镀铬层“冒汗”问题工艺过程控制

肖永红，孙新，郭囡囡，翟敏

【摘要】通过对飞机液压系统活塞杆类零件电镀铬层表面涂敷封孔剂方法解决液压系统在工作过程中产生的“冒汗”问题进行应用研究，结果表明，按照规定程序在活塞杆零件镀铬层表面涂敷封孔剂后，能够有效封堵镀铬层堆积过程中形成的微裂纹，提高镀铬层抗腐蚀性能，彻底消除液压系统活塞杆类零件镀铬层在工作过程中出现的“冒汗”现象，提高此类零件镀铬一次交检合格率，缩短了零件生产周期。

关键词：镀铬层 冒汗 封孔剂

0研究背景

由于镀铬层具有较高的硬度，本身结构存在网状裂纹，而且在后期磨削经常会造成裂纹增加，可能形成相互贯穿的网状裂纹，会导液压系统的致密封腔内的压力缓慢释放，耐压试验时在光亮的电镀硬铬层外表面上会出现类似“汗滴”的小气泡的现象，俗称“冒汗”，造成耐压试验不合格。于是采用在镀铬层表面涂敷封孔剂的工艺方法来封堵镀铬层本身存在的微裂纹，增强其密封性和耐蚀性，解决长期困扰我公司的飞机活塞杆类镀铬件因“冒汗”导致气密试验不合格影响产品质量问题，提升产品质量同时保证零件交付进度。

1 封孔剂性能要求

1.1耐蚀性要求

采用3个名义尺寸为50×100×（0.8～4）mm、材料为30CrMnSiA或4130的钢试样，电镀铬40μm～80μm，并进行封孔处理后，按ASTM B117以6°的倾斜角度进行盐雾试验；盐雾试验336h后，不应出现红锈，全部合格则表示该批次封孔剂的耐蚀性合格。

1.2耐油性要求

采用3个名义尺寸为50×100×（0.8～4）mm、材料为30CrMnSiA或4130的钢试样，电镀铬40μm～80μm，并进行封孔处理后，试样在不低于60℃液压油中浸泡至少24h，表面不出现封孔剂溶解、鼓泡、脱落等，则表示该批次封孔剂的耐油性合格。

1.3耐温性要求

采用3个名义尺寸为50×100×（0.8～4）mm、材料为30CrMnSiA或4130的钢试样，电镀铬40μm～80μm，并进行封孔处理后，试样放入电加热烘箱中，在200℃±10℃温度下保持至少24h，取出后空冷至室温，试样表面不应溶解、鼓泡、起皱、龟裂、脱落等，则表示该批次封孔剂的耐温性合格。

1.4耐老化性要求

采用3个名义尺寸为50×100×（0.8～4）mm、材料为30CrMnSiA或4130的钢试样，电镀铬40μm～80μm，并进行封孔处理后，试样放入紫外线老化试验箱至少24h，开展老化试验，取出后试样表面不应溶解、鼓泡、起皱、龟裂、脱落等，则表示该批次封孔剂的耐温性合格。

2 封孔剂涂敷过程

2.1电镀铬工艺过程

2.1.1电镀铬工艺简介

电镀铬是用铅及铅合金阳极，零件为阴极，借助于氧化还原反应实现金属铬离子还原为金属铬形成铬层沉积的电化学工艺过程。电镀铬是零件表面强化的常见技术方法，是指在直流电的作用下，零件为阴极，使用铬酐和硫酸作为电解质，使电解质中的金属铬离子电沉积到零件表面，形成一层具有很高的硬度、耐磨性和耐热性，外观美丽的金属铬镀层。在电镀铬过程中，零件在阴极伴随着镀层的沉积，会产生大量的氢，这些氢有相当的数量残留在镀铬层中；研究认为^【1-3】:最初在阴极形成的是氢化铬(CrH)，氢化铬呈六方晶格组织，很不稳定,分解时产生体心立方体的铬，其体积比氢化铬小。由于体积变小，在镀铬层中形成很高的内应力。当达到一定厚度时,它将超过金属的固有强度而使镀层产生裂纹^【4-5】，因此,通常镀铬层都遍布着或多或少的裂纹网络，即：镀铬层呈现出网状微裂纹状态，这些裂纹虽然从表面到基体的发展是不连续的。但裂纹在与断面垂直的方向上呈网状, 所以从立体空间的角度看,裂纹是由表面延伸到基体的。

2.1.2零件电镀铬过程

某机型活塞杆零件，材料为30CrMnSiA，长度约为1米，外圆光杆表面电镀硬铬20μm～40μm，工艺流程为：有机溶剂清洗—消除应力—装挂与保护—电解除油—热水洗—冷水洗—电镀铬预热—阳极活化—冲击镀铬—电镀铬—冷水洗—干燥—消除脆性—测量检验，具体电镀铬槽液成分及工艺参数见表1；随后进行超精处理，保证铬层表面粗糙度为Ra0.1左右，在保证符合设计文件要求的情况下，有利于封孔剂的涂敷。

表1活塞杆电镀铬槽液成分及工艺参数

溶液成分	含量（g/l）	温度(℃)	面积（dm2）	冲击电流(A）	电镀电流(A）
铬酸酐	220-250	55-60	13.5	1215	650
硫酸	2-2.5
三价铬	3-8
铬酸酐/硫酸	95-110
溶解的铁	最多7.5

2.2 封孔剂涂敷过程

2.2.1封孔剂控制要求

（1）封孔剂应在5℃～40℃的阴凉干燥处密封储存，保质期为自制造之日起24个月。温度过低出现凝结属正常现象，使用时应缓慢加温至40℃左右即可溶解，加热温度不得高于50℃；

（2）未使用完的封孔剂应密封储存；

（3）每千克封孔剂（组分A与组分B之和）大约可封孔处理的铬层面积为1m2；

（4）耐蚀性为批次性试验，仅对每批新购封孔剂进行一次；

（5）对电镀铬层的封孔处理应在喷漆操作现场进行；

（6）封孔处理应在所有表面处理工序完成之后进行；对有涂漆要求的零件，允许在涂漆前进行；

（7）封孔处理前允许对电镀铬层进行磨削；封孔处理后不允许磨削，但允许抛光或超精；

（8）将零件送入和取出烘箱时应戴隔热手套。

2.2.2封孔剂涂敷

2.2.2.1封孔剂的配制

（1）将封孔剂的A组分（无色）和B组分（深色）按2：1（重量比）的比例加入干净、干燥的容器；

（2）搅拌至少2分钟，直至混合均匀；

（3）封孔剂配制后的有效期为1h。

2.2.2.2封孔剂涂敷工艺流程

（1）溶剂清洗：对需要封孔的电镀铬层表面，使用擦布蘸丙酮或丁酮擦洗1～3次。

（2）保护与加热：用耐高温胶带对待封孔表面的相邻非封孔表面进行保护，将零件放入烘箱中，在120℃～150℃的条件下加热至少1h。

（3）装挂：

a) 从烘箱中取出的零件应防止或装挂在支架上，装挂方式应保证方便、快速地涂敷封孔剂；

b) 也可以将零件装挂在支架上一起放入烘箱中；

c) 将零件从烘箱中取出后立即涂敷已经混合的封孔剂；

d) 涂敷期间零件的基体温度应不低于100℃。

（4）涂敷封孔剂：

a) 用毛刷或其它工具将封孔剂迅速、均匀地涂敷在需封孔的铬层表面，并使封孔剂均匀布满零件的铬层表面。涂敷方向应与封孔剂的自然流淌方向相反，若发现有气泡应立即用涂敷工具用力擦涂直至气泡消失。

b) 刷涂均匀后，保持封孔剂覆盖零件表面至少30秒，在封孔剂固化前用擦布将表面的封孔剂擦拭干净，避免时间过长导致不易擦除。观察铬层表面，若有未被封孔剂覆盖处，应局部补刷。

c) 用擦布擦除铬层表面的封孔剂，直至表面光滑，直至肉眼观察不到封孔剂。

注：对固化后残存的封孔剂应采用抛光的方法去除。对流淌到非涂覆部位的封孔剂，先用擦布擦除后，然后用丙酮或丁酮擦洗，应避免有机溶剂接触到已封孔的铬层表面。

（5）固化：

a) 在室温的条件下，放置不少于6h。

b) 在烘箱中加热，温度120℃～150℃，时间不少于1h。

警告：将零件从烘箱中取出应戴上隔热手套，注意防止烫伤或对零件造成磕、碰伤。

（6）重复刷涂：按上述（2）、（3）、（4）、（5）工序重复刷涂1至2次。

（7）检查：

a) 应对零件的涂敷封孔剂表面进行100%目视检查。

b) 封孔处理后的铬层外观应与封孔前一致，表面应光滑、光亮，不应出现粗糙、锈蚀、烧焦、气泡、镀层脱落等，不应有可见的封孔剂膜层。

（8）返工：

a)对于采用封孔剂处理过的零件，在采用溶液退除铬层之前应先砂纸打磨或研磨经过封孔处理的铬层表面。

b) 对于封孔处理3次后气密性仍不合格的零件，应退除铬层重新电镀。

3 结论

本文通过对某型机钢制活塞杆零件镀铬后镀层表面在液压系统工作时出现“冒汗”这一现象进行分析，结合国内外航空领域研究成果，探索应用一种新型的工艺材料解决镀铬层“冒汗”问题。通过开展活塞杆典型零件的封孔剂试验应用，对镀铬层微裂纹机理研究，选用合适的封孔剂封堵镀铬层微裂纹，各项试验指标满足要求，提高了镀铬层抗腐蚀性能，彻底消除镀铬层表面“冒汗”现象，可有效提高活塞杆气密试验的合格率，提高镀铬零件一次合格率及零件服役能力，解决长期困扰我公司的飞机活塞杆类镀铬件因“冒汗”导致气密试验不合格现象，提升产品质量同时保证零件交付进度，并且为后续其他飞机零件的应用提供了坚实的理论基础。

4参考文献：

[1] 章葆澄,电镀工艺学[M]北京:北京航空航天大学出版社,1993.320.

[2] 上海轻工业专科学校 电镀原理与工艺[M]上海:上海科学技术社,1978.437.

[3] [美]弗利德里克A·洛温海姆.现代电镀[M].北京:机械工业出版社，1982.951.

[4] [德]电镀技术杂志出版社.实用电镀技术[M].北京:国防工业出版社，1985.504.

[5] [德]R Weiner,A.Walmsley.镀铬.上海电镀，1984（增刊）：3～103