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液壓缸是液壓系統(tǒng)中重要的執(zhí)行元件，用于執(zhí)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在工程機(jī)械中應(yīng)用廣泛。液壓缸活塞桿是液壓缸的重要部件，它通常采用45#鋼做成實(shí)心桿或空心管，液壓缸活塞桿在使用中會(huì)遭受磨粒沖刷，極易產(chǎn)生磨損。為提高活塞桿表面的耐磨性能，達(dá)到延長(zhǎng)活塞桿使用壽命的效果, 目前國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)工藝是表面鍍硬鉻(鍍層厚度0.03~0.05mm)并拋光，其表面粗糙度Ra為0.1~0.2μm。其鍍液以鉻酸為基礎(chǔ)，以硫酸做催化劑，工藝優(yōu)點(diǎn)為：鍍液穩(wěn)定，易于操作，表面鉻鍍層質(zhì)量比較高，賦予油桿光亮、高硬度、優(yōu)良的耐磨性等優(yōu)點(diǎn)。
其致命的缺點(diǎn)是：含鉻廢水和廢氣嚴(yán)重致癌，屬國(guó)家一類控制排放物,對(duì)環(huán)境和生產(chǎn)工人的危害極大。
其他缺陷主要有：
(1)陰極電流效率非常低，一般只有18%~20%，鍍速相當(dāng)慢，消耗的能量也相當(dāng)大。
(2)鍍液溫度較高，能量浪費(fèi)大。
(3)鍍液的分散和覆蓋能力差，需防護(hù)陰極和輔助陽極才能得到厚度均勻的鍍層。
(4)鍍層空隙多，鉻鍍層對(duì)鋼鐵基體屬陰極性鍍層，防腐蝕性有一定局限性。因此，國(guó)內(nèi)外電鍍界一直致力于改進(jìn)傳統(tǒng)鍍鉻工藝。
如四川瀘州長(zhǎng)江液壓機(jī)廠，采用鍍?nèi)榘?耐磨雙層鉻應(yīng)用在活塞桿，大大地提高了鍍層的耐蝕性。
華南理工大學(xué)劉定福等人，提出一種適用于摩托車后減震器活塞桿的半光亮鎳/高硫鎳/硬鉻電鍍工藝。該鍍層經(jīng)32小時(shí)CASS試驗(yàn)?zāi)臀g性達(dá)9級(jí)以上。
濟(jì)南泰格化工有限公司研究的鎳鈷鐵鍍層經(jīng)96小時(shí)CASS試驗(yàn)?zāi)臀g性達(dá)10級(jí)以上.
隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，在環(huán)境保護(hù)與清潔生產(chǎn)越來越受到世人重視的今天，各國(guó)對(duì)六價(jià)鉻的使用與含鉻廢水、廢氣的限制措施越來越嚴(yán)厲。因此，世界各地的電鍍工作者一直在探索代鉻鍍層工藝。在已報(bào)道的代鉻技術(shù)中，從覆蓋層的性質(zhì)來看，可分為合金鍍層，金屬-非金屬?gòu)?fù)合層、無機(jī)代鉻層和有機(jī)代鉻層等。從覆蓋層的制備方法來看，有電鍍、化學(xué)鍍、離子氣相沉積、熱噴涂等。
化學(xué)鍍鎳是近年來迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)表面處理高新技術(shù)，是在不通電的情況下，通過自催化化學(xué)反應(yīng)，在鋼、鐵、銅、鋁及塑料等金屬、非金屬基體表面上生成鎳磷合金鍍層的。當(dāng)磷含量為8-10wt%，鍍層密度為7.8-8.0g/cm3,微觀結(jié)構(gòu)為非晶態(tài)，這種鍍層與基體的結(jié)合力很強(qiáng)，具有非常優(yōu)異的抗腐蝕性能和耐磨性能。鍍態(tài)硬度達(dá)500Hv，熱硬化硬度可達(dá)1000Hv。鍍層均鍍性好，覆蓋能力強(qiáng)，不但適合一般表面的精密處理，還適合管道、內(nèi)孔及形狀復(fù)雜的零件處理，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
如珠海西蒙企業(yè)有限公司研制發(fā)明“JJ-138系列化學(xué)鍍鎳技術(shù)”替代鍍硬鉻，應(yīng)用在汽車汽缸、活塞、散熱器、減震器、火花塞、曲柄軸、柴油機(jī)噴管、壓縮機(jī)等機(jī)械行業(yè)。
桐廬富建五金電鍍廠引進(jìn)外資催化NI-P合金技術(shù)，已在國(guó)內(nèi)數(shù)家企業(yè)用于油田抽油泵,螺桿泵,大型滾筒,活塞桿,缸套,泵軸,模具,工具等耐磨損的工件表面，生產(chǎn)規(guī)模較大。
江蘇省無錫市楊市鎮(zhèn)雙福液壓活塞桿廠，表面鍍層采用化學(xué)鍍鎳磷合金，專業(yè)生產(chǎn)汽車、摩托車液壓活塞桿，氣動(dòng)活塞桿。電鍍層色澤光亮，均勻一致，表面硬度在HV≥750，其表面的光潔度達(dá)到Rd≤0.08.盡管如此，
化學(xué)鍍鎳磷合金工藝都存在著自身缺陷：1化學(xué)鍍鎳的化學(xué)反應(yīng)原理決定了化學(xué)鍍鎳具有比較慢的沉積速度(通常化學(xué)鍍鎳的沉積速度為8～10μm/h)。2鍍液穩(wěn)定性差，溶液維護(hù)、調(diào)整和再生等比較麻煩，成本比電鍍高。3鍍層常顯示出較大的脆性，在鋼上僅能經(jīng)受2.2﹪的塑性變形而不出現(xiàn)裂紋。
隨著涂層新材料和新工藝的不斷涌現(xiàn)，熱噴涂涂層已在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)工業(yè)部門廣泛地應(yīng)用。熱噴涂是利用熱源(電弧、火焰、高能粒子或光束)將具有特定性能的合金熔化或半熔化，用高速氣流將熔融或半熔化的材料(金屬、陶瓷或高分子材料)霧化成粒狀，經(jīng)過加速噴射到預(yù)處理的基材表面，以形成具有某些特性的表面技術(shù)稱為熱噴涂。由于熱源不與基材直接作用，故基材表面不熔化，甚至可處于略高于室溫的環(huán)境中，熱噴涂技術(shù)對(duì)基材品種幾乎無所選擇。南通高欣金屬陶瓷復(fù)合材料有限公司近幾年來開發(fā)出液壓陶瓷涂層活塞桿[1]，應(yīng)用在化工廠高壓往復(fù)泵柱塞和大型水利工程及海洋開發(fā)用的液壓油缸大型活塞桿上，該技術(shù)采用等離子噴泉涂A12O3 +TiO2陶瓷涂層代替鍍硬鉻，可達(dá)到高質(zhì)量，長(zhǎng)壽命，免維修。現(xiàn)已制造出長(zhǎng)16m，重10t的超大型陶瓷涂層活塞桿及相應(yīng)的液壓油缸系統(tǒng)。涂層厚度200-350μm，硬度900-1200Hv，表面粗糙度Ra0.3-0.35μm。該設(shè)計(jì)涂層活塞桿運(yùn)行總行程超過1200km之后仍保持完好狀態(tài)。涂層不僅具有高的硬度，優(yōu)異的耐磨性;而且磨擦系數(shù)低，能耗小;對(duì)密封填料的磨損小，涂層硬度和耐磨性不會(huì)因局部過熱而降低。其缺點(diǎn)為：要求十分嚴(yán)格的表面預(yù)處理，否則很難保證表層與基材之間的良好結(jié)合。另外，由于熱噴涂層的形成是熔融或半熔化粒子的碰撞變形和堆積過程，故涂層具有多孔和典型的層狀結(jié)構(gòu)，其性能表現(xiàn)了明顯的方向性。涂層的均勻性較差，物料利用率底。
目前，已進(jìn)行研究和應(yīng)用的還有電鍍鎢合金技術(shù)。早在二十世紀(jì)六十年代，美國(guó)首先將鎢合金技術(shù)應(yīng)用在軍事工業(yè)。
美國(guó)蒽索恩公司OMI在中國(guó)申請(qǐng)專利，涉及一種電鍍光亮二元鎢合金取代光亮鍍鉻。
進(jìn)入二十世紀(jì)八十年代以后，作為鎢礦最豐富的中國(guó)，鎢合金電鍍的研發(fā)人員，開始逐步擔(dān)起了以鎢合金代替鍍鉻研究重任,
北京師范大學(xué)在《含鎢鍍層研究》一文中介紹了一種Ni-W-P 合金和Ni-W-B 合金，
兵器工業(yè)部國(guó)營(yíng)江麓機(jī)械廠余忠教授等人發(fā)明了《刷鍍多元鎢合金Ni-Fe-W》[
東南大學(xué)張遠(yuǎn)明教授等人介紹了一種Ni-Fe-W-P和Ni-Fe-W-P-S電鍍新工藝
2004年長(zhǎng)安大學(xué)劉穩(wěn)善教授等，成功地將鎳鎢合金刷鍍技術(shù)應(yīng)用在活塞桿維修中[5]，刷鍍后硬度為HRC63，大于鍍鉻硬度HRC59,克服了活塞桿表面鍍鉻工藝操作麻煩，嚴(yán)重污染環(huán)境的缺點(diǎn)
。另外，南方冶金學(xué)院材料與化工分院、天津第一電鍍廠、天津大學(xué)[6]、吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、南京航空大學(xué)材料學(xué)院[7]等單位都進(jìn)行了大量的研究工作，分別著文或申請(qǐng)專利介紹他們所得的研究成果。
進(jìn)入2000年代，美國(guó)興起電鍍鎳鈷鐵鍍層。鍍層性能，鍍液穩(wěn)定性，鍍層成本低，由于鎳鈷鎢，鎳鐵鎢等，綜合性能超過鍍鎳后鍍鉻復(fù)合層。耐鹽霧試驗(yàn)大于196小時(shí)，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。濟(jì)南泰格化工有限公司是國(guó)內(nèi)最早研究代鉻鍍層鎳鈷鐵的。
代鉻鍍層鎳鈷鐵性能
1、高硬度,良好的耐蝕和耐磨性，相當(dāng)于或優(yōu)于鍍鉻性能;
2、污染極輕，無國(guó)家一類控制排放物;該工藝有成熟的清潔生產(chǎn)方案，清洗水循環(huán)利用，廢水排放總量零零排放”工藝。
3、鍍液分散能力和覆蓋能力較鍍鉻好;沉積速度約為60μm/h;
4、有完善的電鍍工藝和不同材料上的退鍍工藝;
5、整平能力好，鍍層厚度達(dá)3mm時(shí)，鍍層仍非常光亮;
6、鎳鈷鐵合金電鍍工藝的物料利用率>95%，電流效率均>95%，生產(chǎn)成本低比鍍鉻工藝低;
各種涂層處理方法的比較列于附表。從表中可知，鎳鈷鐵合金電鍍技術(shù)的成本最低，涂層綜合性能中等，結(jié)合先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)過程中完全可實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)的一種環(huán)保電鍍技術(shù)。它對(duì)周圍環(huán)境不造成公害，因此，實(shí)現(xiàn)“鎳鈷鐵合金清潔化”的生產(chǎn)，是對(duì)電鍍工藝改革的重大突破。無論對(duì)現(xiàn)代工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，還是對(duì)環(huán)境保護(hù)都能起重大的促進(jìn)作用，可望全面取代鍍硬鉻。
