前言

  活塞杆是工程液压设备上的重要零部件，需具备良好的耐磨性、抗腐蚀性和表面光洁度，因此经常采用表面镀铬并抛光的加工方式。

  某厂生产的活塞杆经高频淬火、粗磨、精磨、抛光、镀镍、镀铬、抛光等工艺制成后发现表面有针孔、麻点缺陷，试验表明，表面缺陷对镀层质量有很大影响。

  试验方法

  现场选取两根活塞杆成品，1#样表面针孔状缺陷较多，针孔呈白亮点—麻点，2#样针孔较少，针孔呈小黑点。分别在两个样品针孔处取样，对其化学成分、针孔形貌、针孔处基体表面状态进行观察、分析。

  试验结果

  1 化学成分分析

  由表1可知，两试样均符合45#钢技术要求，但1#样硫含量明显高于2#样，酸溶铝明显低，说明1#样冶炼时钢水未经精炼。

  2 宏观检验

  1#样扫描电镜下观察发现麻点缺陷近似成六边形，周围基体表面有明显抛光痕迹，六边形区域无抛光痕迹（见图1）。六边形区域能谱分析，主要为铬元素，无其它成分（见图2）。

  图1麻点图

  图2麻点处能谱

  2#样扫描电镜下观察，发现针孔状缺陷为一很深的孔洞（图3），能谱分析显示孔洞周边为镀铬层（图4）。

  图3针孔

  图4针孔处能谱

  3 金相检验

  1#样麻点处横截观察，基体表面平滑，其上依次为镀镍层及镀铬层，麻点底部有一颗直径约为23μm，暴露于基体表面的球状夹杂物，镀镍层在夹杂物处减薄，镀铬层在该处弯曲，并在表面形成一深约10μm的小凹坑（图5）。能谱分析发现球状夹杂成分主要为Al、Si、Ca复合氧化物。浸蚀后观察，表层组织无异常，为马氏体组织。

  图5夹杂物处镀层

  2#样针孔处横截面观察，基体表面平滑，其上依次为镀镍层及镀铬层。针孔由表面贯穿至基体，针孔处基底表面有磨削形成的剥落坑及细裂纹（图6），浸蚀后观察，产品原始表面有一层较薄的回火屈氏体层，向内为马氏体。

  图6磨削剥落坑处镀层

  分析讨论

  1 暴露于基体表面的夹杂物的影响

  由1#样金相分析可知，暴露于基体表面的非金属夹杂物会影响该处的镀层形态。待镀产品中含有较多的非金属夹杂物时，夹杂物暴露于基体表面的几率大大增加。后续的验证性试验也表明，不管是颗粒状夹杂物、条状夹杂物还是链状夹杂物都会使夹杂物处的镀层减薄（图7、8），沿表面垂直方向的夹杂物厚度越厚，影响越明显。

  表2  非金属夹杂物测定结果

  图7条状夹杂物处镀层

  图8链状状夹杂物处镀层

  2基体表面磨削裂纹及凹坑的影响

  活塞杆在加工过程中需进行粗磨、精磨，如果磨削工艺不当，如磨削量过大、冷却不良，在活塞杆表面就会产生磨削裂纹，甚至出现剥落，形成底部有磨削裂纹的凹坑，之后进行的抛光、水洗等工艺会在凹坑处产生污物或锈斑，造成该处氢的超电势低，电镀时析氢严重，主盐金属离子无法沉积，形成针孔缺陷。若只有细磨削裂纹，而无剥落形成的坑，由于裂纹很细，只需消耗很少的镀层金属就能将其填补，不会在镀层表面形成凹坑或针孔（图9），或形成的凹坑很小，对镀层无影响。

  图9磨削裂纹处镀层

  图10凹坑（宽400μm）处镀层

  通过试验表明，在未镀样品表面用硬度计人为压出直径20 μm~400 μm不等的若干个凹坑（肉眼可见），单镀一层铬（10~15 μm）后，凹坑处肉眼可见小麻点。横截面观察，镀层沿凹坑表面覆盖，凹坑直径（400 μm）比镀层厚度大的多时，麻点即是未镀样品表面的凹坑（图10）；当凹坑直径与镀层厚度相差不大时，电流密度影响较小，凹坑处的镀层厚度与周边镀层一致，使镀层在凹坑处也形成一凹坑（图11），凹坑越小，镀层表面形成的凹坑越不明显（图12）。

  图11  凹坑（宽40μm）处镀层

  图12  凹坑（宽20μm）处镀层

  结论

  暴露于基体表面的非金属夹杂物，不管是颗粒状、条状还是链状，均会使该处镀层减薄，在表面形成白亮的凹坑型麻点。

  磨削不当造成的表面剥落坑处析氢严重，氢气泡附着在剥落坑处，使金属离子无法沉积，形成黑色针孔缺陷。但只存在细磨削裂纹时，不会形成针孔缺陷。

  基体表面机械损伤性凹坑会使电镀表面形成白亮的凹坑型麻点，凹坑底部有镀层覆盖，厚度与周边基本一致。凹坑越小，镀层表面形成的凹坑越不明显。

  建议

  电镀产品应选用纯净度高，非金属夹杂物含量少的钢材。

  严格控制加工工艺，尤其是磨削工艺，避免出现机械损伤性凹坑及磨削裂纹、磨削剥落坑。

  选用润湿性好的低泡润湿剂，并加强搅拌措施，使氢气泡易于快速离开工件表面而不会滞留。

  条件允许的情况下，提高电流密度，增大镀层厚度，减小凹坑对镀层的影响。