液液锌溶液液液液有一件鼓泡泡相近 , 铬层细致光亮亮 高浓度浸锌锌浸锌铜铜细致连续续铬层光亮细致致同槽厚度差别较大单单 溶溶溶液液溶液液液液液件各处厚度相近 , 铬铬 层层层层层层层层细致光亮亮 浸锌镍镍浸锌镍镍三件镀铜很细致连续续铬层很光亮细致致同槽及
8、单件各处厚度度 溶溶溶液液溶液液相近 , 铬层细致光亮亮 两件未镀铬层 光亮细致致致 但但但但但但但有一件鼓泡泡泡 试验表明 , 二次浸锌处理比一次处理得到的锌层更细致均匀 , 一般在室温条件下 , 通 过控制二次浸锌的时间 ,使浸锌 层膜重量控制在一留砂为佳 。 其中溶液浓度太 高 , 不易清洗溶液浸锌层均匀性不佳溶液稳定性较差溶液主要用于含铜较 高的铝合金溶液可得到含镍量的一合金层 , 膜层均匀 , 与基体结合力好 。 因此确定选用溶液 。 预镀铜溶液的确定 根据现有生产条件及环保要求的制约 , 采用了结合多种镀覆需要而开发的多功能镀 铜溶液 , 通过变化工艺参数来达到铝件预镀铜的目的 。
9、 试验结果见表 。 表预镀铜工艺参数试验结果 项项目目内容容 工工工温度 艺艺艺电流密度度砰镀镀时镀镀铃 仗 川镀镀 条条条时间间后后后后后后后后后后后后后后后件件件周期换向向川耐镀镀镀镀后镀镀 时镀镀镀 气 预预预镀铜后表观质量量无光泽暗红色色有光泽暗红色色光泽较好 , 浅红色色 、, 写 孟, 户 日匕 乙, 闷多翔 有光泽暗红色色 镀镀 效效效效效效效 夕寸千笋仃喃 巴 果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果果 预预预镀后镀铬质量量铬层质量较好好铬层质量较好好铬层质量较好好铬层质量一般般铬层较差差 镀铬 铝件在预镀
10、铜后 , 并带电入镀铬槽 , 先用一电流冲击 。 然后降到正常 电流密度电镀 。 镀层性能的检测结果 结合强度 一 挫刀试验和热震试验 对按照选定工艺镀覆的试件进行检测后 ,无爆皮和 剥离等现象 , 结合力完全达到标准要 求 。 镀层 、 膜层结构形貌及成分 浸锌试样分析结果 结果扫描电镜观察未见膜层厚度 , 能谱分析表面成分 , 浸锌镍试样膜层含镍约 。 镀层结构形貌及性能 试样按确定工艺镀铬分钟 , 经理化检测 , 镀层厚度均匀 , 平均厚度 , 硬度为一 , 铬层下有的铜层 , 铜层与基体 、 铬层与铜层均结合良 好 。 结果分析 采用本试验所确定的工艺方法加工零件后 , 试验件加工过程
11、 中 , 发现轮毅表面镀铬 层厚度沿周向很均匀 , 但轴 向极不均匀 , 并且尖角和棱角上有明显毛刺 。 这主要是由于 零件结构及电流分布不均匀所致 , 所以必须采取在叶轮端头 们。 处增加了阴极保护圈 和增大轮毅两端倒角 , 以有效改善镀层厚度的分布和减少毛刺 。 镀铬后进行热处理可减少镀层应力 , 改善结合强度 。 试验结果表明 热处理 小时 , 对基材机械性能硬度有明显影响 。 在 士热处理一 小时 , 基材 机械性能无任何变化 。 在选定工艺方法后 , 又与工艺咨询时 , 外方专家介绍的铝合金镀硬铬方法进行了比 较 , 比较时选用了和材料 , 结果显示 , 针对这两种材料而言 , 本工
12、艺镀覆的 铬层结合力明显优于对方 。 同时发现 , 对于不同的铝合金须采用不同的除灰 、 浸锌镍工 艺 , 才可保证结合力 。 经过试验 , 确定了铝合金表面镀硬铬层的工艺方法 、 工艺流程及工艺规范 工艺流程为除油一碱腐蚀一除灰一第次浸锌一浸酸一第次浸锌一预镀铜一镀 铬 。 也确定了最佳的浸锌溶液配方及工艺参数和预镀铜溶液与工艺 。 结论 铝件镀铬前采用浸锌镍处理优于浸锌处理 , 二次浸锌镍效果更好 , 膜层均匀细致 , 结合力 良好 。 预镀铜时零件应带电入槽 , 并应严格控制溶液中 、 游离含量 。 镀铬时零件应带电入槽 , 先大电流冲击 , 然后恢复正常电流电镀 。 通过本项目的研究 , 我们掌握了铝合金电镀新工艺技术 , 不仅满足了产品的需要 , 而且已成功应用于其它铝材民品零件的镀银 、 镍等加工 。 既提高了工艺 , 又创造了效益 , 因此铝镀前处理及 电镀工艺 , 具有良好的效益和推广应用前景 。 参考文献 高云震等编译铝合金表面处理冶金工业出版社 , , 黄昌明 , 王琼芳 , 铝合金基体化学镀镍工艺研究 , 电镀与精饰 , 曾华梁等电镀工艺手册机械工业出版社 , 美弗利德里克主编现代电镀机械工业出版社 ,
