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摘要:介紹了一種實(shí)用性防滲碳無(wú)氛堿性鍍銅新工藝，先進(jìn)行預(yù)被銅，再進(jìn)行檸檬酸鹽鍍銅。給出了工藝流程及工藝規(guī)范。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，該工藝操作簡(jiǎn)單，鍍液維護(hù)方便，鍍層細(xì)致、均勻，結(jié)合力強(qiáng)。該工藝復(fù)合環(huán)保要求，可以取代防滲破氛化鍍銅工藝。
關(guān)鍵詞:防滲碳;無(wú)氛堿性;預(yù)鍍銅;檸檬酸鹽鍍銅
中圖分類號(hào):TG178;TQ153 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1004一227X(2006)12 -0049一03
1 前言、
筆者所在公司20世紀(jì)50年代曾建有1條氰化鍍銅生產(chǎn)線，有2個(gè)1 000 L的氰化鍍銅槽，主要對(duì)變速器中的各種大小內(nèi)花鍵齒輪、花鍵軸、球頭銷等局部滲碳件進(jìn)行鍍銅保護(hù)。由于多數(shù)零件滲碳層大于1m m,90 0℃高溫滲碳時(shí)間大于10h ，因此，銅層若結(jié)合力不好或銅層較薄時(shí)，均經(jīng)受不了長(zhǎng)時(shí)間的高溫?zé)崽幚恚瑫?huì)出現(xiàn)漏碳現(xiàn)象，形成鍍銅部位局部高硬度點(diǎn)，在后續(xù)精拉花鍵或銑鍵槽時(shí)打壞拉刀、銑刀，有的滾齒出現(xiàn)打滑滾不動(dòng)現(xiàn)象。據(jù)出國(guó)人員介紹，西德ZF變速器公司在20世紀(jì)90年代初對(duì)防滲碳齒輪零件還是采用氰化鍍銅工藝，由此可見(jiàn)，對(duì)重載齒輪零件防滲碳的功能性銅層采用無(wú)氰鍍銅工藝難度相當(dāng)大。
2003年，根據(jù)國(guó)務(wù)院出臺(tái)的國(guó)家經(jīng)貿(mào)委32號(hào)令，筆者所在公司決定建一條無(wú)氰鍍銅生產(chǎn)線取代氰化鍍銅生產(chǎn)線。該線2005年上半年建成下半年開(kāi)始試生產(chǎn)，國(guó)慶節(jié)后正式生產(chǎn)。
2 鍍銅工件的工藝流程
工件粗加工成型一除油一滲碳部位涂蠟一電解除油一清洗一活化一清洗一堿性無(wú)氰預(yù)鍍銅一清洗一堿性檸檬酸鹽鍍銅一清洗一檢驗(yàn)一滲碳一淬火、回火一退銅一機(jī)加精加工(精拉內(nèi)花鍵、滾外花鍵、車螺紋、銑鍵槽、清絲等)。
3 無(wú)抓鍍銅工藝的選擇和試驗(yàn)
3.1 無(wú)橄鍍銅工藝的選擇
筆者所在公司招標(biāo)的無(wú)氰鍍銅生產(chǎn)線廢氣處理采用一個(gè)酸堿廢氣中和處理塔進(jìn)行，因此，國(guó)內(nèi)一些工廠使用的先氰化預(yù)鍍銅，再焦磷酸鹽或硫酸鹽鍍銅加厚工藝顯然不行。一是沒(méi)有徹底除掉氰化鍍銅工藝，二是若采用氰化預(yù)鍍銅則必須單獨(dú)對(duì)其產(chǎn)生的廢氣增加一個(gè)氰化廢氣處理塔。這不僅增加了投資成本，而且活化槽的酸霧與氰化預(yù)鍍含氰廢氣混合后會(huì)產(chǎn)生劇毒氫氰酸廢氣，造成空氣污染。
一些 工 廠 采用的先無(wú)氰浸銅，再焦磷酸鹽鍍銅加厚工藝，其銅層結(jié)合力質(zhì)量不穩(wěn)定，在高溫滲碳時(shí)容易起泡脫落，已逐漸被淘汰。還有單位采用鍍鎳打底，硫酸銅鹽鍍銅加厚工藝進(jìn)行防滲碳。但采用該工藝時(shí)，零件不鍍銅部位(絕緣部位)和鍍銅部位的交界處常因絕緣層邊緣起翹而產(chǎn)生界面腐蝕，這是工廠不能接受的，而且退銅時(shí)，還要增加一次退鎳工序，又增加了工序和費(fèi)用成本。
也有論文指出來(lái)用防滲碳涂料來(lái)保護(hù)不滲部位。但筆者所在公司有些軍品零件滲碳淬火在德國(guó)進(jìn)口的多用爐中進(jìn)行，其使用的淬火油很昂貴，且有循環(huán)冷卻系統(tǒng)。若涂涂料進(jìn)行防滲碳淬火，則會(huì)引起涂料脫落，污染淬火油和堵塞循環(huán)冷卻系統(tǒng)。
曾有工廠采用先堿性活化再檸檬酸鹽鍍銅工藝對(duì)幾個(gè)簡(jiǎn)單零件進(jìn)行防滲碳鍍銅取得成功，因此，筆者決定采用此工藝，并進(jìn)行工藝試驗(yàn)。
3.2 堿性無(wú)橄鍍銅工藝試驗(yàn)
試驗(yàn)方案是:工件除油一清洗一鹽酸活化一清洗一堿性活化一清洗一堿性鍍銅加厚一清洗一檢測(cè)。
考慮防滲碳鍍銅不能有孔隙，要求銅層很致密。因此，大膽設(shè)想采用單脈沖電源取代一般可控硅電源進(jìn)行鍍銅。經(jīng)多次試驗(yàn)確定最佳電源工藝參數(shù)為:占空比W=60，脈沖頻率F =400，穩(wěn)壓U=4.2 -4.8 Vo
通過(guò)試板施鍍發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流電壓較大時(shí)銅層易燒焦起皮，電流電壓太小時(shí)又鍍得很慢，只有當(dāng)電流電壓較為適當(dāng)時(shí)，鍍層才細(xì)致，且厚度大于25 Fa,m后，檢
測(cè)孔隙才不會(huì)出現(xiàn)藍(lán)點(diǎn)，用銼刀法和劃格法測(cè)結(jié)合力合格。
試板試驗(yàn)基本成功后，配100L 鍍液進(jìn)行小工件中試，但是一次合格率不高，約30%左右，且時(shí)常有鍍層起皮現(xiàn)象，究其原因，估計(jì)是由于堿性預(yù)鍍和檸檬酸鹽鍍銅不像氰化鍍銅那樣有很強(qiáng)的絡(luò)合能力、分散覆蓋能力和良好的出油能力[a]，因而只要工件有少量油膜沒(méi)除干凈，銅層結(jié)合力就不好，容易起皮。但發(fā)現(xiàn)只要是鍍層結(jié)合力良好，又檢查孔隙無(wú)藍(lán)點(diǎn)的工件，則追蹤熱處理效果還是良好，無(wú)漏碳現(xiàn)象。
4.無(wú)氰鍍銅工藝的確定
經(jīng)電鍍協(xié)會(huì)介紹，筆者試用BH-580無(wú)氰堿銅(廣州二輕研究所研制)，試鍍效果與氰化預(yù)鍍銅效果很接近，但雙極鍍銅經(jīng)試驗(yàn)不行。
因雙極鍍銅時(shí)齒輪的外壁為電流的流出端，處于陽(yáng)極狀態(tài)，其相界面上發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生微溶解，而BH-580無(wú)氰堿銅對(duì)Fe3+ 的溶解度為0.4留L，很低。檸檬酸鹽鍍銅液效果更差，鍍銅不到1h，鍍液就由深藍(lán)色變淺綠色，無(wú)法繼續(xù)上銅。因此，內(nèi)花鍵齒輪只好全部取消雙極鍍銅，而采取涂蠟掛鍍。
4.3 無(wú)氛堿性檸檬酸鹽鍍銅液配制
(1)放約1/2體積的去離子水。
(2)加檸檬酸約
(3)加25k gN aOH片堿，測(cè)pH= 40
(4)逐漸加人堿式碳酸銅55k go
(5)再逐漸加人75k gN aOH，調(diào)pH= 9 ，若pH高可加檸檬酸。
(6)加 1. 5k g粉狀活性碳，溶液呈黑色。
(7)靜置1天后，用過(guò)濾機(jī)過(guò)濾，并不斷洗濾芯(總共要洗十幾次，才基本將活性碳除去)。
(8)加酒石酸鉀鈉40k go
(9)加碳酸氫鈉15k go
(10)加二氧化硒20k g(溶解后加)。
(11)加苯酚約
(12)用檸檬酸和NaOH調(diào)整pH二90
(13)用不銹鋼做陽(yáng)極電解12h o
4.4 檸檬酸鹽鍍銅液Cul+分析
(1)吸取鍍液
(2) 加過(guò)硫酸鉸(NH,)2 S20,
(3) 加PAN指示劑5一6滴，溶液呈紫紅色。
(4)用
(5) 計(jì)算 :p( Cu e") = 0.635x V x 5 。其中，V為EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積數(shù)。
4.5 鍍銅液的維護(hù)
預(yù)鍍銅液每周添加約100m l,補(bǔ)給劑。因預(yù)鍍銅層是打底層，因此沒(méi)有添加光亮劑，鍍件應(yīng)帶電下槽。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)極掛銅棒時(shí)，鍍液中Cu2+會(huì)不斷增加，不便控制和添加開(kāi)缸劑。這樣預(yù)鍍液中除Cu2十外，其它有效成分會(huì)不斷降低，預(yù)鍍銅的質(zhì)量會(huì)下降(色澤和結(jié)合力等)，因此，采用不銹鋼板取代銅板做陽(yáng)極。現(xiàn)鍍槽用4塊不銹鋼板做陽(yáng)極，每2周添加約25 kg開(kāi)缸劑，則鍍液中Cu2+和其它成分基本穩(wěn)定。預(yù)鍍層色澤和結(jié)合力等性能保持良好。預(yù)鍍銅層與檸檬酸鹽的加厚銅層結(jié)合力良好(若Cu2+較低，可補(bǔ)加兩塊銅陽(yáng)極板)。
由于某些原因，化驗(yàn)室只化驗(yàn)鍍銅液中的Cu2+含量，而對(duì)鍍液中的配位劑檸檬酸和酒石酸鉀鈉沒(méi)有分析。Cu2十高了取一些銅陽(yáng)極板，Cu2+太低時(shí)加適量堿式碳酸銅。根據(jù)摸索生產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量情況，確定了2-3個(gè)月加一次配位劑和光亮劑(即加10 kg檸檬酸，1.5 k g酒石酸，10g S e03，再用NaOH將鍍液pH調(diào)到9)。這樣基本能維護(hù)鍍液成分的穩(wěn)定，從而保證鍍銅層質(zhì)量。
5 結(jié)論
(1)對(duì)重載變速器的內(nèi)花鍵齒輪、花鍵軸、球頭銷等深層滲碳零件的防滲碳無(wú)氰鍍銅工藝，筆者通過(guò)創(chuàng)新思維將新型無(wú)氰堿性預(yù)鍍銅液與老檸檬酸鹽無(wú)氰堿性鍍銅液有機(jī)結(jié)合在一起，檸檬酸鹽鍍銅采用脈沖新電源進(jìn)行電鍍的環(huán)保新型無(wú)氰鍍銅新工藝，工藝方案屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。經(jīng)9個(gè)多月的大批量生產(chǎn)考核，證明該無(wú)氰鍍銅新工藝是成功的，完全能取代氰化鍍銅防滲碳的老工藝，對(duì)操作者和環(huán)境保護(hù)大有好處，社會(huì)效益明顯，符合國(guó)家《清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》的要求，值得推廣。
(2)該無(wú)氰鍍銅新工藝，操作簡(jiǎn)單，鍍液維護(hù)方便，鍍層結(jié)晶細(xì)致，結(jié)合力強(qiáng)，鍍液分散能力較好，鍍層厚度比較均勻，但由于鍍液無(wú)除油能力，故工件鍍前必須將油污徹底清除干凈。因鍍液抗雜質(zhì)能力較差，不能進(jìn)行雙極性鍍銅，因此，對(duì)內(nèi)花鍵齒輪施鍍時(shí)間較長(zhǎng)。今后這些弱點(diǎn)有待深人研究，縮短電鍍時(shí)
間，提高生產(chǎn)效率。
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