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油缸等镀铬零部件电刷镀铬修复技术及其应用
来源:本站发布时间:2018-09-28 09:11:34点击次数:44 次
  费敬银,辛文利,王卫康
  西北工业大学理学院应用化学系 (710072)
  摘要
  现场修复局部破损的超大型镀铬零件一直是困扰维修工作者的技术难题。本文详细地介绍了采用FJY系列电刷镀铬技术修复挖掘机、装载机、水压机、印刷机、舰船液压油缸、煤矿支柱、造纸机、塑料吹膜机等镀铬件局部破坏(拉伤、磕碰伤、局部腐蚀)的工艺方案与应用情况。修复后的使用效果表明,采用FJY系列电刷镀铬修复技术,可快速完成镀铬件的离线或在线修复,经刷镀铬修复后的零部件,不仅尺寸精度、外观色泽与完好件一致,而且使用效果与新件相当。该修复工艺简便、易行,修复质量稳定、可靠。
  关键词: 镀铬,刷镀铬,液压设备维修,油缸修复,刷镀,电刷镀,局部修复
  1. 前言
  从理论上讲,铬是一种活性金属(例如,Cr/Cr3+的标准电极电位为-0.74V)。但是,在大气环境中,铬易与空气中的氧(或含氧的水溶液)反应生成致密而稳定的氧化物保护膜(Cr2O3)而失去化学活性。一般情况下,金属铬主要有两大用途,在冶金领域,铬是冶炼合金结构钢、耐热钢、不锈钢、高温合金、哈氏合金等金属材料的主要合金化元素;在表面处理领域,电镀铬是除电镀镀铜、镍、锌之外的主要镀种。与具有一定延展性的金属纯铬不同,电镀铬层具有如下突出特性:
  1. 电镀铬层通常具有较高的硬度(一般大于55HRC),是常见纯金属镀层中硬度最高的一类镀层。
  2. 镀铬层具有良好的热稳定性。在500℃以下的使用环境中,镀铬层的硬度基本不变,适合镀覆在工作温度较高零部件(如缸套、活塞环等)的表面上。
  3. 镀铬层有较低的摩擦系数,与之配合的摩擦副通常具有较长的使用寿命。
  4. 镀铬层色泽银白,反光性好,在洁净的大气环境中不会失色,常将其用作装饰性镀层,或光、热反射等功能性镀层。
  5. 表面无缺陷的镀铬层具有良好的耐腐蚀性能。对于在野外、潮湿环境下使用的零部件(如工程机械、矿山机械、造纸机械、印刷机械、海洋开发、航运装备等),对其表面进行镀铬处理可显著提高其使用寿命。
  然而,对于钢铁基体而言,失去电化学活性的表面镀铬层属于阴极性镀层。如果镀铬层存在缺陷(如漏镀、针孔、屏蔽等)、或在使用中出现意外划伤、磕碰伤、电击伤等局部破坏,以大阴极、小阳极为结构特征腐蚀微电池的作用,会促使镀铬层下的钢铁基体发生快速的阳极溶解而迅速腐蚀,出现以麻点、蚀坑、鼓皮、剥落为破坏特征的局部破损形式。
  2.修复破损镀铬件的常用方法及其优缺点
  2.1 焊修
  对于局部破损件的修复,常用的焊修方法包括补焊、钎焊、冷焊、激光熔覆等,每一种焊修方法都有其自身的特点和不足。
  2.1.1 补焊
  补焊修复的最大优点是施工简便、修复成本低、时间短。然而,补焊是一种特殊的焊修形式,在施焊过程中不可避免地会在焊修部位形成熔池(产生局部高温),从熔池到工件本体之间的不均匀加热必然造成焊修区及热影响区产生热应力,导致焊修件出现变形、裂纹、局部硬化、相组织变化、疲劳性能下降、咬边等缺陷。因此,用补焊方法修复镀铬件的局部破坏,常常是一种不得已而为之的做法。
  2.1.2 钎焊
  为了降低补焊时的施焊温度,人们使用熔点较低的钎焊料进行热熔焊——人们常称之为钎焊。钎焊与补焊的最大不同之处在于,钎焊时在工件上不形成熔池,钎焊过程中熔化的只是低熔点的钎料,工件基体并未熔化,利用熔化钎料的浸润作用粘附基体并在钎焊部位形成焊料熔覆层。与补焊相比,钎焊时工件热影响小,零件很少变形,机械性能也不会受到太大的影响。钎焊的最大缺点是焊层软、强度低,当钎料或助焊剂选用不当时,难以保证钎焊层与基体结合的牢固度。
  2.1.3 冷焊
  到目前为止,至少有五种冷焊形式。常用的冷焊维修技术及特点简述如下:
  2.1.3.1 冷焊1(补片)
  补片修复技术是在电阻焊(点焊)的基础上开发出来的一种新型维修方法。当基体金属和补片金属之间有较高的接触电阻时,脉冲电源瞬间输出的大电流脉冲所产生的电阻热将补片金属与基体金属粘结在一起。由于补片时只是在电极接触部的位出现瞬间高温,工件本身不会升温,因此热影响小。补片修复技术的缺点是,当凹坑深度远高于金属片的厚度时,需要多次修磨、多次补片才能完成焊修过程,施工效率低下。由于补片是局部粘结,而不是整体焊接,所以补片金属与基体间的结合强度不高,层间异物夹杂较多。
  2.1.3.2 冷焊2(熔丝焊)
  熔丝冷焊(包括:气体保护熔丝焊、超声波电火花堆焊等)修复技术是在传统氩弧焊基础上开发出来的一类新型焊修技术。利用焊枪产生的电弧(电弧温度一般在6000℃以上)将金属焊丝熔化,用保护气体(惰性气体)把熔化的金属液滴吹射到工件的局部缺陷处,从而填平工件表面的凹坑。与常规的气体保护电弧焊技术不同,在熔丝冷焊过程中,被熔化的只是金属焊丝,因此不会在修复部位形成熔池,工件温升小,不会产生明显的热影响。气体保护熔丝焊修复技术的不足之处是生产效率低,焊层多孔,有微观缺陷,且表面粗糙。
  2.1.3.3 冷焊3(激光熔覆)
  激光熔覆技术与热喷焊技术相似,它是利用能量密度高度集中的激光作热源,将涂覆在工件表面上的自熔性合金粉末或丝材加热重熔,形成表面熔覆层。熔覆层与基体之间存在互熔和扩散,从而实现熔覆层与基体的冶金结合。在激光熔覆的过程中,热量只是短时间地集中在激光束照射的微小、局部区域,快速熔化焊料并冷却,工件无明显的温升,避免了热喷焊技术存在的热应力、热变形、或热应力开裂等问题。由于激光熔覆是快热、快冷过程,因此,熔覆层硬度高,特别适合耐磨件的表面强化与修复。激光熔覆适合恢复整个面的尺寸超差,如果是局部熔覆,很难在修复面与完好面之间实现平滑过渡。
  2.1.3.4焊修技术存在的共性问题
  不论使用前面提到的哪一种焊修技术修复镀铬件,均可能出现两类质量问题。
  (1)在焊修部位与完好部位之间难以实现平滑过渡。凹凸部位的存在降低了配合件之间的密封性能。在使用过程中,凸起部位很容易刮伤油封,从而在较短的时间内,再次出现渗(漏)油现象。
  (2)即使能够实现焊修部位与完好部位间的平滑过渡,由于修复区(焊修区)与完好区(镀铬区)材料的电化学性质存在差异,在阴雨、潮湿、有水环境中工作的镀铬油缸,会出现严重的电偶腐蚀问题,导致焊修区的边界因电化学腐蚀而下陷(出现所谓“肚脐眼”现象),使用不久便出现渗(漏)油现象。随着腐蚀过程的不断进行,漏油问题会越来越严重。
  2.2 粘结
  使用含有增强填料的复合粘结剂填补局部缺陷,也被认为是一种修复镀铬件局部缺陷的简易方法(如用粘结法修复镀铬印刷机滚筒的压伤)。但是,对于有密封要求、且在有相对运动条件下使用的镀铬件,不宜使用粘结方法修复。其主要缺点有:1粘接层与基体的粘附强度不高。2 不宜在有冲击、疲劳载荷作用的场合下使用。此外,高分子粘结剂本身易老化、不耐油、受热软化等问题也是慎用粘结修复技术的主要原因。
  2.3 电镀修复技术
  电镀修复技术是修复破损镀铬件的传统方法,也是一种最为有效的维修方法,其修复过程及使用效果与新件镀铬基本一致。通常采用两类电镀修复工艺:1. 低温镀铁——镀铬修复工艺;2. 补焊——镀铬修复工艺。对于大面积锈蚀的镀铬件(如井下支柱),多采用前者进行维修;对于少量、局部划伤、碰伤的镀铬件(如工程机械、造纸机械、液压设备等)可采用后者进行维修。但是,电镀修复法需要在有电镀废水处理条件的大规模电镀厂内进行,无法在维修车间或故障现场进行快速修复。
  为了解决目前镀铬件维修困难的技术问题问题,西北工业大学首次在国内外研发成功了“全能铬面刷镀修复技术”以及“气相环保电刷镀铬技术”。长期的使用情况跟踪和使用效果评估结果表明,该成套技术的修复效果与电镀修复技术相似。修复工艺及应用情况简述如下。
  3.FJY系列铬面刷镀修复技术及其应用简介
  3.1 普适型铬面刷镀修复技术
  普适型铬面刷镀修复技术是指快速恢复镀铬件使用性能的一种新型维修方法。主要工艺流程包括:机加机械整形(用电动磨头将缺陷处拓展至适合镀笔良好接触)→电净→水洗→去氧化膜(各种活化处理)→铬面活化→不水洗→铬面底镍→水洗→硬铜合金填坑(或离子冷焊剂填坑)→机械修磨(修磨至平滑过渡)→罩面层(耐磨、耐蚀、光滑表层)。罩面过程包括:电净→水洗→铬面活化→铬面底镍→水洗→罩面(镍合金)→水洗→机械修磨→表面抛光→检验。普适型镀铬件修复用耗材清单(基本配置一):
  3.2 铬面电刷镀铬修复方法
  为了达到修旧如新的目的,对修复后的外观、色泽有严格要求的待修件,可选用《镀铬配置二》进行镀铬修复。镀铬修复工艺流程包括:先用《基本配置一》恢复破损件的尺寸精度及表面光洁度(完成从机械修磨到罩面抛光的所有工序),然后采用《镀铬配置二》进行表面镀铬。
  表面镀铬工艺包括:电净,水洗,镀铬一次活化,水洗,镀铬二次活化,不水洗,刷镀铬,水洗,磨(抛)光,检验。铬面电刷镀镀铬修复用耗材清单
  3.3 镀铬件刷镀修复实例
  用于工业生产的大型镀铬件主要包括:1. 印刷机镀铬滚筒,2. 挖掘机镀铬油缸,3. 井下镀铬支柱,4. 船舶油缸、码头装载机液压杆,5. 造纸机、吹膜机镀铬烘缸,6. 压力机(水压机)镀铬柱塞等。
  对于在腐蚀性较弱环境下工作(如:印刷机等)、或镀铬表面经常处于往复运动状态并有油膜保护条件下工作(如:挖掘机等)镀铬件的修复,按照基本配置一方案进行修复即可满足使用要求。
  对于在腐蚀环境下工作的镀铬件(如煤矿支柱、船舶、码头装载机油缸、水压机油缸等)的修复,宜选用《镀铬配置二》、及相应的修复方案进行修复。
  自从西北工业大学研制成功具有国际领先水平的FJY系列镀铬件电刷镀修复技术之后,国内外用户广泛使用该项技术解决其遇到的工程问题。部分应用实例如下图(如需了解详细维修方案,请参阅附标题于后文的专题论文):
  4.结论及说明
  采用FJY系列铬面电刷镀修复技术,可以在线或离线修复超大型镀铬零部件。实际修复实践结果证明,使用该技术修复后的镀铬件,其尺寸精度、外观、以及使用效果均与镀铬新件相近,是一种操作简便、成本低廉、快速修复镀铬件局部破损的可靠方法。
  与本文相关、可供参阅的论文还包括:
  1. 现代表面修复技术(冷焊、激光熔覆、电刷镀、离子液体冷焊)的特点及存在的问题
  2. 不同材质印刷机滚筒电刷镀修复方法
  3. 液压杆(油缸)电刷镀修复技术及其应用
  4. 气相环保电刷镀铬技术及其应用
  特别说明:在本文中提到的镀铬液中含有Cr6+,Cr6+属于环保部门监控物质。对于没有能力、措施处理Cr6+的用户,建议使用镀铬件修复基本配置一(普适性镀铬件修复方案)。


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