電刷鍍再制造技術修復實驗研究

焦東風，潘秀琴

（1.合肥美橋汽車底盤及傳動系統有限公司，安徽 合肥 230000；

2.合肥工業大學，安徽 合肥 230000；3.安徽三聯學院，安徽 合肥 230000)

電刷鍍再制造技術修復實驗研究

焦東風1,2，潘秀琴3

（1.合肥美橋汽車底盤及傳動系統有限公司，安徽 合肥 230000；

2.合肥工業大學，安徽 合肥 230000；3.安徽三聯學院，安徽 合肥 230000)

目前，我國已進入機械裝備、汽車報廢的高峰期，然而由于設計過剩，多數產品退役后，其結構件剩余疲勞壽命可以滿足下一個生命周期需求，但由于零部件存在磨損、磕碰等表面損傷，而不能再次投入使用，通過修復零部件的表面損傷可以實現再制造。文章將以電刷鍍表面修復技術對該類失效形式的后驅動橋殼總成進行再制造的實驗研究。

再制造；電刷鍍；修復

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.042

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-129-04

引言

電刷鍍再制造技術屬于微納米表面工程技術。微納米表面工程技術是在被修復材料、零部件表面獲得微納米結構或微納米復合層的各種表面技術的統稱[1]。與傳統表面工程技術相比，微納米表面工程技術能夠賦予零件表面新的性能，如涂敷層硬度、耐磨性強度、切削性、抗疲勞性能、抗高溫、耐磨等性能的提升，涂敷層性能的提升使得零件表面具有自修復能力等特殊性能。本文將以電刷鍍表面修復技術對該類失效形式的后驅動橋殼總成進行再制造的實驗研究，以驗證表面損傷的汽車零部件使用電刷鍍修復技術的可行性。

1、實驗目的

檢驗電刷鍍技術在汽車后驅動橋橋殼總成零部件再制造中的可行性，測試鍍層的硬度和結合力情況，并對鍍層進行金相顯微組織分析，觀測各不同鍍層的表面形貌、鍍層組織和各鍍層的厚度。驗證所得鍍層能夠滿足汽車后驅動橋橋殼總成零部件再制造的要求。

2、實驗儀器設備

NBD-150逆變脈沖電源，電凈液，鍍筆，金屬鍍液，輔具，打磨工具，量具，MM6金相顯微鏡等，顯微硬度計。

3、實驗原理

電刷鍍起源于電鍍，其基于電化學沉積原理，如圖1所示。在刷鍍時專用電源的負極接工件，正極接鍍筆。浸滿鍍液的鍍筆以一定的壓力和適當的相對運動速度在工件表面上移動，在包套包裹的陽極與工件接觸的部位，工件表面的金屬離子獲得電子還原成為金屬原子，這些原子在工件表面沉積結晶形成鍍層，并隨刷鍍時間的增加而變厚。即刷鍍過程是一個金屬離子獲得電子還原成金屬原子并在工件表面不斷結晶的過程[2]。

4、實驗內容

（1）在后驅動橋殼半軸套管磨損部位依次刷鍍特殊鎳、堿銅和快速鎳恢復磨損部位尺寸達到設計要求；

（2）測試鍍層結合力；

（3）測試鍍層表面顯微硬度；

（4）在金相顯微鏡下觀測鍍層的界面和組織。

5、實驗步驟

5.1半軸套管表面預處理

（1）清理：用干布、水、毛刷等去除汽車后驅動橋總成半軸套管表面的油漬、殘渣、銹蝕等；

（2）除油：(初步除油)用有機溶劑丙酮除去半軸套管表面的油；

（3）去氧化、疲勞層：打磨半軸套管，露出基體，并達到一定的粗糙度(一般Ra0.8以上，要求嚴格的要達Ra0.4以上)；

（4）整形：將半軸套管表面的劃傷、溝槽由“V”形溝打磨成“U”形溝，使溝痕與基體面呈圓滑過渡狀態；

（5）非鍍面的保護：常用粘膠帶的方法保護非鍍面。在需要進行刷鍍的區域用膠帶圍成一片區域，刷鍍整個過程在此區域中進行，對非鍍表面進行保護。

5.2技術要求

5.2.1電刷鍍電源選用的是NBD-150逆變脈沖電源(如圖2)，電刷鍍電源應具備的主要性能要求

（1）電源必須具備變交流電為直流電的功能。并有平直或緩降的外特性，即要求負載電流在較大范圍內變化時，電壓的變化較小；

（2）輸出電壓應能實現無級調節，以滿足各道工序和不同鍍液的需要，(無級調節范圍為0-30V )；

（3）電源自調節作用強，輸出電流大小應能隨鍍筆和陽極接觸面積的改變而自動調節；

（4）電源應裝有直接或間接測量鍍層厚度的裝置，以便于控制鍍層的厚度；

（5）應有過載保護裝置，當超載或短路時，能迅速主動切斷主電路，保護設備和人身安全；

（6）輸出端設有極性轉換裝置，以滿足各工序的需要。

5.2.2電刷鍍溶液要求

電刷鍍溶液包括表面預處理溶液和金屬鍍液，是刷鍍技術中必不可少的條件，其質量的好壞，直接影響著鍍層的性能。

（1）表面預處理溶液

對工件表面進行預處理是電刷鍍不可缺少的工序，預處理質量會直接影響到鍍層與工件基體的結合強度。預處理是指用預處理溶液對工件進行電凈處理及活化處理。表面預處理液包括電凈液和活化液。

（2）金屬鍍液

①鍍鎳溶液：在刷鍍技術中，鎳是應用最廣泛的鍍層之一。尤其在機械零件修復和強化零件表面用得較多。這是因為鎳鍍層具有優良的物理、化學、機械性能。包括特殊鎳、快速鎳等；

②堿銅溶液：適用于鋁、鑄鐵或鋅等難鍍材質上刷鍍；

③合金溶液：合金溶液是指含兩種或多種金屬離子的鍍液。常用的有鎳鎢合金溶液、鎳鎢(D)合金溶液[3]。

5.3修復工藝過程

（1）機械去除工件表面的氧化疲勞層，去除深度0.1mm。

（2）用脫脂棉蘸取無水乙醇（丙酮）在打磨后的工件表面反復擦拭，去除工件表面油污。并在非待鍍區域貼上膠帶保護。

（3）用水沖，去除工件表面殘留的無水乙醇（丙酮）。

（4）打開NBD-150逆變脈沖電源，頻率調節800-1000 HZ，占空比70%-80%。

（5）電凈除油，1#電凈液電凈液，極性正，電壓12V，線速度8-12m/min，時間幾十秒鐘。

（6）活化目的是除去表面上的薄層氧化膜，并對表面進行電解刻蝕，以利于鍍層與基體結合。對于本次實驗，我們先選用2號活化液，它具有較強的去除金屬表面氧化膜和疲勞層的能力，對基體腐蝕快，可去除工件表面的氧化膜，之后采用3號活化液，它與2號活化液配合使用，主要用途是去除碳素體（碳黑層）。

刷鍍筆蘸鍍液無電擦拭。電纜接在刷鍍筆上，16-18V，高壓沖擊，待到鍍層變色，將電壓調至12V。繼續刷鍍，刷至工件完全變色則底層做完，水沖去除殘留的特殊鎳溶液。特殊鎳刷鍍過程如圖3所示。

（7）尺寸層：對磨損較嚴重或加工超差較大的零件，需刷鍍比較厚鍍層才能恢復到設計尺寸。為快速恢復零件尺寸，在滿足零件技術要求的前提下，選用沉積速度快的鍍液刷鍍尺寸層，本次實驗選用堿銅溶液。尺寸層是在底層鍍完后，鍍工作層前進行。工藝參數：正向，6-8V，1-2min，線速度5-10m/min。堿銅刷鍍過程如圖4所示。

（8）工作層：在工件上刷鍍，直接承受工作負荷的鍍層稱為工作層。本次實驗的半軸套管刷鍍工作層為快速鎳。實驗工藝參數：正向，10-12V，線速度10-20m/min。快速鎳刷鍍過程如圖5所示。

（9）鍍后處理

清水清洗干凈：水溫與工件溫度相近；

去除保護設施：如膠帶等；

研磨、加工：通過研磨、微切削等工藝將修復表面恢復到工件要求的尺寸；

二次強化：用開水燙，可提高鍍層硬度。

6、實驗數據及處理

6.1鍍層表面形貌觀察與分析

對刷鍍好的工件進行線切割制成大小為2cm×2cm× 1cm鍍層試樣。為了防止鍍層在制備金相試樣的時候邊緣被磨平，采用牙托粉對試樣進行鑲嵌，打磨拋光后采用3%的硝酸酒精溶液腐蝕，制備成如圖6所示金相試樣。

在MM6金相顯微鏡下對制成的金相試樣進行觀察，基材組織、界面的組織形貌、工作層快速鎳金相顯微組織分別如圖7、圖8、圖9所示。

如圖7所示基材40Mn由鐵素體和珠光體的混合相組合而成，成網狀分布，調質態組織中出現回火索氏體，基體材料有較好的塑性韌性，綜合機械性能良好，基材硬度介于HB241到HB285之間，相當于洛氏硬度低于HRC30。

如圖8所示，圖中1為基材40Mn，2為底層特殊鎳，3為尺寸層堿銅，4為工作層快速鎳。底層特殊鎳連續并與基材和尺寸層堿銅充分接觸，組織均勻，連續，底層沒有孔洞裂紋等缺陷的存在，鍍層生長方向比較致密，結合處僅有很薄的一層過渡層，底層微觀組織性能良好，有較高的結合強度。圖中尺寸層堿銅較厚，接近130μm，鍍層靠近基材方向較為致密，無氣孔裂紋，最外層特殊鎳由于具有較高的硬度，有一定的脆性，在打磨制備金相試樣的過程中出現少量剝落。隨著厚度的增加，裂紋率孔隙率呈上升趨勢，這是由于隨著鍍層厚度的增加內應力的不斷增大所引起的，故在滿足橋殼再制造的前提下應盡量控制刷鍍層的厚度。

如圖9為電刷鍍后的工作層在MM6金相顯微鏡下觀測的結果，由圖可知，6.2鍍層硬度檢測及分析

電刷鍍技術所得鍍層表面工作層快速鎳組織致密、均勻、細小，呈現出包狀晶結構，刷鍍后表面工作層光潔度高，孔隙率低。

由于鍍層厚度很小，為了避免基體硬度對鍍層硬度測試造成影響，鍍層硬度測試一般采用顯微硬度計測試鍍層表面顯微硬度。將線切割好的鍍層試樣置于顯微硬度計上，在鍍層上均勻選擇三點進行硬度測試，測試鍍層硬度如表1所示。

表1 鍍層硬度（HV）

注：單位HV，轉換成洛氏硬度大約為HRC38。

所得鍍層硬度的平均值為HRC38，高于基材硬度，所得鍍層能夠滿足半軸套管再制造的硬度要求。

6.3鍍層結合強度檢測

對半軸套管施鍍后，我們對再制造后的半軸套管進行結合強度試驗。具體方法如下：對鎳鍍層采用銼削法，將試件夾在臺鉗上，用一種粗齒偏銼，在試件邊緣處鋸斷面，由基體銼向鍍層，銼刀與鍍層面成45°角，銼削非主要表面。銼削后觀察，露出基體與鍍層的界面，平滑過渡，沒有出現鍍層起皮的現象，說明鍍層的結合力良好。

7、結論

本文對汽車后驅動橋總成半軸套管處的磨損采用電刷鍍技術進行修復。首先闡述了電刷鍍的修復原理和技術要求等，然后針對半軸套管的材質和缺陷面積選擇合適的工藝進行修復。修復后對半軸套管表面形貌進行了觀察分析，鍍層為快速鎳組織，具有硬度高，耐磨耐腐蝕的特點。通過對表面進行結合強度檢測，鍍層與工件基體結合牢固。對鍍層表面形貌進行了觀察，通過分析得出：鍍層致密、孔隙率低、鍍層化學性能及物理性能得到改善。可以滿足汽車后驅動橋總成半軸套管處的磨損表面修復需求。本文僅對后驅動橋橋殼半軸套管磨損這一失效模式進行修復，對于其他失效模式沒有進行研究，以后可對橋殼變形、裂紋修復進行進一步研究。

[1] 公茂秀,宋家來,于廣娟等.表面工程技術在冶金設備修復再制造中的應用與展望[J].山東冶金,2005,32(03):75-77.

[2] 彭興禮.奧宇可鑫修復技術一電刷鍍技術[J].設備管理與維修,2005(08):17.

[3] 李建躍,李穗冬.采用電刷鍍技術提高零件表面防腐蝕性能[J].金屬材料與冶金工程 ,2007，35(02):36-37.

Study on Brush Plating Remanufacturing Technology Repair Experiment

Jiao Dongfeng1,2, Pan Xiuqin3
( 1.Hefei AAM automobile driveline&chassis transmission and Chassis Systems Co., Ltd., Anhui Hefei 230000;
2. Hefei University of Technology, Anhui Hefei 230000; 3.Anhui Sanlian University, Anhui Hefei 230000 )

At present, China has entered the peak of scrap machinery equipment and automobile, However, due to the design of excess, the majority of products after retirement, The remaining fatigue life can meet the demand of the next life cycle, but because the parts wear, bump surface damage, Can't put into use again, Through the surface damage repair parts can realize the remanufacturing.This paper will take the brush plating surface repair technology of the failure form on the rear drive axle housing assembly experiment research of remanufacturing.

remanufacturing; brush plating; repair

U467.1

A

1671-7988（2015）09-129-04

焦東風，就職于合肥美橋汽車傳動及底盤系統有限公司。