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不锈钢裂纹标准块超厚度工程镀铬质量控制

发布时间:2014-07-30 21:54:33 作者: 信息来源:

    不锈钢镀铬辐射裂纹标准块(YM -B标准块)通用作渗透探伤随班参考标准,其制作方法是将不锈钢板材(厚3~5 mm)做成长方形,单面进行超厚度工程镀铬,然后经特殊的工艺处理制裂,镀铬面上就会出现大小不等、肉眼不可见的辐射线。要求这些辐射线的长度、宽度有明显的区别,并与不同等级的缺陷检测灵敏度相对应。实践证明,层的组织和机械性能与标准块制裂的成功与否有很大关系。本课题在分析YM -B标准块对铬层的组织和机械性能的要求的基础上选择了合理的工艺参数,并就在小型镀铬槽中进行超厚度工程镀铬时出现的铬层质量问题作了分析,找到了导致铬层缺陷的原因,采取了相应的措施,从而提高了标准块的铬层质量,使产品合格率由原来的50%提高到
98%。同时,还首次在我厂采用铬雾抑制剂,显著降低了能源及原材料的消耗,并使环境污染状况得到了很大的改善。
1  镀铬工艺参数
    在镀铬时,槽液温度和电流密度的改变对铬层的组织和机械性能有较大影响,不同的槽液温度和电流密度可获得不同性质和状态的镀层,见图1(槽液成分为250g/L的Cr03和2. Sg/L的H2 S04)。图中工区为乳白色铬层,Ⅱ区为光亮层,Ⅲ区为灰白色铬层。    (1)在高的电流密度相低的温度下获得的是无光泽的灰白色铬层(图1中的Ⅲ区)。在此条件下沉积铬时,首先会生成无光泽的具有B六方晶格的CrHx合金,它是一种铬和氢的化合物,这种铬层不稳定,易转变为较稳定的d体心立方品格的纯铬及氢。由于从体积较大的六方晶格转变成体心立方品格,其体积是缩小的,铬层和基体的结合力很大,这样,随着铬层的增厚,铬镀层的内应力也不断增加,从而使铬层产生裂纹
网状结晶组织,而CrHx分解后产生的氢会吸附在裂纹网之间及晶粒边界处,从而出现硬度高、脆性大的特征,这种铬层制裂后裂纹肉眼可见。    (2)在较高温度和低电流密度条件下镀铬,生成乳白色的无裂纹网的铬层(图1中的I区)。这时只生成体心立方晶格的晶体,氢溶解在铬的晶体之中,不发生任何组织变化,铬层组织细致,硬度低,塑性好,在此条件下得到的铬层制裂后呈团状。    (3)温度和电流密度为中等程度时所获得的镀层为光亮铬层(图1中的Ⅱ区)。在此条件下铬的沉积过程首先也是生成六方品格的CrHx合金,但此时温度较高,为组织转变创造了条件,CrHx在晶体较小时能分解为体心立方晶格。由于分解较频繁,裂纹网较细而稠密,此铬层的特点是硬度较高,且有细而稠密的网状裂纹。制裂后YM -B标准块工作面上3组肉眼不可见裂纹大小等级差别明显,每组裂纹可数出条数,辐射中心部位有网状细节,裂纹理想。由此可见,必须
采用这样的工艺参数,才有可能制作出合格产品。
2镀层质量分析及质量改进措施
2.1镀层质量分析
    由于实际使用的镀槽体积小(90 1),镀铬时间长,槽液变化大,生产中常出现镀层发暗、边缘长毛刺、长瘤等现象,下文叙述对镀层质量所作的分析。    槽液成分不适当会引起镀层发暗。首先分析电解液中S04 -2和Cr+3所起的作用。在镀铬过程中,由于阴极区不断有氢气冒出,2H++2e—H2十,同时,从反应式Cr2 07 -十8H+十6e—Cr203+4H20可以看出,由于氢气的析出,阴极区内的pH值上升,发生如下的转化:Crz07-2+ H20 - 2Cr04-2+ 2H+,于是发生Cr04-2+8H+ +6e—Cr+4H20的反应。    在没有硫酸根的情况下,接通电流时阴极上有氢气析出,阴极区pH值上升,三价铬立即在阴极上生成碱式铬酸铬薄膜[Cr(OH)3.Cr( OH) Cr0。]。它是带正电性的分散胶体,将阴极表面包封住,这层膜很紧密,只能让氢离子透过而发生反应:2H+ +2e—H2十,同时阻得阴极上Cr04-2+8H+ +6e—Cr+4H20的反,所以当没有硫酸根时,被镀零件上将只是冒氢气泡,根本镀不上铬。
    当有硫酸根存在时,它与溶液内的三价铬生成复杂的硫酸铬[Cr40(S04)4(H20)4]+2阳离子,这种阳离子向阴极移动,促使碱式铬酸铬[ Cr( OH)3Cr( OH)Cr04]的薄膜溶解,使Cr04 -2离子能在阴极上放电而析出金属铬。 但当溶液中的硫酸根过低或三价铬含量过高时,由于碱式铬酸铬薄膜占据主导地位,镀层光泽范围将缩小(见图2),因而引起铬层发灰,不易得到质量高的光泽铬层。 另外,铬酐含量与硫酸含量之比值(Cr03:S04 -2)的大小也将影响铬层质量,这个比值一般控制在100:1,此时电流效率*高。当Cr03:S04 -2 >100:1时,会降低铬的沉积速度和镀层的光泽;当Cr0。:SO。一2<100:1时,会降低阴极电流效率和镀液的覆盖能力,增大镀层的裂纹。所以,镀铬电解液中硫酸铬根过低或三价铬离子过高都会引起镀层发暗。
2.2提高镀层质量的措施
2.2.1调整槽液成分
    (1)硫酸过低,可根据Cr0。:S04_2=100:1计算出所需添加的硫酸;如Cr0。的量不够,在添加Cr0。日_要考虑到工业铬酐中常含有0.4%的硫酸根,故应萜据计算数据添加化学纯硫酸至工艺规范。    (2)如三价铬离子过高,可根据阳极上的反应爿2Cr+3+7H70—Cr207-2+ 14H++ 6e,用小面积阴栖和大面积阳极进行电解处理,使三价铬氧化成六价铬。
2.2.2合理设计夹具
    由于镀铬液的均镀能力很差,而电解液存在着自由空间及阳极长度差异、尖端放电等因素的影响,使电流多集中在标准块的边缘,造成标准块边缘长毛刺、铭瘤以及镀层厚度不均匀。图3(a)是标准块在电镀时未采取阴极保护的情况下阴阳极间电力线分布示意图。    为消除电力线分布不均匀,防止标准块边缘长毛刺、铬瘤,并使镀层均匀,设计了标准块的专用夹具,图3(b)是使用夹具后阴阳极间电力线的分布情况。使用夹具后镀层质量显著提高。
2.3  采用铬雾抑制剂
    镀铬过程中阴极上有大量氢气析出,常带出大量的铬雾。在未加铬雾抑制剂前,产品的合格率较低,主要原因是槽子小,镀铬时间长,抽风过大,在大量的酸雾被抽走的同时,槽液浓度、温度变化大;在一个班次中,还要随时补加蒸馏水及铬酐,如补充不及时,便会绎低产品的合格率;另外,由于酸雾排放量大,虽采用长时间抽风,但空气污染仍十介严重,操作人员往往出既喉咙肿大、鼻子干燥、出血等现象,严重影响操作人员的身体健康。  采用铬雾抑制剂后,所形成的泡沫完全覆盖在镀夜表面,收到了防止铬雾析出的效果,避免了因长时间曲风使槽液温度变化较大而产生的标准块起皮现象;空气中铬酸浓度大大降低,只需间隙抽风,节约电力    镀笔与工件相对运动速度9~12 m/min:    镀液补充方式镀笔浸蘸镀液;    刷镀时间60~120 s:    镀层厚度0.001~0.003 mm 自来水冲洗干净。2.5刷镀高堆积碱铜作尺寸层    高堆积碱铜镀液具有较高的沉积速度,可获得厚镀层,镀层致密性也较好,因此,选用高堆积碱铜尺寸层以填补沟槽。工艺条件:  镀液种类  高堆积碱铜镀液;   操作电压  12 V;    电极连接镀笔接正极,工件接负极;    镀笔与工件相对运动速度9~18 m/min:    镀液补充方式镀笔浸蘸镀液;    一次镀成填平;    自来水冲洗干净。2.6刷镀镍一钨D合金作工作层
    镍~钨D合金镀液具有极低的残余应力和极,的摩擦因数,还有良好的抗蚀性能和良好的结合土选用它作为工作层镀层,可使工件修复后具有良好l耐磨性和较高的硬度,从而满足工件的使用要求。   工艺条件:    电镀液种类镍一钨D合金镀液;    操作电压  12 V;90%,节约铬酐20%以上,并能有效地防止环境污染。    不过铬雾抑制剂的种类很多,铬雾抑制剂的选择对镀层质量有很大的影响。选用的铬雾抑制剂必须具有耐温、耐强氧化剂和电解稳定性等特点。否则,在超厚度工程镀铬的工艺规范内使用时,形成的泡沫孔大,易分解而消失,起不到抑制铬雾的作用;再者,这类铬霉抑制剂会大大加速溶液中Cr+6一Cr+3的反应速度,使槽液无法正常工作。
3  结束语
    通过选择合理的工艺参数,严格控制槽液中的浓度和槽液成分,使用专用夹具并添加合适的铬雾抑制剂,就可避免在小型镀铬槽内进行超厚度工程镀铬时出现镀层缺陷,保证镀层质量,提高标准块的产品合格率。  (http://www.biaozhunkuai.com)