身管内膛流动镀铬新工艺

李洪，高岳，郭阳，张必良，刘兵，喻翔*

（重庆建设工业(集团)有限责任公司，重庆 400054）

身管作为轻武器的核心零部件[1]，由于其内膛的服役环境为高温、高压以及强摩擦，单纯依靠身管基体材料本身的性能无法满足其综合性能的要求[2]，因此常利用镀铬工艺在其内膛表面镀一定厚度的铬层，以达到抗腐蚀、耐磨损、低摩擦的目的[1-2]，最终延长轻武器的综合寿命[3]，提高射击精度。

利用传统的镀铬技术(浸泡式)对身管进行镀铬作业时，由于是在细长管的内孔镀铬，内膛铬层质量较难把控，镀后往往出现锥差(纵向不均匀度)大、“腰鼓”、粗结晶以及光洁度差等缺陷[4-5]，造成身管一次性镀铬合格率较低[6]，而且大量的返工返修也极大地提高了生产成本。

虽然目前有不少解决办法[3,7-9]，并在镀薄铬方面取得了良好的效果[10]，但对于厚铬，还没有明显的突破。身管镀后一般对铬层厚度要求较高，且锥差要求控制在很小范围内，这无疑对身管内膛镀铬技术提出了严峻的考验。

身管内膛镀铬过程中，由于阴阳极反应所产生的气体自下而上运动所能带动的溶液循环量有限，造成气体在上部聚集，使得上部电阻增大，最终引起上端铬层较薄，下端铬层较厚，即两端锥差大。针对这一问题，有学者指出流动槽液可有效地调整深孔管镀铬层的锥差[11]。受此研究思路启发后，自行研发设计出流动镀铬设备，与传统工艺最大的不同在于：身管不需要浸泡于电镀液中，只需将电镀液以一定的流速在身管内膛中稳定循环即可达到内膛电镀铬的目的，同时通过精准控制溶液的流速，以求最大限度地降低阴阳极产生的气体与溶液之间的相对速度，避免因气体聚集而引起身管上下端电阻不一致，避免铬层产生锥差缺陷。

本文采用流动镀铬工艺技术对新型步枪身管镀铬，对不同的供电方式、上下模具装夹方式、工艺参数等进行了探讨。

1 身管流动镀铬的设计

传统电镀是将镀件作为阴极浸泡于电解液中，与阳极构成回路，通电后发生氧化还原反应，使金属离子还原沉积到阴极表面的表面处理工艺技术。所谓的流动镀铬，则不需要将身管浸泡于电镀液中，而是利用管道连接好身管的两端，用泵将电解质溶液抽吸通过内膛，并用电磁球阀精准控制电解液的流速，便可在身管内膛表面镀铬，如图1所示。

图1 双端电流强制均匀法流动镀铬工艺的原理示意图Figure 1 Schematic diagram showing the principle of uniform chromium plating by using two anodes applied with electric current at their both ends under flowing condition

2 流动镀铬工艺流程

身管镀铬工艺流程为：化学除油→热水洗→清洗→酸洗→冷水洗→热水洗→烫干→清洁内膛附着物→检验内膛→装架→镀铬→下架→检验尺寸。

本次身管流动镀铬试验采用中等浓度的普通镀铬液。

3 流动镀铬工艺研究

3.1 流速对身管镀铬层质量的影响

身管镀铬属于细长管内孔镀铬，采用流动电镀方式时，其内膛充满的电解液有限，若电镀过程中离子得不到及时补充，则很难保证铬层的质量。因此，流速是流动镀铬工艺中首要解决的关键问题。

试验表明，当流速较低时，铬层的外观质量较差，呈暗灰色并伴有粗结晶。低流速电镀液循环于身管内膛时，溶液从槽体经过管道流向身管内膛的路径中会损耗部分热量，使实际身管内膛溶液的温度低于槽体的溶液温度，即电镀作业时温度偏低会导致铬层呈暗灰色。另外，流速较低也不利于晶核生长，晶体长大的速率大于晶核生成的速率，最终形成粗结晶。同理，当流速较大时，晶核生成的速率略低于晶体长大的速率，铬层表面也会有少量粗结晶。只有当流速适中时，镀后铬层才会呈现银白色光泽，无粗结晶现象。

试验过程中还发现：低流速电镀时，反应所产生的气体易聚集成大气泡，影响铬层的尺寸均匀性；而当流速适中或较高时，气泡均匀细小，不易团聚，镀后铬层的尺寸一致性较好。

3.2 阳极供电方式对镀铬层尺寸均匀性的影响

深孔镀铬采用的阳极钢丝一般是通过在低碳钢丝表面先镀铜后镀铅所制成。由于其材料本身具有一定的电阻，电镀的过程中会产生一定的电位降，最终引起身管镀铬层出现锥差及“腰鼓”等缺陷。

实验表明，无论采用上端(如图2a所示)还是下端(如图2b所示)的单端供电方式都对身管内膛铬层尺寸的锥差产生较大影响，达不到工艺要求，同时身管“腰鼓”缺陷被放大；而采用双端供电的方式(如图2c所示)可以有效改善内膛尺寸的均匀性，缩小了“腰鼓”缺陷的范围。这说明双端供电方式可以有效解决电流密度分布的均匀性，与陈胜等人[10]在浸泡镀时采用双端供电的效果类似。

图2 不同钢丝阳极供电的方式Figure 2 Different methods for applying current on the steel wire as an anode

3.3 上下工装模具的设计

上下工装模具与身管在使用过程中靠刚性配合抱紧，有时会出现定位精度差、钢丝阳极偏心之类的问题，从而造成铬层偏心或烧蚀。为此，参考了向家云等人[12]的设计，上下工装采用弹性夹头，使上下模具与身管依靠弹性配合抱紧，有效解决了偏心和烧蚀问题，保证了身管一次镀铬的合格率。

3.4 电流强制均匀法对尺寸均匀性的影响

阳极钢丝采用双端供电方式虽然能有效改善因阳极钢丝电阻所产生的电位降，从而避免锥差和“腰鼓”缺陷的产生，但对于长时间镀厚铬而言仍需进一步优化。为此，在双端供电方式的基础上，特提出一种电流强制均匀化的做法。为避免因阳极钢丝、气体等所造成的电位降而引起的身管上下部分电流分布不均匀的现象，将原身管共用1个阳极输出改为由2个单独阳极输出(如图3所示)，使身管上下部分的电流分布更均匀，降低锥差和腰鼓缺陷的产生。

图3 双端电流强制均匀法Figure 3 Uniformization of current distribution by applying current at two anodes at their both ends

原来身管上下端采用1个共用阳极输出时，往往出现上下部分电流分布不均匀且不稳定的现象。而采用双端电流强制均匀法时，电源向2个单独的阳极强制输出给定电流，使身管上下部分电流分布均匀，不相互影响，镀铬过程中保持稳定，提高了身管镀铬的一致性。经过改进后，试验过程中测得身管上下部分的电流差被控制在2 A以内，极大地稳定了整件身管的电流分布，效果显著。

3.5 连续生产试验

通过大量的试验验证后，锁定了流动镀铬各项工艺参数，并连续试验了20件身管。结果表明，内膛铬层厚度尺寸锥差与“腰鼓”缺陷得到了有效控制，铬层尺寸一致性较好，锥差也控制在允许值的一半以内，且无“腰鼓”缺陷，一次镀铬合格率为90%，而原浸泡镀的一次镀铬合格率只有30%。可见流动镀铬工艺令细长管内孔镀厚铬的质量有了质的飞跃，也为深孔镀铬表面处理技术的研究提供了新思路和新方向。

4 结语

本文以解决实际工艺应用为需要，针对深孔镀厚铬这一难题，提出了流动镀铬新工艺，并对其工艺参数和电流加载方式进行了考察。在采用双端电流强制均匀法的情况下，身管镀铬层尺寸的一致性较好，锥差及“腰鼓”缺陷得到了有效控制，一次镀铬合格率提高了2倍。