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注塑机活塞杆镀硬铬工艺分析及质量检测

浏览次数：12179 发布时间：2019年12月17日 10:34:59

[导读] 镀硬铬工艺在注塑机零件上应用十分广泛。本文以液压注塑机锁模活塞杆为例分析了镀硬铬前、中、后的工艺流程及重要参数的选择，并介绍了镀硬铬质量检测方法，为注塑机镀硬铬零件的生产过程提供了相关参考依据。

徐鹤 ( 德马格塑料机械(宁波)有限公司，浙江宁波 315800)

铬是带青光的银白色金属。镀铬层是一种高硬度、高耐磨性的镀层，它具有较好的耐热性及良好的化学稳定性。镀铬根据工艺要求不同有以下几种 :装饰性镀铬、滚镀铬、镀硬铬、黑铬镀层、镀乳白铬等。

由于镀铬层的良好性能，它在工业上获得了广泛应用。一台注塑机由上千个零件组装而成，其中采用镀铬零件有拉杆、活塞杆、导向杆、螺杆、顶出杆等。根据工况要求，注塑机上的油缸活塞杆都需要镀硬铬处理。以下以直压式液压注塑机的锁模活塞杆为例来具体说明油缸活塞杆的镀硬铬工艺。

1 镀铬工艺分析

1.1 镀铬零件图纸分析

图 1 是该活塞杆的尺寸简图，从简图上可以看出，该活塞杆材料要求为 45# 钢调质，Ф120 f7(-0.036/- 0.071)段需镀铬处理，其表面粗糙度为 Ra1.6，长度为 530 mm，镀铬厚度要求 0.02~0.04 mm。同时，镀铬段有较高的尺寸要求(f7)和形状公差要求(圆柱度 0.02)，表面还需淬火处理。

1.2 镀铬前处理

1.2.1 镀铬前表面淬火

根据图纸要求，该活塞杆镀铬表面需要表面淬火处理。表面淬火是为了让金属硬度形成阶梯状，芯部软，越往表面越硬，这样镀层的附着力，性能会很好; 而且表面淬火能提高工件的表面硬度，这样磨出来的表面更光亮，粗糙度会低，会有更好的电镀效果。

表面淬火是将工件放入感应器中，是工件表面产生感应电流，在极短的时间内加热到淬火温度后，立即喷水冷却，使工件表层淬火，从而获得非常细小的针状马氏体组织。根据电流频率不同，表面淬火分为高频淬火、中频淬火和工频淬火。一般零件淬透层深度在半径的 1/10 左右时可得到强度、耐疲劳性及韧性的最好配合，结合表 1 及实际生产情况，该零件基材采用电流频率为 1~10 kHz 的中频感应淬火，其淬透层深度为 3~5 mm，淬火后表面硬度为 50±5 HRC。中频淬火后，需要将零件冷却至常温，使零件内部应力得到释放。

图 1 活塞杆尺寸简图

生感应电流，在极短的时间内加热到淬火温度后，立即喷水冷却，使工件表层淬火，从而获得非常细小的针状马氏体组织。根据电流频率不同，表面淬火分为高频淬火、中频淬火和工频淬火。一般零件淬透层深度在半径的 1/10 左右时可得到强度、耐疲劳性及韧性的最好配合，结合表 1 及实际生产情况，该零件基材采用电流频率为 1~10 kHz 的中频感应淬火，其淬透层深度为 3~5 mm，淬火后表面硬度为 50±5 HRC。中频淬火后，需要将零件冷却至常温，使零件内部应力得到释放。

1.2.2 镀铬前打磨抛光处理

在中频淬火工序完成后，对该零件基材进行车削、半精磨和精磨处理，镀铬段外径尺寸达到 Ф120 (-0.111/-0.116), 此外还需要抛光处理，以达到图纸要求的粗糙度要求。一般来说，采用颗粒较细的砂带或砂轮(如 400# 或 600#)进行抛光处理。抛光后使零件表面粗糙度 (Ra) 在 1.6 um 内，同时清除零件表面明显的毛刺、氧化皮等缺陷。

根据零件使用工况，对该活塞杆镀铬处理后对它的耐磨性要求较高。对零件抛光后表面微观形状进行分析，当对给定水平位置 c 轮廓实体材料长度 Ml(c) 如图 2(a) 所示时，镀铬后的耐磨性较好。

图 2 活塞杆抛光后表面微观形状

1.3 镀铬处理

1.3.1 铬酐浓度的选择与测定

铬酐 (CrO3) 是镀铬液的主要成分之一，其浓度可在很大范围(50~600 g/L)内变化。然而，铬酐浓度的高低对镀铬液性能和镀层性质有较大的影响。根据铬酐浓度的不同，可分为高浓度(350~500 g/L)、中浓度(150~250 g/L)和低浓度(50~150 g/L)镀铬液。

在不同工艺条件下铬酐浓度不同的镀铬液的电流效率和分散能力也不同。随着铬酐的质量浓度的增加，镀液的电导率和覆盖能力均有所提高，但电流效率降低，分散能力也稍有降低。图 3 为铬酐的质量浓度对电流效率的影响。由图 3 可知 :当铬酐的质量浓度大于 300 g/L 时，电流效率的下降趋势明显 ;当铬酐的质量浓度小于 150 g/L 时，电流效率大于 22%，但较低的铬酐的质量浓度会导致电镀槽电压升高，大大增加镀液对杂质离子(如 Fe3+)的敏感性，直接影响镀液的稳定性，同时镀液的覆盖能力也变得很差。而且，在 CrO3/SO42- 恒定的条件下，虽铬酐浓度增加，镀铬层硬度有一定程度的减少。所以，采用较稀的镀液，能获取较硬的铬层，从而增加铬层的耐磨性。

结合实际经验，该活塞杆采用铬酐浓度在 220~250 g/L 范围的电镀液。采用这个范围的电镀液，电流效率能达到 20% 左右，且变化缓慢，易于控制。

图 3 铬酐的质量浓度对电流效率的影响

表 2 20°C电镀液铬酐浓度、密度、波美度换算

在实际生产中，常通过量波美度来了解电镀液中镀铬槽中铬酐的含量。取电镀槽中一定量的电镀液，冷却至 20°C，用婆梅氏比重计(波美度比重计)测量其波美度，然后通过表 2 换算出铬酐的含量。根据实际经验，铬酐含量与波美度存在一定的线性关系，因此能判断出电镀液中铬酐含量是否符合要求。

1.3.2 硫酸含量的选择硫酸是镀铬液的催化剂，其质量浓度对镀层质量

影响很大。当硫酸含量过低时，得不到镀层或得到的镀层很少，主要是棕色氧化物。若硫酸过量时，会造成覆盖能力差、电流效率下降，并可能导致局部或全部没有镀层。在确定了铬酐的质量浓度的基础上，探索合理的铬酐与硫酸的质量浓度比。图 4 为铬酐与硫酸的质量浓度比对电流效率的影响。从图中可知，当 CrO3/SO42- 为 100:1 时，电流效率最高，且镀层外观质量和性能均较好 ;当 CrO3/SO42- 小于或等于 50:1 时，由于催化剂含量偏高，使阴极胶体膜的溶解速度大于生成速度，阴极电位也达不到铬的析出电位，导致局部、乃至全部没有铬的沉积，镀液的电流效率降低，分散能力明显恶化 ;当 CrO3/SO42- 大于 100:1 时， SO42- 含量不足，镀层的光亮性和镀液的电流效率降低，得到的镀层不均匀，有时发花，特别是凹处还可能露出基体金属。

结合实际经验以及生产厂家实际能力，在对该活塞杆电镀时，选取 CrO3/SO42- 为 80:1~100:1。

1.3.3 温度及阴极电流密度的选择

在镀铬过程中阴极电流密度与温度之间存在着相互依赖的关系。当电流密度不变时，电流效率随温度升高而下降 ;若温度固定，则电流效率随电流密度的增大而增加。因此镀硬铬时，在满足镀层性能的前提下，通常采用较低的温度和较高的阴极电流密度，以获得较高的镀层沉积速度。温度一定时，随电流密度增加，镀液的分散能力稍有改善;相反，电流密度不变，镀液的分散能力随镀液温度升高而有一定程度的减小。

图 4 CrO3/SO42- 对电流效率的影响

实际生产上一般采用温度为 50~60 °C( 常用 55°C)和 30~45 A/dm2(常用 45 A/dm2)的阴极电流密度。经实际试验得知，设置温度在 55°C，阴极电流密度在 45 A/dm2 时，能获得较高耐磨性的镀铬层。工艺条件一经确定，在整个过程中，尽可能保持工艺条件的恒定，特别是温度，变化不要超过 ±1°C。

1.3.4 铬雾的抑制

镀铬过程中，由于使用不溶性阳极，阴极电流效率又很低，致使大量氢气和氧气析出，当气体逸出液面时，带有大量的铬酸，形成铬雾造成严重的污染。目前抑制铬雾的方法有两种。

(1)浮体法 :将泡沫或塑料球或碎块放

入电镀液的液面上(如图 5 所示)，这些浮体可阻滞铬雾的逸出。但零件出槽时，操作不方便。另外，铬酸氧化能力很强，对加入的碎块有浸蚀作用，使分解产物在镀液中积累，也会影响镀层质量。

图 5 浮体法除铬雾

(2)加入铬雾抑制剂 :铬雾抑制剂是一种表面活性剂，能降低镀液的表面张力，产生稳定的泡沫层，覆盖在镀液表面。目前，最常用的是 F-53

和 F-95 两种铬雾抑制剂。 1.4 电镀后处理 1.4.1 镀后除氢处理

由于镀铬的电流效率低，在阴极上大量析出氢气，对于该活塞杆，应在电镀完后保持 180~200°C的温度，除氢 3 h，以避免发生氢脆。

1.4.2 镀后抛光处理

按照上述工艺完成电镀后，经实际检验，活塞杆表面的粗糙度(Ra)一般控制在 1.6±1 um。为保证最终活塞杆的铬镀层厚度均匀及粗糙度要求，电镀完成后还需要进行抛光处理。目前使用的方法是用 600# 或 600# 以上较细颗粒的砂带或砂轮来回抛光 1~2 次，使其表面粗糙度(Ra)小于 1.6 um，同时控制因抛光减少的铬镀层厚度在 0.005 mm 以内。