液压缸是液压系统中重要的执行元件，用于执行往复运动，在工程机械中应用广泛。液压缸活塞杆是液压缸的重要部件，它通常采用45#钢做成实心杆或空心管，液压缸活塞杆在使用中会遭受磨粒冲刷，极易产生磨损。为提高活塞杆表面的耐磨性能，达到延长活塞杆使用寿命的效果, 目前国内传统工艺是表面镀硬铬(镀层厚度0.03~0.05mm)并抛光，其表面粗糙度Ra为0.1~0.2μm。其镀液以铬酸为基础，以硫酸做催化剂，工艺优点为：镀液稳定，易于操作，表面铬镀层质量比较高，赋予油杆光亮、高硬度、优良的耐磨性等优点。 其致命的缺点是：含铬废水和废气严重致癌，属国家一类控制排放物,对环境和生产工人的危害极大。 其他缺陷主要有： (1)阴极电流效率非常低，一般只有18%~20%，镀速相当慢，消耗的能量也相当大。 (2)镀液温度较高，能量浪费大。 (3)镀液的分散和覆盖能力差，需防护阴极和辅助阳极才能得到厚度均匀的镀层。 (4)镀层空隙多，铬镀层对钢铁基体属阴极性镀层，防腐蚀性有一定局限性。因此，国内外电镀界一直致力于改进传统镀铬工艺。 如四川泸州长江液压机厂，采用镀乳白/耐磨双层铬应用在活塞杆，大大地提高了镀层的耐蚀性。 华南理工大学刘定福等人，提出一种适用于摩托车后减震器活塞杆的半光亮镍/高硫镍/硬铬电镀工艺。该镀层经32小时CASS试验耐蚀性达9级以上。 济南泰格化工有限公司研究的镍钴铁镀层经96小时CASS试验耐蚀性达10级以上. 随着时代的进步和科技的发展，在环境保护与清洁生产越来越受到世人重视的今天，各国对六价铬的使用与含铬废水、废气的限制措施越来越严厉。因此，世界各地的电镀工作者一直在探索代铬镀层工艺。在已报道的代铬技术中，从覆盖层的性质来看，可分为合金镀层，金属-非金属复合层、无机代铬层和有机代铬层等。从覆盖层的制备方法来看，有电镀、化学镀、离子气相沉积、热喷涂等。 化学镀镍是近年来迅速发展起来的一项表面处理高新技术，是在不通电的情况下，通过自催化化学反应，在钢、铁、铜、铝及塑料等金属、非金属基体表面上生成镍磷合金镀层的。当磷含量为8-10wt%，镀层密度为7.8-8.0g/cm3,微观结构为非晶态，这种镀层与基体的结合力很强，具有非常优异的抗腐蚀性能和耐磨性能。镀态硬度达500Hv，热硬化硬度可达1000Hv。镀层均镀性好，覆盖能力强，不但适合一般表面的精密处理，还适合管道、内孔及形状复杂的零件处理，在工业中得到广泛应用。 如珠海西蒙企业有限公司研制发明“JJ-138系列化学镀镍技术”替代镀硬铬，应用在汽车汽缸、活塞、散热器、减震器、火花塞、曲柄轴、柴油机喷管、压缩机等机械行业。 桐庐富建五金电镀厂引进外资催化NI-P合金技术，已在国内数家企业用于油田抽油泵,螺杆泵,大型滚筒,活塞杆,缸套,泵轴,模具,工具等耐磨损的工件表面，生产规模较大。 江苏省无锡市杨市镇双福液压活塞杆厂，表面镀层采用化学镀镍磷合金，专业生产汽车、摩托车液压活塞杆，气动活塞杆。电镀层色泽光亮，均匀一致，表面硬度在HV≥750，其表面的光洁度达到Rd≤0.08.尽管如此， 化学镀镍磷合金工艺都存在着自身缺陷：1化学镀镍的化学反应原理决定了化学镀镍具有比较慢的沉积速度(通常化学镀镍的沉积速度为8～10μm/h)。2镀液稳定性差，溶液维护、调整和再生等比较麻烦，成本比电镀高。3镀层常显示出较大的脆性，在钢上仅能经受2.2﹪的塑性变形而不出现裂纹。 随着涂层新材料和新工艺的不断涌现，热喷涂涂层已在国民经济各个工业部门广泛地应用。热喷涂是利用热源(电弧、火焰、高能粒子或光束)将具有特定性能的合金熔化或半熔化，用高速气流将熔融或半熔化的材料(金属、陶瓷或高分子材料)雾化成粒状，经过加速喷射到预处理的基材表面，以形成具有某些特性的表面技术称为热喷涂。由于热源不与基材直接作用，故基材表面不熔化，甚至可处于略高于室温的环境中，热喷涂技术对基材品种几乎无所选择。南通高欣金属陶瓷复合材料有限公司近几年来开发出液压陶瓷涂层活塞杆[1]，应用在化工厂高压往复泵柱塞和大型水利工程及海洋开发用的液压油缸大型活塞杆上，该技术采用等离子喷泉涂A12O3 +TiO2陶瓷涂层代替镀硬铬，可达到高质量，长寿命，免维修。现已制造出长16m，重10t的超大型陶瓷涂层活塞杆及相应的液压油缸系统。涂层厚度200-350μm，硬度900-1200Hv，表面粗糙度Ra0.3-0.35μm。该设计涂层活塞杆运行总行程超过1200km之后仍保持完好状态。涂层不仅具有高的硬度，优异的耐磨性;而且磨擦系数低，能耗小;对密封填料的磨损小，涂层硬度和耐磨性不会因局部过热而降低。其缺点为：要求十分严格的表面预处理，否则很难保证表层与基材之间的良好结合。另外，由于热喷涂层的形成是熔融或半熔化粒子的碰撞变形和堆积过程，故涂层具有多孔和典型的层状结构，其性能表现了明显的方向性。涂层的均匀性较差，物料利用率底。 目前，已进行研究和应用的还有电镀钨合金技术。早在二十世纪六十年代，美国首先将钨合金技术应用在军事工业。 美国蒽索恩公司OMI在中国申请专利，涉及一种电镀光亮二元钨合金取代光亮镀铬。 进入二十世纪八十年代以后，作为钨矿最丰富的中国，钨合金电镀的研发人员，开始逐步担起了以钨合金代替镀铬研究重任, 北京师范大学在《含钨镀层研究》一文中介绍了一种Ni-W-P 合金和Ni-W-B 合金， 兵器工业部国营江麓机械厂余忠教授等人发明了《刷镀多元钨合金Ni-Fe-W》[ 东南大学张远明教授等人介绍了一种Ni-Fe-W-P和Ni-Fe-W-P-S电镀新工艺 2004年长安大学刘稳善教授等，成功地将镍钨合金刷镀技术应用在活塞杆维修中[5]，刷镀后硬度为HRC63，大于镀铬硬度HRC59,克服了活塞杆表面镀铬工艺操作麻烦，严重污染环境的缺点 。另外，南方冶金学院材料与化工分院、天津第一电镀厂、天津大学[6]、吉林大学材料科学与工程学院、南京航空大学材料学院[7]等单位都进行了大量的研究工作，分别著文或申请专利介绍他们所得的研究成果。 进入2000年代，美国兴起电镀镍钴铁镀层。镀层性能，镀液稳定性，镀层成本低，由于镍钴钨，镍铁钨等，综合性能超过镀镍后镀铬复合层。耐盐雾试验大于196小时，符合国际标准。济南泰格化工有限公司是国内最早研究代铬镀层镍钴铁的。 代铬镀层镍钴铁性能 1、高硬度,良好的耐蚀和耐磨性，相当于或优于镀铬性能; 2、污染极轻，无国家一类控制排放物;该工艺有成熟的清洁生产方案，清洗水循环利用，废水排放总量零零排放”工艺。 3、镀液分散能力和覆盖能力较镀铬好;沉积速度约为60μm/h; 4、有完善的电镀工艺和不同材料上的退镀工艺; 5、整平能力好，镀层厚度达3mm时，镀层仍非常光亮; 6、镍钴铁合金电镀工艺的物料利用率>95%，电流效率均>95%，生产成本低比镀铬工艺低; 各种涂层处理方法的比较列于附表。从表中可知，镍钴铁合金电镀技术的成本最低，涂层综合性能中等，结合先进的自动控制系统，在生产过程中完全可实现清洁化生产的一种环保电镀技术。它对周围环境不造成公害，因此，实现“镍钴铁合金清洁化”的生产，是对电镀工艺改革的重大突破。无论对现代工业可持续发展，还是对环境保护都能起重大的促进作用，可望全面取代镀硬铬。 |
