長(zhǎng)壽命近中性電刷鍍鐵技術(shù)

分類：學(xué)術(shù)探討
發(fā)布時(shí)間：2024-10-14 17:34:13

費(fèi)敬銀

西北工業(yè)大學(xué) （710072）

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摘要

鍍鉻修復(fù)技術(shù)、低溫鍍鐵技術(shù)、電刷鍍修復(fù)技術(shù)是一種在低溫條件下恢復(fù)零部件尺寸的修復(fù)技術(shù)，鍍鐵層與基體結(jié)合牢度遠(yuǎn)高于噴涂技術(shù)，與焊修技術(shù)接近。但是鍍鉻技術(shù)存在環(huán)境污染，低溫鍍鐵修復(fù)技術(shù)需要在電鍍廠內(nèi)進(jìn)行批量生產(chǎn)，不適合單件維修，也無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修。常規(guī)電刷鍍鐵技術(shù)存在種種問(wèn)題，使用不便。采用西北工業(yè)大學(xué)研制成功了高穩(wěn)定、近中性電刷鍍鐵技術(shù)，可避免刷鍍液對(duì)非鍍部位的腐蝕，鍍液中所含的對(duì)Fe2＋有包覆作用的添加劑，可將Fe2＋與氧化劑（主要是空氣中的O2）進(jìn)行有效地隔離，從而顯著地提高了鍍液的穩(wěn)定性。使用此類電刷鍍鐵技術(shù)修復(fù)鋼鐵零部件，修復(fù)后的外觀與基材一致，達(dá)到修舊如新的目的。

關(guān)鍵詞：鍍鐵低溫鍍鐵電刷鍍機(jī)械維修中性鍍鐵

1 前言

電鍍修復(fù)技術(shù)是一種在能低溫條件下恢復(fù)零部件尺寸的常用修復(fù)技術(shù)。與焊修技術(shù)、熱噴涂（焊）技術(shù)相比，電鍍修復(fù)技術(shù)不會(huì)出現(xiàn)因局部高溫而帶來(lái)的種種問(wèn)題，而且電鍍層與基體結(jié)合強(qiáng)度遠(yuǎn)高于噴涂技術(shù)、與焊修技術(shù)相當(dāng)。電鍍修復(fù)技術(shù)是利用電解的原理將鍍液中的金屬離子還原成金屬原子并沉積在金屬表面形成具有金屬鍵結(jié)合和較大厚度的金屬覆蓋層。雖然電鍍層的種類繁多，但是可以用于零部件修復(fù)的鍍種主要有兩類，一類是鍍硬鉻，另一類是低溫鍍鐵。

2. 鍍鉻修復(fù)技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)

從修理后工件的使用效果來(lái)看，鍍鉻層較其它金屬鍍層具有更好的性能，其突出特點(diǎn)如下：

（1）鍍鉻層的硬度高，一般認(rèn)為鍍鉻層的顯微硬度可達(dá)到600~1000Hv。實(shí)際使用厚鉻鍍層的硬度多在600Hv左右。太硬的鍍鉻層因內(nèi)應(yīng)力太大，常常存在微觀裂紋或出現(xiàn)起皮現(xiàn)象，不宜用于修復(fù)超差較大的工件。

（2）鍍鉻層有較低的摩擦系數(shù)，因此與鍍鉻層配合的摩擦副有較長(zhǎng)的使用壽命。

（3）鍍鉻層有較好的耐熱性能，在500℃以下使用，鍍層硬度不會(huì)明顯下降，適合修復(fù)工作溫度較高的零部件（如缸套、活塞環(huán)等）。

（4）無(wú)表面缺陷的鍍鉻層有很好的耐腐蝕性（鉻層不宜太厚，太厚就有微觀缺陷。鍍鉻層一旦存在表面缺陷，還會(huì)加速基體材料的腐蝕），對(duì)于在野外、潮濕環(huán)境下工作的零部件（如液壓桿、工程機(jī)械、礦山機(jī)械等），一般采用多層復(fù)合鍍層，先用鍍銅層作底層、再用鍍鎳層作防腐層、最后用鉻作面層（工作層）。

鍍鉻修復(fù)工藝的以下缺點(diǎn)在一定程度上限制了鍍鉻層的使用：

（1）鍍鉻層的油附性不好，潤(rùn)滑油很難在完整、光滑的鉻層上形成油膜，當(dāng)潤(rùn)滑不良時(shí)，局部易出現(xiàn)干摩擦現(xiàn)象。

（2）難以電鍍出既有較高硬度、又有較大厚度的鉻層，當(dāng)修復(fù)超差較大的工件時(shí)，常常出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

（3）配制鍍鉻液的主要原料（鉻酐）有毒性，對(duì)人體有害，對(duì)環(huán)境有污染。

（4）鍍鉻時(shí)電流效率低、沉積速度慢。鍍液分散能力、深鍍能力差常常出現(xiàn)漏鍍現(xiàn)象。高電流密度區(qū)鍍層粗糙、甚至產(chǎn)生毛刺。

由于鍍鉻工藝既有優(yōu)點(diǎn)，又有缺點(diǎn)，因此在選擇鍍鉻工藝修復(fù)工件時(shí)，應(yīng)揚(yáng)長(zhǎng)避短，以免產(chǎn)生不良后果。

3. 鍍鐵——低溫鍍鐵修復(fù)技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)

鐵鍍層具有光亮的銀白色，其化學(xué)成份與工業(yè)純鐵相似，但硬度遠(yuǎn)高于工業(yè)純鐵。鍍鐵層在潮濕的空氣中容易生銹，在酸性（鹽酸、硫酸、硝酸等）溶液中不穩(wěn)定（但是在濃度很高的強(qiáng)氧化性酸中可以鈍化，可耐濃硫酸、濃硝酸的腐蝕），在濃堿中也會(huì)緩慢溶解。因此，很少將其用作防腐蝕鍍層，多將其用作因磨損超差工件表面的修復(fù)，如曲軸、缸體等，在農(nóng)機(jī)、交通、船舶、鐵路領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

鍍鐵技術(shù)分為高溫鍍鐵（鍍液溫度在90℃以上）和低溫鍍鐵（鍍液溫度在40℃左右）兩大類。高溫鍍鐵層的硬度較低，多用于印刷機(jī)械表面改性、或電烙鐵的表面改性，很少用于耐磨性要求較高的場(chǎng)合。高溫鍍鐵和低溫鍍鐵的鍍液組成相似，若在低溫條件下使用直流電鍍時(shí)，鍍鐵層的硬度較高，但鍍層脆性大，不適合修復(fù)磨損件。如果采用不對(duì)稱交——直流電源，鍍鐵層的硬度可以通過(guò)改變電源的輸出模式進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，使用不對(duì)稱交——直流電源的低溫鍍鐵技術(shù)多用于機(jī)械維修。由于電鍍鉻修復(fù)工藝存在難以克服的缺點(diǎn)（主要是安全、環(huán)保問(wèn)題），近年來(lái)，傳統(tǒng)的不對(duì)稱交——直流低溫鍍鐵修復(fù)技術(shù)（簡(jiǎn)稱低溫鍍鐵技術(shù)）又再次成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

現(xiàn)在常用的低溫鍍鐵技術(shù)源于20世紀(jì)60年代前蘇聯(lián)開(kāi)發(fā)的低溫鍍鐵工藝，70年代前后，該工藝被引入我國(guó)并用于農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械以及汽車工業(yè)的維修。該工藝的技術(shù)核心在于使用了不對(duì)稱交——直流電源（通過(guò)改變可控硅整流器的導(dǎo)通角調(diào)整電源輸出的不對(duì)稱性），通過(guò)調(diào)整電源輸出的不對(duì)稱比（β），可以實(shí)現(xiàn)在低溫（30~50℃）條件下電鍍出具有不同硬度的鍍鐵層。雖然低溫鍍鐵時(shí)，鍍液的溫度并不低，但相對(duì)于傳統(tǒng)的高溫（90~100℃）鍍鐵工藝而言，這種接近常溫的鍍鐵工藝被稱為低溫鍍鐵工藝。關(guān)于低溫鍍鐵工藝的技術(shù)詳解，請(qǐng)參閱作者編著的高等學(xué)校教材《機(jī)械設(shè)備維修工藝學(xué)，主編：費(fèi)敬銀，出版社：西北工業(yè)大學(xué)出版社，時(shí)間：2001年第二版》

4 電刷鍍鐵技術(shù)

雖然低溫鍍鐵是一種修復(fù)磨損件的有效方法，但其只適合在電鍍車間進(jìn)行批量生產(chǎn)。對(duì)于單個(gè)磨損件的修復(fù)，有時(shí)并不實(shí)用。采用電刷鍍修復(fù)技術(shù)修復(fù)磨損的零部件，顯得更有生命力。目前用刷鍍法修復(fù)磨損件的主要鍍種是鍍鎳或鍍鎳基合金，但由于鎳層的顏色和鋼鐵基體反差較大，不能達(dá)到修舊如新的目的。如果用戶要求修復(fù)部位的顏色與基體一致，建議使用電刷鍍鐵修復(fù)技術(shù)。

目前，電刷鍍鐵溶液主要有四類：氯化物鍍鐵液、硫酸鹽鍍鐵液、氟硼酸鹽鍍鐵液和氨基磺酸鹽鍍鐵液。

4.1 氯化物鍍鐵液

氯化物電刷鍍鐵溶液中的主鹽是氯化亞鐵。最簡(jiǎn)單的鍍液組成是用鹽酸酸化的氯化亞鐵溶液，有時(shí)向其中加入一些導(dǎo)電鹽（如氯化鈉等）、抗氧化劑（如抗壞血酸等）或可以形成鐵基合金鍍層的鹽類（如鈷鹽、鎳鹽等）。該鍍液的優(yōu)點(diǎn)是鍍液成本低，鍍層硬度高，缺點(diǎn)是鍍液穩(wěn)定性差，鍍層脆性大。對(duì)于進(jìn)行批量電刷鍍鐵生產(chǎn)的單位，可以采用適當(dāng)?shù)姆姥趸胧行У乜刂棋円褐腥齼r(jià)鐵離子（Fe3＋）的含量。但電刷鍍鐵溶液純化過(guò)程的操作步驟比較麻煩，詳情可參閱費(fèi)敬銀等撰寫的電刷鍍鐵技術(shù)研究論文。（1. 作者：費(fèi)敬銀，題目：鐵電刷鍍液穩(wěn)定性探討，刊物名稱：電鍍與涂飾，出版年月：1994年01期。2. 作者：費(fèi)敬銀，題目：刷鍍參數(shù)及工藝對(duì)鐵層性能的影響，刊物名稱：電鍍與涂飾，出版年月：1994年01期）。

4.2 硫酸鹽鍍鐵液

硫酸鹽電刷鍍鐵溶液中的主鹽是硫酸亞鐵。最簡(jiǎn)單的鍍液組成是用硫酸酸化的硫酸亞鐵。有時(shí)可向其中加入一些導(dǎo)電鹽（如硫酸鉀等）、抗氧化劑（如草酸等）或可以形成鐵基合金鍍層的鹽類（如鈷鹽、鎳鹽等）。該鍍液的優(yōu)點(diǎn)是鍍液腐蝕性較弱，鍍液穩(wěn)定性較氯化物鍍液高。缺點(diǎn)是沉積速度慢，鍍層硬度稍低。與氯化物鍍液相似，仍然存在鍍液中二價(jià)鐵（Fe2＋）的氧化問(wèn)題。提高鍍液穩(wěn)定性的措施與氯化物鍍鐵技術(shù)相似。

4.3氟硼酸鹽鍍鐵液

氟硼酸鹽電刷鍍鐵溶液中的主鹽有兩類，一類是在氯化亞鐵鍍液中添加氟硼酸，另一類是直接使用氟硼酸亞鐵。該鍍液的優(yōu)點(diǎn)是鍍液的抗氧化性、鍍液的緩沖能力較好，鍍層結(jié)晶細(xì)密。缺點(diǎn)是氟硼酸對(duì)人體有害，有脫鈣反應(yīng)（如裸手接觸鍍液時(shí)，指甲有灼傷感），鍍層硬度稍低。一般不使用該類電刷鍍鐵溶液。

4. 4基磺酸鹽鍍鐵液

氨基磺酸鹽電刷鍍鐵溶液中的主鹽是氨基磺酸鐵，向其中加入少量的硼酸、表面活性劑即可使用。該鍍液的優(yōu)點(diǎn)是鍍液的抗氧化性、鍍液的緩沖能力較好，鍍層結(jié)晶細(xì)密。缺點(diǎn)是鍍液成本高，常溫刷鍍時(shí)，電流效率低，沉積刷鍍慢。很少有人使用此類電刷鍍鐵溶液。

5. FJY高穩(wěn)定、近中性電刷鍍鐵技術(shù)

雖然上述四類電刷鍍鐵溶液各有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，但都存在共性問(wèn)題。1. 鍍液呈強(qiáng)酸性，易造成非鍍部位的腐蝕。2. 鍍液穩(wěn)定性差，二價(jià)鐵離子（Fe2＋）易氧化成三價(jià)鐵離子（Fe3＋）。為了解決這些共性問(wèn)題，西北工業(yè)大學(xué)研制成功了FJY系列高穩(wěn)定、近中性電刷鍍鐵新技術(shù)。因?yàn)樵撳円航咏行裕苊饬怂㈠儠r(shí)鍍液對(duì)非鍍部位的腐蝕。鍍液不是由簡(jiǎn)單的鐵鹽構(gòu)成，使用了對(duì)Fe2＋有包覆作用的添加劑，將Fe2＋與氧化劑（主要是空氣中的O2）進(jìn)行有效地隔離，從而顯著地提高了電刷鍍鐵溶液的穩(wěn)定性。

使用此類電刷鍍鐵技術(shù)修復(fù)碳鋼零部件，既不會(huì)造成工件的過(guò)腐蝕，也會(huì)使鍍鐵修復(fù)后的外觀與基材一致，達(dá)到修舊如新的目的。

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6 結(jié)論

低溫鍍鐵、電刷鍍鐵修復(fù)技術(shù)是一種在低溫條件下恢復(fù)零部件尺寸的修復(fù)技術(shù)，鍍鐵層與基體結(jié)合牢度與焊修技術(shù)接近。但是低溫鍍鐵修復(fù)技術(shù)需要在電鍍廠內(nèi)進(jìn)行批量生產(chǎn)，不適合單件維修，也無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修。常規(guī)電刷鍍鐵技術(shù)存在種種問(wèn)題，使用不便。本文提出的FJY系列高穩(wěn)定、近中性電刷鍍鐵技術(shù)無(wú)腐蝕、鍍液穩(wěn)定，用其代替現(xiàn)有電刷鍍鐵技術(shù)解決一些特殊問(wèn)題可能更加合適。

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公眾號(hào)：FJY電刷鍍

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