松孔鍍鉻工藝簡介

    松孔鍍鉻是耐磨鍍鉻的一種特殊形式，該項(xiàng)技術(shù)是在已鍍過鉻的零件表面，通過電化學(xué)陽極腐蝕原理，在電解液中進(jìn)行短時(shí)間的陽極處理，致使零件表面原有鉻層形成網(wǎng)狀溝紋或點(diǎn)狀孔隙。漲圈松孔鍍鉻既可以保存足夠的潤滑油，又可以使摩擦條件得到改善，達(dá)到減少金屬接觸面間摩擦和提高漲圈耐磨性目的。

    不銹鋼封嚴(yán)漲圈松孔鍍鉻很有難度

    航空產(chǎn)品封嚴(yán)漲圈，采用3Cr13不銹鋼材料，漲圈開口為斜角45°開口，該漲圈弧形外徑上鍍厚鉻并松孔，可以大大提高其耐磨性，不銹鋼封嚴(yán)漲圈松孔鍍鉻示意圖，見圖1。

    圖1  漲圈松孔鍍鉻情況說明圖

    不銹鋼材料因鉻含量較高，給鍍鉻帶來很大的難度，且鉻層和零件基體表面結(jié)合力差，鍍厚鉻（0.25mm～0.35mm）更難以滿足結(jié)合力要求。漲圈的弧形外徑松孔鍍厚鉻技術(shù)國內(nèi)仍處于空白，使得漲圈鍍后磨削和使用對鉻層結(jié)合力要求更高，只有工藝方法和工裝裝夾上創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)新突破才能滿足生產(chǎn)實(shí)際需求。

    斜角開口漲圈弧形外徑松孔鍍鉻技術(shù)工藝研究

    1    不銹鋼漲圈松孔鍍鉻前處理方式選擇

    不銹鋼漲圈采用3Cr13不銹鋼材料，含鉻量高，導(dǎo)致鍍鉻后鉻層與零件基體表面結(jié)合力差并且鉻層容易起皮。鍍鉻后結(jié)合力好壞主要由鍍前處理方式?jīng)Q定，本文分別采用腐蝕鍍鎳、氫氟酸活化和水吹砂3種前處理方式對3Cr13不銹鋼試件進(jìn)行鍍鉻實(shí)驗(yàn)，鍍鉻槽液參數(shù)如下：

    CrO3 ：200g/L～260g/L；

    H2SO4：1～5g/L：

    Cr3+：2～5g/L；

    溫度：50℃～70℃；

    電流密度：4～5A/dm2；

    時(shí)間：2h～3h；

    注：零件帶電下槽，階梯給電。

    實(shí)驗(yàn)從鉻層結(jié)合力、結(jié)晶狀況、操作方便性和過程穩(wěn)定性等幾個(gè)因素綜合平衡，實(shí)驗(yàn)中對各個(gè)考核項(xiàng)目加權(quán)賦值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

    表1 不銹鋼漲圈鍍鉻前處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    由表1可知，采用氫氟酸活化前處理方式雖然操作方便，但是實(shí)驗(yàn)過程穩(wěn)定性和鉻層結(jié)合力均低于其它兩種方式，綜合衡量所有因素，最終決定采用水吹砂帶電下槽的前處理方式，該方法在起始階梯電流給電的前提下，不僅可以獲得結(jié)合力牢固、細(xì)致均勻的鍍層，而且操作方便，性能穩(wěn)定，適合零件的大量生產(chǎn)。

    2    不銹鋼漲圈松孔鍍鉻工裝設(shè)計(jì)

    漲圈為弧形外徑鍍鉻，若采用單件裝夾，不僅保護(hù)困難，拆裝復(fù)雜，而且占用槽體有效面積大，生產(chǎn)效率低，因此決定把多個(gè)漲圈串連壓合進(jìn)行鍍鉻，這樣不僅保護(hù)方便，提高效率，而且壓合的漲圈互為保護(hù)陰極，可有效控制漲圈弧面鉻層生長速度，進(jìn)而得到均勻、結(jié)合力良好的鍍鉻層。

    根據(jù)漲圈閉合狀態(tài)時(shí)的內(nèi)徑尺寸φ，設(shè)計(jì)一個(gè)外徑為φ的堅(jiān)固芯軸，漲圈可在自由狀態(tài)下輕松套入。以漲圈鍍前閉合狀態(tài)的外徑尺寸為內(nèi)徑設(shè)計(jì)一個(gè)可以適度開合的壓緊套，其閉合的內(nèi)徑尺寸等于漲圈閉合狀態(tài)的外徑尺寸。旋緊緊固螺栓，套在芯軸上的多個(gè)漲圈開口會(huì)被壓緊套壓合。在多個(gè)漲圈被串連壓緊、開口閉合套在芯軸上的情況下，在芯軸兩端加上與漲圈閉合狀態(tài)內(nèi)、外徑尺寸相近（內(nèi)、外徑都有余量）的高度不等的墊圈，通過壓蓋和螺紋鎖緊裝置將多個(gè)漲圈端面方向壓緊，保證在壓緊套拆除的情況下漲圈開口保持閉合。為了提高生產(chǎn)效率，要求整套工裝安裝漲圈的數(shù)量在20～100之間自由裝夾。松孔工裝與鍍鉻工裝基本一致，只是壓緊套的內(nèi)徑尺寸采用漲圈鍍鉻磨削后的閉合狀態(tài)外徑尺寸。工裝草圖如圖2所示，

    圖2 不銹鋼漲圈松孔鍍鉻工裝設(shè)計(jì)圖

    鉻層生長中因電流尖端效應(yīng)特別敏感，致使鍍鉻分散能力差，所以漲圈鍍鉻時(shí)需將開口壓緊或填塞，減少電流尖端效應(yīng)的影響，保證電流二次分布均勻。漲圈有45°斜角開口，弧形外徑填塞時(shí)不能完全均勻密實(shí)，所以采用將漲圈開口壓緊閉合的方式進(jìn)行鍍鉻，為了避免斜角開口鍍鉻過程中呲氣，鍍鉻時(shí)需將漲圈開口沿螺旋線對齊鍍鉻。

    3    漲圈弧形外徑松孔鍍鉻工藝流程

    綜上所述，采用水吹砂鍍鉻前處理方式，按照上述工裝方式裝夾漲圈，在套有壓緊閉合漲圈的芯軸一端安裝特制的導(dǎo)電銅鉤，用聚乙烯塑料帶纏緊包覆多余的導(dǎo)電部位，對漲圈弧形外徑進(jìn)行鍍鉻，工藝流程如下：

    鍍前驗(yàn)收→有機(jī)溶劑除油→裝夾壓合→水吹砂→水洗清砂→鍍鉻→回收槽洗→流動(dòng)冷水洗→卸夾→流動(dòng)冷水洗→流動(dòng)熱水洗→吹干→除氫→檢驗(yàn)→機(jī)加磨削→松孔前驗(yàn)收→有機(jī)溶劑除油→裝夾壓合→維也納石灰除油→流動(dòng)冷水洗→松孔→回收槽洗→流動(dòng)冷水洗→流動(dòng)熱水洗→吹干→網(wǎng)紋檢驗(yàn)→最終檢驗(yàn)。

    圖3  松孔鍍鉻合格后的航空產(chǎn)品封嚴(yán)漲圈

    為了保證漲圈松孔合格率，在鍍鉻過程中電流密度取常規(guī)的下限，以便獲得細(xì)致均勻的鍍層。

    結(jié)果與討論

    常規(guī)的漲圈都是端面松孔鍍鉻，直接把漲圈單件放在顯微鏡下觀察松孔網(wǎng)紋，但航空產(chǎn)品封嚴(yán)漲圈是弧形外徑松孔鍍鉻，單件檢查時(shí)無法獲得穩(wěn)定、清晰的觀察效果，松孔后不卸夾，零件直接帶夾具整體通過顯微鏡檢測，通過調(diào)整芯軸兩端的高低可以調(diào)整觀察角度，再通過串動(dòng)和旋轉(zhuǎn)芯軸可以觀測各個(gè)漲圈的不同松孔鍍鉻面狀態(tài)。采用“工裝夾具和漲圈整體觀察法”，可以觀察到清晰的網(wǎng)紋，提高了檢測效率。

    a）漲圈鍍鉻松孔前

    b）漲圈鍍鉻松孔后

    圖4 不銹鋼漲圈鍍鉻松孔前后的金相照片

    由圖4-b可以看出，漲圈鍍鉻經(jīng)松孔后，鉻層表面形成清晰的網(wǎng)狀溝紋，溝紋可保存足夠的潤滑油，減少金屬接觸面間摩擦和提高漲圈耐磨性能。

    結(jié)論

    特種形狀漲圈松孔鍍鉻研制過程中，本文在工藝方法和工裝裝夾上實(shí)現(xiàn)了突破性的創(chuàng)新，得出了以下結(jié)論：

    （1）水吹砂前處理方法可以使基體表面微觀粗化、活化鍍面，可以得到結(jié)合力良好的鉻層；

    （2）多個(gè)漲圈串聯(lián)壓緊閉合的裝夾方式適合漲圈弧形外徑鍍鉻，斜角開口沿螺旋線對齊消除了多個(gè)漲圈串聯(lián)互相呲氣的影響，可以得到均勻的鉻層；

    （3）“工裝夾具和漲圈整體觀察法”克服了漲圈外徑網(wǎng)紋無法檢測的難題，并且提高了檢測效率。

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