CN102418134A - 无氟铬基复合陶瓷材料镀层新工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无氟铬基复合陶瓷材料镀层新工艺，其成份为：铬酐150～350g/l，硫酸1.5～3.5g/l，FHD添加剂3～8ml/l，三价铬2g～10g/l；其制作方法为：在工件表面预沉积10～40分钟铬层，转换电极，将铬层的网纹加深加粗，将陶瓷粉末填入网纹缝隙内，再次转换电极，在工件表面电沉积铬，封闭网纹，固定陶瓷粉末，直至镀层厚度达到产品工艺要求，最终获得含1～6Wt％陶瓷粉末的具有极好储油性、润滑性和极佳耐磨损、耐腐蚀、抗氧化及抗热震等性能的铬基复合陶瓷镀层，本发明可广泛应用于汽车、国防、航空、航天、汽车、船舶、工程机械、钢铁等行业。
Description
技术领域：
本发明涉及一种无氟铬基复合陶瓷材料镀层新工艺，可广泛应用于汽车、国防、航空、航天、汽车、船舶、工程机械、钢铁等行业的辊、轴、活塞环、活塞杆、油缸、汽缸、齿轮、摇臂、减振杆等生产领域。
技术背景：
随着工业的高度发展，现代工业产品逐步向高强化、高功率、长寿命的方向发展，对产品的内在性能要求越来越高；目前，辊、轴类等耐磨要求高的产品普遍采用传统的电沉积铬的方式进行加工，即使通过松孔沉铬、快速沉铬等方式均难以满足高耐磨、低磨损、超负荷的要求。
发明内容：
本发明的目的是为了解决产品经传统电沉积铬后，其耐磨性、润滑性及强度不够的缺点，提供一种电沉积铬基复合陶瓷材料镀层新工艺；使用本工艺加工出来的产品具有极好的储油性、润滑性和极佳的耐磨损、耐腐蚀、抗氧化及抗热震等性能，不但能提高产品本身的使用寿命和使用强度，而且在高温、高负荷的条件下，由于其润滑性能极佳，还可以大大降低与该产品相互摩擦的材料的磨损。
本发明的技术方案是通过周期换向的电沉积方式、采用三电极循环给电(即不溶性阳极、中间阴极和工件三个电极)，结合特殊的工艺及铬沉积过程中产生微裂纹的特点，将纳米陶瓷粉末嵌入并固化在铬层的微裂纹内，形成高润滑、高耐磨的铬基复合陶瓷镀层；铬基复合陶瓷镀层生产过程中，先将工件作为阴极，在其表面电沉积一层高密度的网纹铬，然后将工件转化成阳极，促使铬层表面活性极强的网纹发生溶解后被加宽、加深；由于加宽、加深后的微裂纹内自由能极低，纳米陶瓷粉末极容易嵌入到网纹内；接着再将工件转化成阴极，铬在工件表面再次电沉积时将陶瓷粉末填埋在铬层中；当陶瓷微粒填满铬层微裂纹后，再次沉积新的铬层；如此反复至工艺要求厚度；所形成的复合层中，陶瓷粉末的含量达到1～6％。
本发明与现有电沉积铬层相比，铬基复合陶瓷镀层具有多层复合层的特点，每一层分布有纵横交叉的网纹，陶瓷粉末分布在网纹中，每层厚度约5～15μm；每层网纹交错处相互贯通，使整个复合陶瓷层形成一个复杂的网络，起到了极好的储油作用，提高了产品的润滑性；另外，陶瓷粉末嵌入在每层单一复合层中，由于其硬度高、摩擦系数低、耐磨性好，其在整个多层复合层中形成了一个强有力的支架，起到了很好的支撑作用；传统电沉积铬层中，虽然也可以通过松孔的方式加深和加宽网纹，但松孔后的铬层整体强度、弹性和韧性均降低，且网纹主要分布在铬层的外表面，因此其耐磨性能并不理想；本工艺沉积速度快，表面光滑细致，且工艺中不含氟化物，对设备、工装以及工件的低电流区没有腐蚀，大大提高了设备和工装的使用寿命。
附图说明：
图1本发明电沉积给电原理图
图2铬基复合陶瓷镀层显微结构图
在图中，1、直流电源；2、电沉积槽；3、不溶性阳极；4、工件；5、中间阴极；6、网纹深度；7、网纹宽度；8、陶瓷粉末；9、单层陶瓷厚度
具体实施方法：
以下结合实例对本发明进行详细说明
实施例1：
以生产Φ200油缸为例说明生产的主要过程：
1、在铬基复合陶瓷电沉积槽2中配制3000L镀液，其中铬酐180g/l，硫酸1.8g/l，FHD添加剂3ml/l，三价铬2g/l，其余为纯水；加热镀液至55℃；
2、将油缸上好挂具并进行必要的前处理后吊入槽2中，连接好导电机构好，开启直流电源1，适当刻蚀、冲击后，再在油缸内圆表面沉积15分钟铬层，此过程的电流密度为50A/dm2；
3、转换电极，将工件4切换为阳极、中间阴极5导通、不溶性阳极3断开；此时，工件4表面铬层的网纹被加深、加粗至所需的网纹深度6和网纹宽度7，此过程电流密度为40A/dm2；
4、在强烈搅拌的情况下，将适量的氧化铝陶瓷粉末加入到上述镀液并使陶瓷粉末均匀悬浮在镀液中，氧化铝陶瓷粉末8将自动填入网纹缝隙内；
5、再次转换电极，将工件4切换为阴极、中间阴极5断开、不溶性阳极3导通，此时，铬在工件4表面沉积，已嵌入陶瓷粉末的网纹被封闭，陶瓷粉末8被固定，，形成单层陶瓷镀层9，此过程的电流密度为60A/dm2；
6、多次重复上面3～5步骤，直至镀层厚度达到0.15mm，最终获得网纹数100条、2.8Wt％的铬基复合陶瓷镀层，且陶瓷粉末8均匀分布在铬层网纹中。
实施例2：
以生产大功率165活塞环为例说明生产的主要过程：
1、在铬基复合陶瓷电沉积槽2中配制2000L镀液，其中铬酐250g/l，硫酸2.5g/l，FHD添加剂5ml/l，三价铬3g/l，其余为纯水；加热镀液至60℃；
2、将活塞环组装成筒后，上好挂具并喷砂、活化后吊入槽2中，连接好导电机构好，开启直流电源1，在活塞环筒外圆表面沉积30分钟铬层，此过程电流密度为60A/dm2；
3、转换电极，将工件4切换为阳极、中间阴极5导通、不溶性阳极3断开，此时，工件4表面铬层的网纹加深、加粗至所需的网纹深度6和网纹宽度7，此过程电流密度为60A/dm2；
4、在强烈搅拌的情况下，将适量的氧化铝陶瓷粉末加入到上述镀液并使陶瓷粉末均匀悬浮在镀液中，氧化铝陶瓷粉末8将自动填入网纹缝隙内；
5、再次转换电极，将工件4切换为阴极、中间阴极5断开、不溶性阳极3导通，此时，铬在工件4表面沉积，已嵌入陶瓷粉末的网纹被封闭，陶瓷粉末8被固定，形成单层陶瓷镀层9，此过程电流密度为80A/dm2
6、多次重复上面3～5步骤，直至镀层厚度达到0.20mm，最终获得网纹数150条、3.6Wt％的铬基复合陶瓷镀层，且陶瓷粉末8均匀分布在铬层网纹中。
Claims (6)
1.一种无氟铬基复合陶瓷材料镀层新工艺，其特征是包括六个步骤：步骤一、在专用铬基复合陶瓷电沉积槽(2)中配制下列成份：铬酐150～350g/l，硫酸1.5～3.5g/l，FHD添加剂3～8ml/l，三价铬2g～10g/l，其余为纯水，加热保温处理；步骤二、将工件(4)上好挂具并进行必要的前处理后吊入槽中，连接好导电机构好，开启直流电源(1)，在工件表面沉积一层铬层；步骤三、转换电极，将工件(4)切换为阳极、中间阴极(5)导通、不溶性阳极(3)断开；此时，工件铬层的网纹加深加粗至所需的网纹深度(6)和网纹宽度(7)；步骤四、在强烈搅拌的情况下，将陶瓷粉末加入到上述镀液并使陶瓷粉末均匀悬浮在镀液中，陶瓷粉末(8)将自动填入网纹缝隙内；步骤五、再次转换电极，将工件(4)切换为阴极、中间阴极(5)断开、不溶性阳极(3)导通；此时，铬在工件表面电沉积，已嵌入陶瓷粉末的网纹被封闭，陶瓷粉末(8)被固定，形成单层陶瓷镀层(9)；步骤六、多次重复上面五个步骤，直至镀层厚度达到0.05～0.30mm，最终获得网纹数50～200条、1～6Wt％的铬基复合陶瓷镀层，且陶瓷粉末(8)均匀分布在铬层网纹中。
2.根据权力要求1所述的无氟铬基复合陶瓷材料镀层新工艺，其特征是步骤一所述的配制中不包含对设备和工装有强烈腐蚀的氟化物，配制好后，加热并保持工艺温度为55～62℃。
3.根据权力要求1所述的无氟铬基复合陶瓷材料镀层新工艺，其特征是步骤二中，工艺电流密度为40～70A/dm2，时间10～40分钟。
4.根据权力要求1所述的无氟铬基复合陶瓷材料镀层新工艺，其特征是步骤三中，工件(4)由阴极转换成阳极，工艺电流密度40～60A/dm2，时间为10～100秒。
5.根据权力要求1所述的无氟铬基复合陶瓷材料镀层新工艺，其特征是步骤四中，镀液中加入0.5～5μm的氧化铝陶瓷粉末，并保证其均匀悬浮在镀液中。
6.根据权力要求1所述的无氟铬基复合陶瓷材料镀层新工艺，其特征是步骤五中，工件(4)由阳极转换成阴极，工艺电流密度30～100A/dm2，时间为10～60分钟。
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