松孔镀铬技术

2013-03-24奚兵

电镀与环保 2013年1期

关键词：镀液镀铬点状

奚兵

（常州市荆川里小区12丙201，江苏常州 213015）

松孔镀铬技术

奚兵

（常州市荆川里小区12丙201，江苏常州 213015）

0 前言

松孔镀铬通常用于柴油内燃机的汽缸套和活塞环。工件镀铬后进行阳极处理（反向刻蚀）以扩大镀层裂纹，造成许多小孔。其目的是留住支承表面的润滑油，以减小摩擦因数，提高耐磨性，延长使用寿命。在不同的工艺条件下，可形成点状松孔或沟状松孔的镀铬层。现就松孔镀铬的条件、工艺以及控制因素等进行叙述。

1 松孔镀铬的条件

1.1 铬层裂纹

铬层应力会引起裂纹，这是松孔镀铬的基本条件，也是重要因素。镀较厚铬层一般具有较大的应力，所以它通常具有细发状裂纹（即微裂纹）。裂纹图形、数量、尺寸和深度各不相同，镀层往往会有表面网状裂纹，其间为铬层区。

铬几乎从开始沉积时就产生应力，当镀铬层厚度增加时，应力随之增加，直到镀铬层产生裂纹时应力才开始缓解。在继续电镀时，这些微裂纹被封闭，应力重新产生，直到新的裂纹形成为止。在电镀操作中，应力的产生和接着裂开是循环进行的。结果就是镀层表面上有裂纹，表面下的不同层次有被封闭的裂纹。表面和被封闭的裂纹，在形成和控制松孔镀铬方面都具有一定的作用。

所以松孔镀铬是由不连续的镀层表面组成的。这种不连续的表面，就是由铬沉积时所产生的应力形成的。镀层表面的不连续性或点状松孔并不穿透镀层而达到基体。

1.2 工艺条件

松孔镀铬的工艺条件与镀硬铬的相似，不需要特殊的电解液、镀槽、整流器或其他的电镀设备。一般工艺条件为：铬酐200～250g/L，硫酸2.0～2.5 g/L，45～50A/dm2，50～55℃，3～9h。在此工艺条件下，获得的镀层厚度大于100μm。

2 松孔类型及形成方法

松孔镀铬层有两种类型：点状松孔型（也称针孔型）和沟状松孔型（也称沟槽性）。铬层松孔可用电化学方法或机械方法产生。

在电化学方法中，镀铬层用阳极处理以形成点状松孔或使事先处理好的裂纹扩大成沟状松孔。沟纹是在有控制的电镀情况下产生的，使之生成的裂纹有一定的深度和宽度，且在裂纹之间有规定的铬层区尺寸。

机械方法则用喷砂（如氧化铝干喷）的方法，使基体金属表面产生粗糙呈点孔（凹坑），以便在镀铬中重现松孔。如果要镀较厚的铬层，可将机械干喷和电化学刻蚀结合使用，即：在粗糙带点孔的基体上镀铬后，再将镀层反向刻蚀，进一步扩大点状松孔。因为随着镀铬层厚度的增加，干喷所得的网纹消失，需要反向刻蚀来获得适当的松孔度。这种机械方法对镀铬层的厚度要求较低。低输出功率的发动机所需润滑油较少，其气缸的点状松孔一般用机械方法产生。

3 松孔镀铬的主要控制因素

温度和镀液比值（ρCrO3∶ρSO2－4）是松孔镀铬中最重要的两个因素，所以必须小心协调，以控制松孔间的铬层区尺寸。点状松孔是在常规的镀液比值、温度和电流密度下形成的。如在镀液比值为（85～100）∶1，电流密度为45～50A/dm2，温度为50～55℃的条件下，可获得既光亮又硬的点状松孔铬层。沟状松孔是在较高的镀液比值下形成的。如在镀液比值为（120～130）∶1，电流密度为40～50 A/dm2，温度为60～65℃的条件下，可获得较暗且软的沟状松孔铬层。

因此，正确控制和协调温度和镀液比值，对松孔镀铬极为关键。即使是较小的镀液比值改变，也会直接影响到松孔镀铬中裂纹间铬层区的尺寸。一般来说，镀层裂纹随着镀液比值的提高而增加。在一定条件下，镀铬液中CrO3的质量浓度对铬层裂纹基本无影响，因为其质量浓度范围很宽，可在150～400g/L之间变动。

由于松孔镀铬的时间较长，且温度必须控制在非常窄的范围内，所以最好使用全自动温度控制装置。该装置的允许温度变化不超过±1℃（最好不超过±0.5℃）。采用空气搅拌可帮助控制镀液的温度，但不要搅拌得太剧烈，空气喷口不要放在镀件下面。应使用低压空气，而不是高压空气，避免油的污染。

4 刻蚀处理

阳极刻蚀处理可以扩大铬层松孔（裂纹），它是松孔镀铬的一个重要因素，仅次于镀液比值。一般可采用以下方法进行刻蚀。

（1）把镀好的工件置于不含硫酸的铬酸（质量浓度为200g/L）中，在50℃下以20～30A/dm2的电流密度进行反向刻蚀。

（2）采用碳酸钠或氢氧化钠（质量浓度为50～80g/L），在室温下以20～30A/dm2的电流密度进行电解刻蚀。

由于反向刻蚀会使镀铬层表面溶解而变得粗糙，所以必须小心控制时间。镀铬层在经受阳极侵蚀时，其裂纹处比铬层区溶解得快，一般刻蚀去掉镀层的速率约为3μm/min。对于沟状松孔镀铬层刻蚀量的控制也很重要。其刻蚀量必须足以使沟状松孔网纹具有足够的深度和宽度。但是刻蚀不要过度，避免裂纹铬层区的表面过腐蚀。

5 精磨

5.1 精磨方法

（1）珩磨

珩磨通常用于型腔（如气缸筒），它易于控制，能使工件保持既直又圆。可使用包含在酚醛热固性黏合剂中的氧化铝或碳化硅。如使用单一的磨料，粒度为400＃的用于沟状松孔；粒度为180～240＃的用于点状松孔。可先粗后细，最细的粒度为600＃。珩磨最好是在低压高速下轻微切削。

（2）研磨

研磨与珩磨相似。然而，珩磨头能追随工件表面形状，而研磨却不追随。所以在磨削中必须避免不均匀地切削松孔镀铬层。

（3）抛光

某些工件不能采用上述方法，可用抛光来取代。它是一种令人满意的方法，但必须使用特殊设计的抛光轮，必须具备夹具装置。

5.2 磨削深度

精加工的目的是去除刻蚀所产生的疏散的外表层。镀铬层磨削减薄，使得松孔度降低，例如：点状松孔变得更小、更少；而沟状松孔最终变得不连续，出现空洞和断面。为此，磨削量必须控制在成品尺寸所留有的余量范围内（一般为15～20μm）。

5.3 磨削速率

对于沟状松孔镀铬层而言，磨削往往会破坏沟纹（槽）与铬层区边缘。为此，必须注意在开始进刀（砂轮）时，只能轻微接触被磨削的铬层，既不能过快也不能太剧烈。否则，可能将铬层过度破坏，造成松孔太大或过分高低不平和断裂。这样就失去了去除表面疏散铬层的应有效果。可以通过选择适当的磨料或砂轮以及使用适当的磨削速率和压力来加以解决。