松孔鍍鉻技術

奚 兵

（常州市荊川里小區12丙201，江蘇 常州 213015）

松孔鍍鉻技術

奚 兵

（常州市荊川里小區12丙201，江蘇 常州 213015）

0 前言

松孔鍍鉻通常用于柴油內燃機的汽缸套和活塞環。工件鍍鉻后進行陽極處理（反向刻蝕）以擴大鍍層裂紋，造成許多小孔。其目的是留住支承表面的潤滑油，以減小摩擦因數，提高耐磨性，延長使用壽命。在不同的工藝條件下，可形成點狀松孔或溝狀松孔的鍍鉻層。現就松孔鍍鉻的條件、工藝以及控制因素等進行敘述。

1 松孔鍍鉻的條件

1.1 鉻層裂紋

鉻層應力會引起裂紋，這是松孔鍍鉻的基本條件，也是重要因素。鍍較厚鉻層一般具有較大的應力，所以它通常具有細發狀裂紋（即微裂紋）。裂紋圖形、數量、尺寸和深度各不相同，鍍層往往會有表面網狀裂紋，其間為鉻層區。

鉻幾乎從開始沉積時就產生應力，當鍍鉻層厚度增加時，應力隨之增加，直到鍍鉻層產生裂紋時應力才開始緩解。在繼續電鍍時，這些微裂紋被封閉，應力重新產生，直到新的裂紋形成為止。在電鍍操作中，應力的產生和接著裂開是循環進行的。結果就是鍍層表面上有裂紋，表面下的不同層次有被封閉的裂紋。表面和被封閉的裂紋，在形成和控制松孔鍍鉻方面都具有一定的作用。

所以松孔鍍鉻是由不連續的鍍層表面組成的。這種不連續的表面，就是由鉻沉積時所產生的應力形成的。鍍層表面的不連續性或點狀松孔并不穿透鍍層而達到基體。

1.2 工藝條件

松孔鍍鉻的工藝條件與鍍硬鉻的相似，不需要特殊的電解液、鍍槽、整流器或其他的電鍍設備。一般工藝條件為：鉻酐200～250g/L，硫酸2.0～2.5 g/L，45～50A/dm2，50～55℃，3～9h。在此工藝條件下，獲得的鍍層厚度大于100μm。

2 松孔類型及形成方法

松孔鍍鉻層有兩種類型：點狀松孔型（也稱針孔型）和溝狀松孔型（也稱溝槽性）。鉻層松孔可用電化學方法或機械方法產生。

在電化學方法中，鍍鉻層用陽極處理以形成點狀松孔或使事先處理好的裂紋擴大成溝狀松孔。溝紋是在有控制的電鍍情況下產生的，使之生成的裂紋有一定的深度和寬度，且在裂紋之間有規定的鉻層區尺寸。

機械方法則用噴砂（如氧化鋁干噴）的方法，使基體金屬表面產生粗糙呈點孔（凹坑），以便在鍍鉻中重現松孔。如果要鍍較厚的鉻層，可將機械干噴和電化學刻蝕結合使用，即：在粗糙帶點孔的基體上鍍鉻后，再將鍍層反向刻蝕，進一步擴大點狀松孔。因為隨著鍍鉻層厚度的增加，干噴所得的網紋消失，需要反向刻蝕來獲得適當的松孔度。這種機械方法對鍍鉻層的厚度要求較低。低輸出功率的發動機所需潤滑油較少，其氣缸的點狀松孔一般用機械方法產生。

3 松孔鍍鉻的主要控制因素

溫度和鍍液比值（ρCrO3∶ρSO2－4）是松孔鍍鉻中最重要的兩個因素，所以必須小心協調，以控制松孔間的鉻層區尺寸。點狀松孔是在常規的鍍液比值、溫度和電流密度下形成的。如在鍍液比值為（85～100）∶1，電流密度為45～50A/dm2，溫度為50～55℃的條件下，可獲得既光亮又硬的點狀松孔鉻層。溝狀松孔是在較高的鍍液比值下形成的。如在鍍液比值為（120～130）∶1，電流密度為40～50 A/dm2，溫度為60～65℃的條件下，可獲得較暗且軟的溝狀松孔鉻層。

因此，正確控制和協調溫度和鍍液比值，對松孔鍍鉻極為關鍵。即使是較小的鍍液比值改變，也會直接影響到松孔鍍鉻中裂紋間鉻層區的尺寸。一般來說，鍍層裂紋隨著鍍液比值的提高而增加。在一定條件下，鍍鉻液中CrO3的質量濃度對鉻層裂紋基本無影響，因為其質量濃度范圍很寬，可在150～400g/L之間變動。

由于松孔鍍鉻的時間較長，且溫度必須控制在非常窄的范圍內，所以最好使用全自動溫度控制裝置。該裝置的允許溫度變化不超過±1℃（最好不超過±0.5℃）。采用空氣攪拌可幫助控制鍍液的溫度，但不要攪拌得太劇烈，空氣噴口不要放在鍍件下面。應使用低壓空氣，而不是高壓空氣，避免油的污染。

4 刻蝕處理

陽極刻蝕處理可以擴大鉻層松孔（裂紋），它是松孔鍍鉻的一個重要因素，僅次于鍍液比值。一般可采用以下方法進行刻蝕。

（1）把鍍好的工件置于不含硫酸的鉻酸（質量濃度為200g/L）中，在50℃下以20～30A/dm2的電流密度進行反向刻蝕。

（2）采用碳酸鈉或氫氧化鈉（質量濃度為50～80g/L），在室溫下以20～30A/dm2的電流密度進行電解刻蝕。

由于反向刻蝕會使鍍鉻層表面溶解而變得粗糙，所以必須小心控制時間。鍍鉻層在經受陽極侵蝕時，其裂紋處比鉻層區溶解得快，一般刻蝕去掉鍍層的速率約為3μm/min。對于溝狀松孔鍍鉻層刻蝕量的控制也很重要。其刻蝕量必須足以使溝狀松孔網紋具有足夠的深度和寬度。但是刻蝕不要過度，避免裂紋鉻層區的表面過腐蝕。

5 精磨

5.1 精磨方法

（1）珩磨

珩磨通常用于型腔（如氣缸筒），它易于控制，能使工件保持既直又圓。可使用包含在酚醛熱固性黏合劑中的氧化鋁或碳化硅。如使用單一的磨料，粒度為400＃的用于溝狀松孔；粒度為180～240＃的用于點狀松孔。可先粗后細，最細的粒度為600＃。珩磨最好是在低壓高速下輕微切削。

（2）研磨

研磨與珩磨相似。然而，珩磨頭能追隨工件表面形狀，而研磨卻不追隨。所以在磨削中必須避免不均勻地切削松孔鍍鉻層。

（3）拋光

某些工件不能采用上述方法，可用拋光來取代。它是一種令人滿意的方法，但必須使用特殊設計的拋光輪，必須具備夾具裝置。

5.2 磨削深度

精加工的目的是去除刻蝕所產生的疏散的外表層。鍍鉻層磨削減薄，使得松孔度降低，例如：點狀松孔變得更小、更少；而溝狀松孔最終變得不連續，出現空洞和斷面。為此，磨削量必須控制在成品尺寸所留有的余量范圍內（一般為15～20μm）。

5.3 磨削速率

對于溝狀松孔鍍鉻層而言，磨削往往會破壞溝紋（槽）與鉻層區邊緣。為此，必須注意在開始進刀（砂輪）時，只能輕微接觸被磨削的鉻層，既不能過快也不能太劇烈。否則，可能將鉻層過度破壞，造成松孔太大或過分高低不平和斷裂。這樣就失去了去除表面疏散鉻層的應有效果。可以通過選擇適當的磨料或砂輪以及使用適當的磨削速率和壓力來加以解決。

6 清洗

松孔鍍鉻層經磨削后，在孔和溝中會留有多種磨料的碎屑。雖然這些碎屑可以在磨削過程中被冷卻油除去，但是總有部分碎屑仍留在松孔鉻層的孔隙或溝槽里。為此，必須進行徹底清洗，避免碎屑使支承表面產生嚴重劃痕。清洗可采用噴射蒸汽、高壓空氣或使用堿液。根據需要，可用200℃熱油浸泡1～4h進行時效處理。

7 結語

松孔鍍鉻通常采用電化學方法。低輸出功率的發動機所需潤滑油較少，其氣缸套的點狀松孔一般用機械方法產生。溫度和鍍液比值是松孔鍍鉻中最重要的兩個因素，在生產中必須小心控制。

TQ 153

B

1000-4742（2013）01-0043-02

2011-06-22