滑動軸承減摩層的電鍍工藝簡介

      國內(nèi)對于減摩合金鍍層的研究和應(yīng)用起步較晚。1960年初，武漢材料保護(hù)研究所與海陵第一配件廠首先研制并用于生產(chǎn)的電刷鍍鉛錫合金工藝已用于快艇發(fā)動機(jī)的電鍍。二十世紀(jì)七十年代中期，上海合金軸瓦廠及上海滬東造船廠對軸瓦電鍍銅錫合金工藝者了較詳細(xì)的研究。1985年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)電化學(xué)教研室與中國船舶工業(yè)總公司四六六廠共同研究了鉛青銅滑動軸承上電鍍鉛錫銅三元合金減摩層的工藝，并已用于生產(chǎn)。1989年，Dusanka Radoric發(fā)表了“在氟硼酸鹽鍍液中以氫醌(對一苯二酚)為添加劑的鉛錫合金電鍍”的論文。十十世紀(jì)末，南通軸瓦廠的范家華、姜志東，武漢材料保護(hù)研究所的曾良宇、楊先桂、王會文，廣西桂林內(nèi)燃機(jī)配件廠的秦勝毅，戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所薛伯生等對減摩層的電鍍工藝從不同的方面先后進(jìn)行過不同程度的研究，為該工藝在生產(chǎn)應(yīng)用中的{TodayHot}進(jìn)一步完善奠定了一定的基礎(chǔ)。 
3 問題的提出

我廠的鉛錫銅三元合金減摩鍍層的電鍍工藝屬國內(nèi)首創(chuàng)，多年來為我國主機(jī)配件市場提供了大量軸瓦。近年來，我廠軸瓦產(chǎn)品定貨量逐年上升，并且有些軸瓦產(chǎn)品已打入國際市場，具有一定量的出口。這充分體現(xiàn)了我廠的軸瓦產(chǎn)品在激烈的市場競爭中具有相當(dāng)強(qiáng)的實力。

自1989年到1991年期間，通過我們的艱苦努力、反復(fù)試驗，已從根本上解決了軸瓦鍍層起泡、脫皮等附著強(qiáng)度差的致命缺陷問題；消除了基體遭受批量性嚴(yán)重腐蝕的故障；克服了批量性壁厚超差，提高了工序能力；廢品損失率一直很低，一次交檢合格品率逐年提高。然而，鍍層粗糙、結(jié)瘤、花斑、凹坑、氣流條紋等缺陷還時有發(fā)生，有時還出現(xiàn)陰極電流密度(DK)達(dá)不到工藝范圍的現(xiàn)象。

減摩鍍層的上述缺陷直接影響軸瓦產(chǎn)品質(zhì)量。隨著主機(jī)廠機(jī)型的不斷更新?lián)Q代、進(jìn)口機(jī)型的國產(chǎn)化及市場競爭的日趨激烈，用戶對軸瓦產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高。市場的競爭從根本上說就是產(chǎn)品質(zhì)量的競爭。在用戶對產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)要求日益提高的形勢下，我們面臨著改進(jìn)軸瓦電鍍工藝、進(jìn)一步提高軸瓦產(chǎn)品質(zhì)量這一新課題的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

4 影響軸瓦減摩鍍層質(zhì)量的有關(guān)因素

4.1 鉛錫銅三元合金減摩層電鍍液的文獻(xiàn)配方及工藝參數(shù)

文獻(xiàn)中發(fā)表的鉛錫銅三元合金鍍液中有關(guān)成分的含量及工藝參{HotTag}數(shù)歸納如下： 　　 

Pb2+(以Pb(BF4)2的形式加入)：80～333g/ι； 
　　Sn2+(以Sn(BF4)2的形式加入)：5～33.3g/ι； 
　　Cu2+(以Cu(BF4)2的形式加入)：2～11g/ι； 
　　HBF4(游離)：40～300g/ι； 
　　H3BO3(游離)：15～40g/ι； 
　　穩(wěn)定劑：2～12g/ι； 
　　添加劑：0.1～5g/ι； 
　　陰極電流密度(DK)：1～8A/dm2； 
　　溫度(T)：15～30℃； 
　　時間(t)：15～35min； 
　　鍍層厚度(δ)：15～30μm； 
　　陽極的組成：PbSn8～11。 

4.2 影響減摩鍍層質(zhì)量的有關(guān)因素

從上述配方中可以看到，無論是成分含量還是工藝參數(shù)，其范圍都太寬；為適應(yīng)生產(chǎn)要求，有必要進(jìn)一步尋優(yōu)，在進(jìn)行尋優(yōu)試驗之前先對影響減摩鍍層質(zhì)量的有關(guān)因素進(jìn)行必要的分析，以確定正交試驗中各因子水平的可行域。

4.2.1 主鹽離子濃度的影響

鍍液中的主鹽離子為Pb2+、Sn2+、Cu2+。其中的Sn2+、Cu2+的含量可根據(jù)合金鍍層中Sn、Cu的重量百分含量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，可以滿足用戶對鍍層成分含量的要求。因此對主鹽離子而言，僅就鍍液中的Pb2+含量對鍍層質(zhì)量的影響進(jìn)行討論。

鍍液中的Pb2+為合金鍍層提供主要組分，文獻(xiàn)報道的含量范圍為80～333g/ι。如果其濃度較高，則允許使用較高的陰極電流密度，沉積速度快；但分散能力降低，帶出損失較大。如果其濃度較低，則分散能力較好，但沉積速度較慢。如果含量太低則鍍液的濃差極化太大，電流升不上去，鍍層易出現(xiàn)氣流條紋缺陷和棱錐形的微觀金相結(jié)構(gòu)，直觀上體現(xiàn)為鍍層粗糙。如果含量過高則一方面使鍍液帶出損失增大，增加成本；另一方面在氣溫較低時易發(fā)生硼酸(H3BO3)及添加劑的析出現(xiàn)象，從而造成鍍層粗糙。適宜的含量是DK升至工藝規(guī)定的上限，且鍍層結(jié)晶細(xì)致；在氣溫降至15℃以下時，鍍液中應(yīng)無硼酸及添加劑的析出現(xiàn)象。

4.2.2 游離氟硼酸(HBF4)濃度的影響

其主要作用為促使陽極正常溶解；防止二價錫(Sn2+)的氧化和抑制主要離子(Pb2+、Sn2+、Cu2+)的水解，提高鍍液的穩(wěn)定性；提高導(dǎo)導(dǎo)性及分散能力；細(xì)化結(jié)晶。文獻(xiàn)報道的含量范圍為40～300g/ι。當(dāng)游離氟硼酸的含量過低時，它離解出的氫離子(H+)濃度低，鍍液中可能發(fā)生如下水解反應(yīng)； 
　　Pb2++2H2O小于==大于Pb(OH)2↓+2H+ 
Sn2++2H2O小于==大于Sn(OH)2↓+2H+ 
　　Cu2++2H2O小于==大于Cu(OH)2↓+2H+

它們都生成氫氧化物沉淀而懸浮于鍍液中。電鍍時，它們粘附于基體表面或夾雜在鍍層內(nèi)，使得鍍層與基體之間的結(jié)合力下降，且鍍層發(fā)脆、粗糙、起花斑，從而鍍層的耐磨性及抗疲勞強(qiáng)度等性能明顯下降。

當(dāng)鍍液中的游離氟硼酸含量過高時，在鍍件的高電流密度處，即軸瓦有毛刺的地方或銳邊、端面等有氫氣析出。其結(jié)果是在軸瓦鍍層上面產(chǎn)生氣流條紋和針孔缺陷。同時，因為邊緣效應(yīng)和尖端放電使得高電流密度處沉積太快，鍍液中的主鹽離子來不及補(bǔ)充，即由表面擴(kuò)散或形核控制轉(zhuǎn)變成液相傳質(zhì)控制，濃差極化增大得使軸瓦內(nèi)表面(陰極)發(fā)生如下電化學(xué)副反應(yīng)： 

　　2H++2e小于==大于H2↑

從上述反應(yīng)可以看出，當(dāng)氫離子(H+)濃度(即相應(yīng)的游離氟硼酸的濃度)增高時，平衡向右邊移動，促進(jìn)氫氣(H2)的生成。析氫的結(jié)果不僅會使鍍層出現(xiàn)氣流條紋和針孔等缺陷，而且還會由于初生態(tài)的氫(H——即氫自由基)向鍍層內(nèi)部滲透形成金屬氫化物而產(chǎn)生晶格扭曲及螺紋錯位現(xiàn)象。如果用掃描電鏡(SEM)觀察該鍍層斷面的微觀形貌，可以發(fā)現(xiàn)其晶體呈大棱錐結(jié)構(gòu)，直觀上則是鍍層粗糙。另一方面，形成的金屬氫化物是不穩(wěn)定物質(zhì)，經(jīng)烘烤加熱檢驗時會分解而釋放出氫氣(H2)從而使鍍層發(fā)生鼓泡現(xiàn)象。