电镀硬铬在特殊螺旋结构中的应用∗

廖腾勇 郑寿庆（中国船舶重工集团公司第七二二研究所武汉430079）

电镀硬铬在特殊螺旋结构中的应用∗

廖腾勇 郑寿庆
（中国船舶重工集团公司第七二二研究所武汉430079）

介绍电镀硬铬工艺在特殊螺旋副结构中的应用，阐述了该工艺的化学原理，工艺流程，工艺参数选择和控制。为电镀硬铬技术应用于特殊环境下做了有益的尝试性工作，取得不错效果。

螺旋副；电镀硬铬；电流密度；温度

ClassNumber TQ153

1 引言

在某设备中，采用螺旋机构将回转运动变为直线往复运动，以实现机构的自动化，减少人工干预，同时简化控制系统。在样机的运转调试过程中，发现螺旋传动的螺母非常容易产生磨损，甚至螺母在短时间内就因磨损量太大而失效。图1为螺母工作面在运转30min后出现的磨损。

2 原因分析

由于该设备需要长期在海洋环境中工作，普通螺杆/螺母的所用的材料如45、50号钢（经调质处理）等因易受海水腐蚀，无法应用于此设备。为使设备满足长期在海洋环境下工作的要求，设备需选用某奥氏体不锈钢材料来加工制造螺杆螺母。

该奥氏体不锈钢机械性能：抗拉强度σb³550（MPa），屈服强度σs³200（MPa），硬度：£200HV，而45号钢硬度可以达到450HV以上。在相同的工况条件下，通常硬度高的材料耐磨性相对较好。因此，要提高该螺旋副的耐磨性能，可以采取提高螺旋副材料或其工作表面硬度的技术手段来满足设备的使用要求。由于该奥氏体不锈钢无法通过常规热处理方法在提高硬度的同时确保其耐海水腐蚀的性能。因此，采取合适的表面处理方法来提高其工作面的硬度和耐磨性以满足设备的使用要求是必然选择。

电镀硬铬层有表面光洁度好，耐腐蚀，硬度高耐磨损，零件变形小，表面美观的优势，但价格高，镀后需加工，不适用表面比较复杂的零件［1］。

3 电镀硬铬的化学原理

3.1 镀铬的阴极过程

尽管镀铬液十分简单，但铬沉积的机理却甚为复杂。金属铬是从六价铬直接还原的［2］。一般情况下，六价铬主要以铬酸和重铬酸的形式存在：

铬酸在水溶液中分二步电离：

当溶液的pH值小于1，Cr2O72-为主要的存在形式，此时的阴极反应为

当溶液的pH值为2~6时，Cr2O72-与HCrO4-之间存在着下述平衡：

HCrO4-直接放电形成金属铬：

HCrO4-+6e+3H+→Cr+4OH-同时在阴极上明显有氢气析出：

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以上基于HCrO4-和Cr2O72-共同还原形成金属铬的理论。阴极胶体膜理论认为，胶体膜的存在是Cr6+还原为Cr0的必要条件［3］。但不是充分条件，因为胶体膜十分致密，只允许H+通过，而阻止的通过，使其不能达到电极表面。镀液中加入后，由于SO42-吸附在阴极胶体膜上，并发生反应，使胶体膜溶解，生成了易溶于水的化合物。胶体膜的溶解使阴极表面局部暴露。而且，在这些局部区域的电流密度较大，其电极电位较负，使HCrO4-能在阴极上放电而还原为金属铬［4］。

综上所述，只有阴极表面始终存在着阴极胶体膜的生成和溶解的交替过程，才能实现铬的电沉积。阴离子SO42-的存在不仅促进了Cr3+的生成，为阴极胶体膜的形成创造了条件；而且会使胶体膜溶解。阴极胶体膜的特性随着镀液组分、电流密度和温度的变化而变化，从而引起电流效率和沉积层变化［5］。

3.2 镀铬的阳极过程

镀铬时阳极上发生如下反应：

4 电镀硬铬的工艺参数选择

4.1 电镀流程

手工除油→装挂→电解除油→热水洗→冷水洗→阳极腐蚀→冲击镀铬→镀铬→回收→冷水洗→热水洗→干燥→除氢［6］。

4.2 关键工艺控制

4.2.1 镀前预热

4.2.2 阳极腐蚀

阳极处理会使工件表面出现微观腐蚀，提高镀层结合力［8］。但必须选择合适的电流强度和时间，否则容易产生麻点影响质量。

4.2.3 槽液温度和电流密度控制

槽液温度和电流密度对镀液分散能力、覆盖能力和电流效率、镀层外观、硬度影响很大［9］，必须严格控制并配合使用。

4.2.4 阴阳电极的设计

控制阳极和阴极的相对位置在10cm左右，且阳极长度稍长于阴极并对称布置。

4.2.5 挂具控制

挂具应控制工件距离槽液液面50mm以上，距离槽底不小于100mm，这样可以保证镀铬过程中不受其他因素干扰。

4.3 工艺参数

硬铬层的硬度和电镀时的温度、电流密度和溶液成分有关，同时，其耐磨性在硬铬层硬度HV在750~800的中等硬度时最好［10］。按图2所示，温度和电流密度对硬铬层硬度的影响曲线，考虑实际生产效率和加工成本，采用50℃和50A/dm2的电流密度，并且温度变化不超过±2℃，电流密度变化不超过±5A/dm2［11］。

5 结语

在螺旋副工作面作电镀硬铬表面处理后（设计镀层厚度单边0.1mm），设备在运转160小时后螺旋副基本无磨损，镀层光亮，耐蚀性、抗摩擦性能俱佳，大大好于前期试验情况，满足设计使用要求。

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Application of Hard Chrome Plating in Special SpiralStructure

LIAO Tengyong ZHENG Shouqing
（No.722Research Institute，CSIC，Wuhan 430079）

The article introduces the hard chrom ium plating process in the app lication of the special screw pair structure.Itde⁃scribes the process of chemical principle，process flow，process parameter selection and control.The beneficial trialwork of hard chromium plating technology app lication in specialenvironmenthasbeen done，good effect isobtained.

screw pair，hard chrome plating，currentdensity，temperature

TQ153

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.05.033

2016年11月10日，

2016年12月25日

廖腾勇，男，工程师，研究方向：天线结构设计。郑寿庆，男，工程师，研究方向：天线结构设计。