陳名華，夏成寶，葛文軍

（空軍第一航空學(xué)院，河南 信陽 464000）

磨損活塞桿化學(xué)復(fù)合鍍修復(fù)工藝

陳名華*，夏成寶，葛文軍

（空軍第一航空學(xué)院，河南 信陽 464000）

應(yīng)用化學(xué)復(fù)合鍍技術(shù)修復(fù)磨損的作動筒活塞桿，介紹了化學(xué)復(fù)合鍍Ni–P–PTFE(聚四氟乙烯)鍍液配方、修復(fù)工藝流程及工藝條件。討論了溫度、pH、攪拌方式對PTFE復(fù)合量的影響，獲得了化學(xué)復(fù)合鍍較佳的工藝條件：溫度85 ～ 95 °C，pH = 4.8，機械攪拌10 min、間歇1 min。修復(fù)層測試結(jié)果表明，鍍層厚度為20 μm的修復(fù)件，其顯微硬度為390 HV，使用3個月后的磨損量為1.2 g。修復(fù)件的使用壽命達到3年，滿足用戶要求。

化學(xué)復(fù)合鍍；鎳磷合金；聚四氟乙烯；活塞桿；磨損；修復(fù)

1 前言

化學(xué)鍍Ni–P合金非晶態(tài)鍍層具有硬度高、結(jié)合強度高、耐磨抗蝕性好和可焊接等特點，已廣泛應(yīng)用于化工、機械和電子等行業(yè)。而在鍍液中加入各種性能的微粒，如碳化硅、陶瓷、金剛石、石墨、二硫化鉬或聚四氟乙烯等，與鎳磷進行共沉積，可獲得具有特殊性能的鍍層。其中，聚四氟乙烯(PTFE)由于具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的不粘性、耐高低溫以及良好的介電性能，尤其是其摩擦系數(shù)很小而受到重視，所制備的Ni–P–PTFE復(fù)合鍍層具有良好的自潤滑、耐磨減摩性能，已成功應(yīng)用于零件修復(fù)和表面強化方面[1-2]。

活塞桿是作動筒的關(guān)鍵部件，一般由高強度鋼制成，表面鍍鉻或鎘。在工作過程中，由于活塞桿在套筒內(nèi)來回運動，活塞桿或套筒因磨損，會使兩者間的配合間隙超過規(guī)定要求，出現(xiàn)滲油、漏油現(xiàn)象，影響作動筒的性能。過去采用退鉻、重新鍍鉻、磨削、精加工等多道工序才能修復(fù)，而且氫脆現(xiàn)象很難消除。如果更換，維修成本會大大提高。如采用化學(xué)鍍鎳技術(shù)進行修復(fù)，則不僅簡化了工序，降低了氫脆現(xiàn)象，而且具有鍍層尺寸易于控制，修復(fù)鍍層質(zhì)量高和適合形狀復(fù)雜的零件等特點[3-4]。

2 修復(fù)工藝

2. 1 鍍液配方

全氟辛基季胺碘化物(陽離子) 0.25 ～ 0.50 g/L

化學(xué)復(fù)合鍍Ni–P–PTFE的關(guān)鍵在于讓PTFE粒子均勻地分散于鍍液中，同時保持穩(wěn)定。而PTFE是一種高疏水性物質(zhì)，其表面不能被水潤濕。因此，必須加入表面活性劑，以降低其臨界表面張力，使其形成均勻的乳液，并最終被共沉積到鎳磷鍍層中[5]。試驗選用了浙江巨圣氟化學(xué)有限公司生產(chǎn)的PTFE乳液，該乳液的基本性能參數(shù)為：pH = 8 ～ 9，黏度15 ～ 30 mPa·s，表面活性劑含量6% ± 2%，固含量60% ± 2%，粒徑0.1 ～ 0.4 μm，樹脂熔點(327 ± 10) °C。加入全氟辛基季胺碘化物表面活性劑的目的是為了提高 PTFE的均勻分散能力，并提高其對鍍件表面的親和性。

2. 2 化學(xué)復(fù)合鍍的工藝條件

通常，復(fù)合鍍層中PTFE的復(fù)合量越大，則鍍層的潤滑性能越好。復(fù)合鍍層中PTFE的復(fù)合量又與化學(xué)復(fù)合鍍時的溫度、pH和攪拌方式有關(guān)。

2. 2. 1 溫度

鍍層中 PTFE復(fù)合量一般隨溫度升高呈先升后降的趨勢。開始時，隨著溫度升高，鎳和磷的生成反應(yīng)加快，快速沉積的鎳、磷原子會鑲嵌更多的PTFE粒子。同時，溫度升高使PTFE粒子活性增加，遷移到鍍件表面的幾率增大，因此，復(fù)合量增多。當(dāng)溫度進一步升高，粒子停留在鍍件表面的時間縮短，沒有完全被鑲嵌的粒子會脫離表面，并且表面活性劑對PTFE的吸附能力下降。故進一步升高溫度，導(dǎo)致復(fù)合量減小。研究表明，溫度為85 ～ 95 °C時，PTFE復(fù)合量最大[6]。本試驗選用的施鍍溫度為90 °C。

2. 2. 2 pH

當(dāng)寶寶長期處在負面情緒下，只要需求沒有獲得立即滿足，就會用啼哭、使性子或耍賴撒潑的方式來抗?fàn)?，這時如何平復(fù)他的情緒？

對酸性鍍液而言，pH在4 ～ 6之間最有利于反應(yīng)的進行。因為隨著pH的增加，鍍件表面的H+會減少，有利于PTFE粒子在鍍件表面的吸附和沉積；但pH過大，Ni–P合金的沉積速度增加過快，而PTFE沉積速度增加慢，導(dǎo)致PTFE復(fù)合量減小[7]。實驗表明，當(dāng)pH為4.8時，Ni–P合金與PTFE的沉積速度達到最佳配合，PTFE復(fù)合量最大。

2. 2. 3 攪拌方式

化學(xué)復(fù)合鍍時，PTFE粒子在鍍件表面嵌合共沉積要經(jīng)歷2個過程：首先，粒子依靠攪拌機械力作用與鍍件表面接觸，靜電引力作用促進粒子吸附；然后粒子被金屬鍍層逐漸包覆而實現(xiàn)沉積，形成復(fù)合鍍層。如果攪拌過于強烈或者粒子在鍍件表面停留時間過短，都會使粒子與Ni–P合金不能共沉積。因此，攪拌方式在復(fù)合鍍中顯得十分重要。資料表明，在相同鍍液和工藝參數(shù)下，間歇式攪拌既可保證鍍液中粒子均勻懸浮及粒子與鍍件表面的有效碰撞，又可避免鍍件表面上的吸附粒子因強烈攪拌而被沖刷脫附[8]。因此，試驗采用間歇攪拌，即機械攪拌10 min，間歇1 min。

2. 3 修復(fù)工藝流程

作動筒活塞桿的化學(xué)復(fù)合鍍修復(fù)工藝流程如下：打磨—去污遮蔽—噴砂強化—弱活化—水洗—化學(xué)復(fù)合鍍—水洗—除氫—磨光—成品。

2. 3. 1 打磨

為避免活塞桿因酸洗發(fā)生氫脆，采用金相砂紙對受損部位進行打磨修整，打磨量要盡量小。修整后精確測量尺寸，并確定需增加的尺寸及施鍍時間。

2. 3. 2 去污遮蔽

用汽油或丙酮等有機溶劑擦拭，除去油污，并將非鍍表面用硝基膠或過氯乙烯膠進行遮蔽。

2. 3. 3 噴丸強化

為提高活塞桿的抗疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕性能，通過高速運動的彈丸對活塞桿進行撞擊，使其表面形成一定厚度的冷作硬化層。

2. 3. 4 活化

用稀鹽酸和氫氟酸對活塞桿表面進行活化處理，除去表面氧化物，提高鍍層與基體金屬的結(jié)合力，時間不超過1 min，以防氫脆加劇?；罨笏锤蓛簦乐刮廴净瘜W(xué)鍍液。

2. 3. 5 化學(xué)復(fù)合鍍

在間歇機械攪拌下進行化學(xué)鍍，當(dāng)鍍層厚度達到要求后，停止施鍍，去掉保護絕緣膠。

2. 3. 6 烘烤除氫

為了避免化學(xué)鍍及活化時產(chǎn)生輕微的氫脆，可在鍍后4 h內(nèi)進行除氫處理。將零件放在200 ～ 230 °C電烤箱內(nèi)烘烤2 ～ 3 h，確保徹底除氫。

2. 3. 7 磨光

對除氫后的零件進行精加工磨光處理，確保尺寸要求。

3 鍍層檢驗與應(yīng)用

為評價修復(fù)鍍層的性質(zhì)，測量了其硬度、結(jié)合力及耐磨性。采用 KL-1庫侖電解測厚儀測量厚度，HVS-1000型顯微硬度計測量顯微硬度，通過熱震試驗測量結(jié)合強度，使用MM-200型摩擦磨損試驗機進行干摩擦試驗(載荷80 N，轉(zhuǎn)速200 r/min，時間30 min，對偶件為 45鋼環(huán))。修復(fù)鍍層的性能測量結(jié)果和使用情況見表1。

表1 修復(fù)鍍層性能檢測結(jié)果Table 1 Test results of the deposit after reparation

表 1結(jié)果表明，修復(fù)的鍍層質(zhì)量較好；使用該工藝修復(fù)磨損活塞桿，經(jīng)過 3個月的使用，發(fā)現(xiàn)其運行良好，鍍層未出現(xiàn)起皮、脫落現(xiàn)象，而磨損情況要略好于新件。繼續(xù)使用，發(fā)現(xiàn)其使用壽命與新件相當(dāng)，體現(xiàn)出明顯的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)論

采用化學(xué)復(fù)合鍍工藝修復(fù)磨損作動筒活塞桿，減小了氫脆現(xiàn)象，并賦予其良好的減摩性能。該工藝成本低、方法簡單、性能穩(wěn)定及修復(fù)質(zhì)量好，特別適用于形狀復(fù)雜的小零件，具有很好的推廣價值。

[1] 仵亞婷, 沈彬, 劉磊, 等. 化學(xué)復(fù)合鍍的研究現(xiàn)狀及鍍層的應(yīng)用[J]. 電鍍與涂飾, 2005, 24 (1): 59-64.

[2] 仵亞婷, 劉磊, 高加強, 等. 自潤滑 Ni–P–PTFE化學(xué)復(fù)合鍍工藝及鍍層性能[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報, 2005, 39 (2): 206-210.

[3] 葛文軍, 高昆, 汪定江. 飛機活塞桿化學(xué)鍍鎳修復(fù)工藝[J]. 材料保護, 2003, 36 (7): 60-61.

[4] 辜健, 耿俊豹, 金家善. 化學(xué)復(fù)合鍍在液壓閥修復(fù)中的應(yīng)用[J]. 材料保護, 2002, 35 (11): 49-50.

[5] 王柳斌, 趙永武. 化學(xué)復(fù)合鍍Ni–P–PTFE的鍍速及鍍層摩擦學(xué)性能研究[J]. 電鍍與涂飾, 2009, 28 (3): 17-20.

[6] 宋來洲, 丁健. Ni–P–PTFE復(fù)合鍍層在制藥設(shè)備上的應(yīng)用研究[J]. 天津理工學(xué)院學(xué)報, 2000, 16 (3): 58-60.

[7] 劉意春, 仵亞婷, 胡文彬. (Ni–P)–PTFE化學(xué)復(fù)合鍍工藝的研究[J]. 電鍍與環(huán)保, 2005, 25 (4): 27-29.

[8] 張淑艷, 胡三媛. 化學(xué)復(fù)合鍍 Ni–P–PTFE工藝的試驗研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2006, 11 (2): 70-73.

Reparation process of worn piston rod by electroless composite plating //

CHEN Ming-hua*, XIA Cheng-bao, GE Wen-jun

The worn actuator piston rod was repaired by electroless composite plating. The bath formulation of electroless composite Ni–P–PTFE (polytetrafluoroethylene) plating, reparation process flow and technological conditions were introduced. The effects of temperature, pH and stirring method on the amount of PTFE incorporated were discussed. The optimal process conditions were obtained as follows: temperature 85-95 °C, pH 4.8 and mechanical stirring 10 min followed by intermission of 1 min. The test results of repaired deposits showed that the deposit with a thickness of 20 μm has a microhardness of 390 HV and its wear loss is 1.2 g after use for three months. The service life of workpiece after reparation is up to three years and thus meets users’ requirements.

electroless composite plating; nickel–phosphorus alloy; polytetrafluoroethylene; piston rod; wear; reparation

The First Aeronautical Institute of the Air Force, Xinyang 464000, China

TQ153.12

A

1004 – 227X (2010) 11 – 0019 – 03

2010–05–20

2010–06–25

陳名華（1975–），男，湖北咸寧人，碩士，副教授，主要從事航空維修表面工程方面的教學(xué)、科研工作。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) huamingchen6@sina.com。

[ 編輯：韋鳳仙 ]