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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)運動，在工程機械中應(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#鋼做成實心桿或空心管，液壓缸活塞桿在使用中會遭受磨粒沖刷，極易產(chǎn)生磨損。為提高活塞桿表面的耐磨性能，達到延長活塞桿使用壽命的效果, 目前國內(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。其致命的缺點是：含鉻廢水和廢氣嚴重致癌，屬國家一類控制排放物,對環(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，能量浪費大。(3)鍍液的分散和覆蓋能力差，需防護陰極和輔助陽極才能得到厚度均勻的鍍層。(4)鍍層空隙多，鉻鍍層對鋼鐵基體屬陰極性鍍層，防腐蝕性有一定局限性。因此，國內(nèi)外電鍍界一直致力于改進傳統(tǒng)鍍鉻工藝。如四川瀘州長江液壓機廠，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CASS試驗?zāi)臀g性達9級以上。
隨著時代的進步和科技的發(fā)展，在環(huán)境保護與清潔生產(chǎn)越來越受到世人重視的今天，各國對六價鉻的使用與含鉻廢水、廢氣的限制措施越來越嚴厲。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-非金屬復(fù)合層、無機代鉻層和有機代鉻層等。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。
煙臺電鍍技術(shù)服務(wù)部與濟南泰格化工有限公司研究的鎳鈷鐵合金代鍍鉻新工藝″具有國際領(lǐng)先水平的科技成果，其中dw-30型鍍種是專為取代硬鉻鍍種而研制開發(fā)的。已進行了兩年多的生產(chǎn)，主要產(chǎn)品為應(yīng)用于工程機械的液壓件，尺寸最長為3200mm，直徑最大為φ200mm，品種有12種之多。現(xiàn)就其用量較大的工程機械汽車起重機水平活塞桿進行抽樣檢測，共抽3批，每批20根。與鍍硬鉻進行了比較：
工件基本尺寸：長1800mm，直徑φ45mm–0.02-0.00 。該活塞桿原表面加工工藝為鍍鉻，加工工序為：清洗→鍍硬鉻(0.07mm)→清洗→200℃烘烤1小時→珩磨(后鍍層厚度為0.05mm)。要求：硬度>700Hv，超精加工表面粗糙度Ra=0.2，表面光亮無針孔、麻點、鍍層結(jié)合力強，沖擊無脫落。(有時有針孔)
現(xiàn)改為鎳鈷鐵合金電鍍加工工藝，加工工序為：清洗→鍍鎳鈷鐵(0.06mm)→清洗→240℃烘烤1小時→珩磨(后鍍層厚度為0.05mm)。現(xiàn)對鍍鎳鈷鐵型鍍層主要指標(biāo)進行檢測，共7項：1、尺寸均勻性;2、活塞桿的耐蝕性;3、硬度;4、超精加工可行性;5、與密封元件接觸中的摩擦參數(shù);6、鍍層的耐磨性;7、表面光潔度。
檢測狀況：
1、 尺寸均勻性：表面鍍0.06mm的鍍層，液壓桿上下誤差，圓周方向誤差方案為手工千分尺檢測)。
2、 活塞桿的耐蝕性：試樣：鎳鈷鐵、Cr鍍層試樣
檢測項目：
(1) 耐中性鹽霧加速腐蝕試驗;
(2) 耐5﹪H2S4O性能浸泡試驗;
(3) 耐5﹪Na2S性能浸泡試驗;
(4) 液壓油試驗。
檢測方法：
(1) 中性鹽霧試驗：
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10125-97“人造氣氛腐蝕試驗
中性鹽霧試驗”方法，試驗條件如下：
試驗溶液：5﹪NaCI用蒸餾水配制
試驗溫度：35±1℃，采用連續(xù)噴霧
pH值：6.5-7.2之間
(2) 耐H2S4O、Na2S溶液浸泡試驗：
參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB10124-88“金屬材料試驗均勻腐蝕全浸試驗方法”。試樣浸泡在一定介質(zhì)環(huán)境條件下，見表1：
表1 耐H2S4O、Na2S溶液試驗條件
溶液
試驗條件 室溫 H2S4O 5﹪
室溫 Na2S 5﹪
(3) 按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6461-2002 “金屬基體上金屬河其它無機覆蓋層——經(jīng)腐蝕試驗后的試樣和試件的評級”進行評級。
檢測結(jié)果：
檢測結(jié)果見表2、表3：
表2 鎳鈷鐵鍍層檢測結(jié)果
鹽霧加速腐蝕試驗 浸泡試驗(室溫)
3、 硬度：使用維氏硬度計檢測。
(鍍后)HV600-700，硬度波動范圍大;經(jīng)加熱烘烤后HV950-1100。
4、 超精加工的可行性：
鍍層經(jīng)油石超精后，用SRUTRONIC 3型粗糙度儀測得粗糙度為Ra0.1~0.2。
5、 與密封元件接觸中的摩擦參數(shù)：
活塞桿裝配后，使用特力液壓公司自制的試壓臺進行往復(fù)活塞試運行，起動壓力，內(nèi)外滲漏符合中華人民共和國機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/10205-2000。運動中鍍層與密封件磨擦系數(shù)與鉻層接近。耐壓30Mpa，無滲漏。
6、 鍍層的耐磨性：采用SST-ST銷盤式摩擦磨損試驗機(西德)進行對比試驗，試驗參數(shù)為如下:
試樣編號：
電鍍鎳鈷鐵合金試樣：50-FeNico、100-FeNico、150-FeNico
電鍍硬鉻試樣：50-Cr、100-Cr、150-Cr
試驗條件：
試驗負荷：50N、100N、150N; 摩檫方式：滑動摩檫;滑動速度：0.21m/s
潤滑條件：邊界潤滑; 潤滑介質(zhì)：N150蝸輪蝸桿油
試樣規(guī)格：φ50×8; 對偶件：GCr15標(biāo)準(zhǔn)鋼球(φ8)
環(huán)境溫度：15℃; 環(huán)境濕度：50-65%
試驗結(jié)果：
在邊界潤滑情況下，鎳鈷鐵合金試樣的摩檫系數(shù)為0.06-0.09，鍍鉻試樣的摩檫系數(shù)為0.12-0.14。其摩擦系數(shù)變化情況如下：
試驗結(jié)果：
鎳鈷鐵合金的摩擦系數(shù)比電鍍硬鉻小;鎳鈷鐵合金鍍層的線性磨損量優(yōu)于電鍍硬鉻層。
7、 表面光潔度：(檢測方案：質(zhì)檢員觀測和手摸)
表面光澤：與不銹鋼顏色相近，弱暗，手感比鍍鉻細膩，局部有亮點。
經(jīng)產(chǎn)品性能檢測，用dw-30型鍍層代替鍍硬鉻應(yīng)用于工程機械液壓桿，具有以下特點：
1、 從工藝加工過程及鍍液配方來看不含Cr6+ 和總Cr，對環(huán)境污染極小。
2、 從鍍層的均勻性來看比鍍鉻工藝要好，可以至少少珩磨掉1絲的鍍層，節(jié)約了鍍層成本和加工成本。
3、 從耐磨性來看，不僅耐鹽霧、耐酸的性能優(yōu)于鍍硬鉻，而且在液壓油中的腐蝕速度也低于鍍硬鉻的腐蝕速度。
4、 從耐磨性來看，其摩擦系數(shù)與硬鉻層相當(dāng)，但耐磨性優(yōu)于硬鉻層，更重要的是對對偶件的傷害小。
