淺析十字頭掛鎢脫鎢存在問題及解決措施

劉紅薇 張靜

摘 要：在往復活塞式壓縮機中，十字頭是連接連桿與活塞桿的零件，連桿力、活塞力、側向力在此交匯。十字頭承壓面承受側向力，十字頭易于磨損。在中小型壓縮機中，承壓面往往和十字頭體做成整體的，承壓面由于運動而磨損后，可更換一個十字頭。大型壓縮機中，一種為承壓面與十字頭體鑄成一體，但承壓面上鑄有一層巴氏合金，當巴氏合金磨損后，可重新澆鑄一層；另一種為承壓面與十字頭體是分開的，承壓面做成兩塊滑履，用螺釘與十字頭體固結。滑履鑄有巴氏合金，磨損后可重新澆鑄。文章所要論述的為承壓面與十字頭體鑄成一體，但承壓面上鑄有一層巴氏合金形式的十字頭存在的脫鎢問題。

關鍵詞：活塞式壓縮機；十字頭；掛鎢

1 問題的提出

壓縮機中十字頭體一般采用球墨鑄鐵（QT600-3），承壓面上澆鑄一層錫基軸承合金（ChSnSb11-6）。在生產和使用中，承壓面上鎢金層與十字頭體間因結合不牢而開縫，這種現象俗稱“脫鎢”。十字頭脫鎢曾困擾人們很長時間，十字頭的返修率高，用戶反映強烈，嚴重影響了企業的聲譽，一時間成了企業所關注的質量問題。

2 問題的分析

針對這一質量問題，通過現場調研、化驗、分析認為，造成“脫鎢”原因是多方面的，但主要因素是鑄鐵材料本身可焊性較差，且鑄鐵零件組織疏松，在疏松組織中含有較多的游離狀態石墨，它與有機、無機溶劑均不反應，且耐高溫，所以，很難處理干凈。通過以上分析，我們認為可應用表面工程技術來解決此問題。

3 應用表面工程技術解決十字頭“脫鎢”問題

在十字頭體表面上應用電刷鍍一層金屬銅，用它作為一種中間介質，將石墨組織與合金分開。來解決十字頭“脫鎢”問題。

3.1 作用基理

電刷鍍與電鍍一樣是金屬電沉積技術之一，是通過電解方法在固體表面獲得金屬沉積的過程，其目的在于改變金屬材料表面特性。如：改病善可焊性、耐蝕性、抗磨性等表面特性。其過程由以下四個步驟組成：

（1）傳質過程：在電解液中的金屬離子由于濃度差而向陰極（工件）表面或表面附近遷移。

（2）表面轉化過程：金屬離子在電極表面或表面附近的液層中發生還原反應，使離子配位數降低。

（3）電化學過程：金屬離子在陰極上得到電子還原成金屬原子。

（4）新相生成：電刷鍍有兩個電極，通常工件為陰極，電源接通后在兩極間建立電場，并在陰極表面形成所謂雙電層，在電場作用下金屬離子向陰極遷移，此時，陰極附近離子濃度低于遠離陰極區域的離子濃度。從而導致離子的遠距離遷移。通過雙電層到達陰極表面，并放電發生還原反應而生成金屬原子。離子在陰極表面上各點的放電難易程度是不同的，在晶體的質點、棱邊處電流密度和靜電引力比晶體的其它部位大得多，同時位于晶體結點和棱邊處的原子最不飽和，有較高的吸附能力，所以，到達陰極表面的離子會沿表面擴散到結點，棱邊等位置，并在這些位置放電生成原子進入金屬的晶格，這些金屬優先放電位置即是鍍層晶體的生長點。當這些生長點沿晶面擴展時，就生成了由微觀臺階連接的原子生長層。在開始時，生長的晶體和工件基體的晶體結構一樣，而后逐漸向自身穩定的晶體結構轉變。這就是刷鍍過程的作用原理。

3.2 實施過程

3.2.1 電刷鍍

電刷鍍技術是我國在“七·五”期間廣范推廣的技術，很多廠礦都有這方面的人員與設備。所以，在此對刷鍍機理與工藝不在詳述，僅對鑄鐵零件的刷鍍與軸承合金澆鑄過程做一簡述。

（1）所用溶劑、表面處理液配制：

a.氯化鋅溶液的配制：濃鹽酸（HCL） 95%、鋅粒5%，按比重稱好，將鋅粒加入鹽酸溶液，待粒全部溶解即可。

b.電凈液配：將氫氧化鈉（NaOH） 25.0g/L、碳酸鈉（Na2CO3） 21.7g/L、磷酸三鈉（Na3PO4） 50.0g/L、氯化鈉（NaCl） 2.4g/L、各試劑用天平稱出，倒入1000mL燒杯中，先加500mL水攪拌溶液，然后，加水至1000mL。

c.1號活化液配制：鹽酸（HCl） 25g/L、氯化鈉（NaCl） 140.1g/L將鹽酸。氯化鈉稱出，倒入1000mL的燒杯中，加入500mL蒸餾水，攪拌溶解后，用蒸餾水稀釋到1000mL。

d.2號活化液配制：檸檬酸三鈉（Na3C6H5O72H2O） 141.2g/L，檸檬酸（H3C6H5OH2O） 94.2g/L，氯化鎳（NiCl26H2O） 3.0g/L，稱出各種固體溶劑倒入1000mL燒杯中，加蒸餾水600mL攪拌溶解，加蒸餾水稀釋至1000mL。

（2）刷鍍前電凈處理

a.將加工后的鑄件表面用電凈液處理，其目的是電化學除油。零件接極。相對運動速度4-8m/min。電壓10-18v。時間1-2分。電凈后用清水沖冼。

b.用1號活化液活化。其目的是除去氧化層。零件接電源正極，電壓10-18v。時間1-2分鐘。相對運動速度4-8m/min。

c.再用2號活化液處理，其目的是除去基體上碳黑。零件接電源正極，電壓10-25v。相對運動速度6-8m/min，活化時間1-2分鐘，活化后用水清冼，使基體表面呈銀灰色。

（3）鍍銅

首先用中性鎳打底層0.01mm再用堿銅刷鍍0.03-0.05mm。零件接正極，工作電壓8-14v，相對運動速度6-12m/min。鍍后應立即干燥。

3.2.2 軸承合金的澆鑄

（1）表面掛錫：a.將鍍銅后的零件預熱，溫度在80℃左右，然后，用氯化鋅溶液刷冼銅表面，使銅表面的氧化層溶解。b.將要掛錫的零件浸入熔化后的錫鍋內掛錫，錫鍋溫度應控制在280-320℃，一般浸入時間不超過30秒。

（2）夾具預熱：在掛錫前將澆鑄合金所用夾具預熱，溫度在150-200℃，將掛錫后的零件快速裝上夾具。

（3）澆鑄合金：將熔化后的軸承合金澆入零件與夾具的空隙內，合金的溫度控制在400-420℃，待自然冷卻后，拆除夾具即可。

3.2.3 實施過程中的注意事項

（1）在掛錫過程中一定要控制好錫鍋的溫度，這是保證掛錫質量的關鍵。

（2）在刷鍍銅時，應注意金屬銅離子貧化現象，若發現電流降低或溶液由深蘭色變淺，則應補充或更換鍍銅液。

（3）澆鑄合金時，零件、夾具及密封填充物應干燥，以免在澆鑄時合金飛淺傷人或在合金內產生較多氣孔。

通過一年多的生產實踐證明，只要嚴格按照以上程序操作，均能達到滿意效果。鑄件“脫鎢”是比較普遍的問題。應用這種工藝方法解決具有一定的推廣價值。

4 結束語

通過生產實踐證明，只要嚴格按照以上程序操作，均能達到滿意效果，并能取得較好的經濟效益。鑄鐵零件 “脫鎢”是比較普遍的問題。應用這種工藝方法解決具有一定的推廣價值。

參考文獻

[1]錢苗根.材料表面技術及其應用手冊[M].機械工業出版社，1998.

[2]曲敬信.表面工程手冊[M].化學工業出版社，1998.