電刷鍍表面處理技術在清管閥產品上的應用

西安泵閥總廠有限公司 （陜西 710025） 費友誼

由我廠設計生產的清管閥屬于國家專利產品，是一種被廣泛應用于石油、天然氣及化工管線的閥門，其可以在介質不斷流的情況下，對清管器進行發射和接收，來清理輸送天然氣、油品、化工品等介質的管線。同時清管閥又具有體積小、操作簡單、成本相對低廉等優點，在天然氣、石油、化工行業中得到肯定和認可，成為倍受歡迎的閥門產品之一。但隨著閥門市場經濟化發展，優化閥門結構、降低閥門加工成本已迫在眉睫。而目前，我們認為由西北工業大學電刷鍍技術研究中心推薦，采用電刷鍍技術對清管閥側體鑲閥座用孔及中體上、下軸孔進行表面處理是最簡單、最經濟、最現實的方法。

電刷鍍技術在我國研究開發、應用推廣已有二十多年歷史，在航空航天、機車車輛、船舶艦艇、石油化工、工程機械、紡織印染等制造工程和民用工業領域中，大量用于工件的修復和中小批量工件的功能性表面強化。該項技術曾獲得國家科技進步一等獎，是國家連續三個五年計劃重點推廣的新技術。

1.電刷鍍的基本原理

電刷鍍技術是一種不需要鍍槽的常溫快速電鍍方法，只需采用專用的直流電源設備，電源的正極接鍍筆，作為刷鍍時的陽極；電源的負極接工件，作為刷鍍時的陰極。刷鍍時使浸滿鍍液的鍍筆以一定的相對運動速度在工件表面上移動，并保持適當的壓力。在鍍筆與工件接觸的部位，鍍液中的金屬離子在電場的作用下擴散到工件表面，并在表面獲得電子被還原成金屬原子，沉積結晶形成鍍層，隨著刷鍍時間的增長，鍍層增厚，從而達到鍍覆目的，如圖1所示。

圖1

2.電刷鍍的主要設備、工具及輔料

（1）主要設備 電刷鍍主要設備是FEIST刷鍍電源，該電源設備輸入電壓220V，輸出電壓0～15 V，可進行無級調節電壓，刷鍍常用電壓為8～12.5 V。

（2）主要工具 電刷鍍的主要工具是鍍筆，由手柄和陽極組成，陽極是鍍筆的工作部分，通常采用高純度細石墨塊做成，工作時在石墨陽極表面包扎脫脂棉包套，其作用是儲存電鍍液，防止兩極接觸產生電弧燒傷零件表面和防止陽極石墨粒子脫落污染電鍍液，但當陽極尺寸極小無法用石墨制作時，可用含碳量很低的不銹鋼材料制作。陽極的形狀依被鍍零件表面形狀而定，并保證與零件刷鍍表面有一定的接觸面積。

（3）輔助材料 電刷鍍的輔助材料有鍍槽、盛液盆、注水瓶及金相砂布等。

3.電刷鍍的溶液

（1）表面預處理溶液 我們選用西北工業大學電刷鍍技術研究中心研制的電凈液和活化液。電凈液是用電解的方法清除零件金屬表面上的油污和雜質，被稱為電凈處理。活化液是用電解的方法除去零件金屬表面的氧化膜及殘留物，被稱為活化處理。

（2）底層鍍液 我們選用該研究中心研制的底鎳鍍液，鍍液呈弱酸性、綠色，有醋酸味，用于提高后續鍍層與基體的結合力。

（3）工作鍍層溶液 由該研究中心技術人員，根據我廠清管閥技術要求和使用工況研制開發的新型溶液，稱為鎳合金溶液。其主要成分是硫酸鎳，呈弱酸性、深綠色，常溫條件下無氣味，溫度升高時有輕微醋酸味。

4.電刷鍍工藝

為了解、掌握電刷鍍技術，我們多次進行零件電刷鍍工藝試驗，同時對零件的鍍層厚度、硬度、附著力及化學成分進行檢測，以確保鍍層質量能夠達到閥門產品要求，并根據試驗結果，制定操作工藝流程，如圖2所示。

圖2

機械打磨的目的是去除表面缺陷，清除毛刺，獲得適合刷鍍施工的待鍍表面。

零件表面的預處理：被鍍表面必須預先進行嚴格的預處理，這是保證鍍層與零件表面結合強度的關鍵工序，包括電凈處理和活化處理。目的是使零件露出銀白色或銀灰色純金屬表面，表面應無油污、無銹斑和氧化膜等，為鍍層與基體金屬結合創造條件。

鍍底鎳渡層：目的是提高工作鍍層與零件金屬基體的結合力。鍍前應無電擦拭，鍍底鎳應鍍至表面呈均勻的亮白色為止，時間約1min，然后再在其上鍍覆鎳合金鍍層。

鍍鎳合金溶液：鍍后表面不需加工，鍍層厚度可控制。且由于鍍層是在基體金屬上以金屬原子為基本單元規則堆積而成金屬材料，所以鍍層致密，與基體結合牢固，提高工件表面的耐腐蝕性和抗磨損性。還需提醒大家，鍍后應及時清理干凈零件未鍍表面殘留污漬，并擦干表面。

5.電刷鍍的應用效果

我公司生產的清管閥，其側體與閥座、中體與上軸或下軸完成組裝后，應有一定的裝配間隙，確保兩零件可相互運動，無卡阻。一直以來，提高側體孔和中體孔耐磨的方法是在內孔表面鍍Ni、P或內孔堆焊耐磨抗蝕的不銹鋼材料。孔表面鍍Ni、P由外協單位完成，鍍層收費高，零件周轉運費昂貴，加工周期常常失控；而孔內堆焊不銹鋼，耗工耗時，工序復雜，生產周期長，這兩者均致使閥門成本增大，生產效率低。

我們經過一年多的實踐應用，發現采用電刷鍍技術對清管閥的側體孔和中體孔進行表面處理后，刷鍍鍍層均勻，與基體結合牢固，零件無熱變形，提高了零件表面粗糙度，降低了摩擦系數，進一步強化了零件功能，質量穩定，大大降低了生產成本，經濟效益顯著，得到本公司領導和員工的贊同，同時得到清管閥用戶的肯定。

總之，電刷鍍技術具有工藝簡單，設備輕便，操作方便、快捷，刷鍍零件不受尺寸限制；工件溶液沉積速度快，節約能源與工時等特點，故推薦給各類中小型企業應用。（20130702）