袁連奇，劉建峰

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

低溫鍍鐵是傳動(dòng)類(lèi)零件磨損后修復(fù)的常用方式，主要是通過(guò)利用不對(duì)稱(chēng)的交流—直流電在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行鍍鐵工藝的實(shí)施。隨著近幾年社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)械類(lèi)產(chǎn)品的數(shù)量和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，機(jī)械零部件的維修需求也隨之增加，因此，低溫鍍鐵的理論研究與新技術(shù)研發(fā)也逐步加強(qiáng)，使低溫鍍鐵修復(fù)零件的適應(yīng)能力進(jìn)一步提升。傳統(tǒng)的低溫鍍鐵技術(shù)主要應(yīng)用在汽車(chē)、農(nóng)業(yè)機(jī)械等移動(dòng)機(jī)械的傳動(dòng)軸、曲軸等軸類(lèi)零件的修復(fù)上，隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)階段的低溫鍍鐵技術(shù)應(yīng)用范圍得到了擴(kuò)展，在石油礦山機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)、冶金機(jī)械及船舶修復(fù)領(lǐng)域均有較為廣泛的應(yīng)用。這也對(duì)低溫鍍鐵的修復(fù)能力提出了新的要求，因此，必須在現(xiàn)階段低溫鍍鐵理論和技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索提升鍍層強(qiáng)度和耐用性的方法與工藝。

1 低溫鍍鐵技術(shù)原理與特點(diǎn)

1.1 基本原理

低溫鍍鐵主要是通過(guò)現(xiàn)代化的電路控制技術(shù)，形成兩個(gè)半波不相等的交流電路條件，將待修復(fù)零件放入鍍液中后進(jìn)行通電，其中較大的半波使被修復(fù)的零件呈陰極極性，從而實(shí)現(xiàn)在被修復(fù)表面沉積鍍層，而較小的半波電路使被修復(fù)的零件呈陽(yáng)極極性，能夠?qū)⒊练e在被修復(fù)件表面的一部分鍍層材料電解分離，實(shí)現(xiàn)連續(xù)沉積電鍍材料，使鍍層厚度不斷增加。由于低溫鍍鐵的基本原理相對(duì)簡(jiǎn)單，因此配套的設(shè)備也并不復(fù)雜，通過(guò)合理的工藝實(shí)施，能夠獲得結(jié)合強(qiáng)度高、鍍鐵層均勻、表面狀態(tài)良好的零件修復(fù)效果。近年來(lái)，隨著鍍液技術(shù)的研究與優(yōu)化，通過(guò)向鍍液中加入稀土鈰、蛇紋石納米微粒等方法，能有效提升鍍層硬度，使鍍層的顯微硬度達(dá)到6000～8000 MPa左右，有效提升鍍鐵后的使用性能。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

(1)低溫鍍鐵能夠獲得良好的鍍層硬度，通過(guò)優(yōu)化鍍液技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)零件修復(fù)良好的機(jī)械加工性能和使用壽命，且鍍層硬度可根據(jù)鍍液技術(shù)調(diào)整，適用范圍廣。

(2)由于采用沉積—分解—再沉積的反復(fù)電鍍工藝，鍍層與待修復(fù)零件的結(jié)合強(qiáng)度很高，在顯微條件下可見(jiàn)鍍層鐵素體與原零件鐵素體呈連續(xù)分布的效果。

(3)低溫鍍鐵技術(shù)的實(shí)施成本相對(duì)較低，且對(duì)生產(chǎn)環(huán)境無(wú)毒害問(wèn)題，鍍鐵工作效率較高，鍍層效率可達(dá)0.6～1.0 mm·h-1。且低溫鍍鐵后鍍層表面具有極細(xì)微的網(wǎng)狀紋理，在機(jī)械零件使用中具有良好的被潤(rùn)滑和耐磨性能。

2 低溫鍍鐵鍍層結(jié)合強(qiáng)度影響因素

2.1 電流密度對(duì)結(jié)合強(qiáng)度的影響

低溫鍍鐵的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程表現(xiàn)出了不同電流強(qiáng)度對(duì)鍍層結(jié)合強(qiáng)度的影響關(guān)系，在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)電流的密度低于12 A·dm-2時(shí)，電鍍后的零件在加工過(guò)程受熱明顯時(shí)易產(chǎn)生裂紋，在裂紋處受到壓力時(shí)易產(chǎn)生表層起皮問(wèn)題；當(dāng)密度高于16 A·dm-2時(shí)，電鍍零件在加工過(guò)程受熱明顯時(shí)會(huì)產(chǎn)生大面積龜裂，在裂紋處受到壓力時(shí)易產(chǎn)生鍍層脫落問(wèn)題。產(chǎn)生以上問(wèn)題的原因主要是在電流密度較小時(shí)，陰極極化值較低，導(dǎo)致鍍層的沉積速度減緩，鍍層不易形成，鍍層與被鍍件結(jié)合效果減弱；當(dāng)電流密度過(guò)大，導(dǎo)致被電鍍零件表面的電流分布不均勻，部分區(qū)域鍍層沉積速度過(guò)快，產(chǎn)生厚度不均、表面粗糙的問(wèn)題，同時(shí)也降底了鍍層與原零件的結(jié)合強(qiáng)度。因此，經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)可知，低溫鍍鐵的合理電流密度為14 A·dm-2，此時(shí)鍍層的結(jié)合強(qiáng)度最高，鍍層均勻性最好，能夠保證低溫鍍鐵的修復(fù)質(zhì)量。

2.2 鍍液濃度對(duì)結(jié)合強(qiáng)度的影響

低溫鍍鐵鍍液的主要添加材料為FeCl2·4H2O，F(xiàn)eCl2·4H2O的添加量影響著鍍液濃度，也會(huì)在一定程度影響鍍層的結(jié)合強(qiáng)度。當(dāng)鍍液中FeCl2·4H2O的濃度高于450 g·L-1時(shí)，由于鍍液中Fe2+的濃度過(guò)高，沉積速度過(guò)快，鍍層會(huì)出現(xiàn)晶粒粗大、組織疏松的問(wèn)題，被電鍍后的零件在進(jìn)行機(jī)械加工和后期使用中因鍍層結(jié)合強(qiáng)度不足和鍍層微觀沉積狀態(tài)不良易出現(xiàn)裂紋和起皮的問(wèn)題；當(dāng)鍍液中FeCl2·4H2O的濃度低于300 g·L-1時(shí)，鍍液中Fe2+的濃度過(guò)低，陰極極化作用明顯，鍍層結(jié)合強(qiáng)度較高，但是由于濃度低導(dǎo)致沉積速度過(guò)慢，生產(chǎn)效率下降。因此，應(yīng)將鍍液濃度控制在合理范圍，通常情況下，鍍液中FeCl2·4H2O的濃度在350～400 g·L-1時(shí)，能獲得細(xì)致的鍍層晶粒，有效避免晶核過(guò)大問(wèn)題，且鍍層沉積速度適中，鍍層形成細(xì)晶強(qiáng)化效果，修復(fù)質(zhì)量得到提升。

2.3 鍍液pH值對(duì)結(jié)合強(qiáng)度的影響

鍍液的pH值對(duì)低溫鍍鐵過(guò)程中的鍍層結(jié)合強(qiáng)度具有顯著影響，通常情況下，當(dāng)鍍液的pH值小于0.8或大于1.2時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致結(jié)合強(qiáng)度的降低，使被修復(fù)零件的鍍層在后續(xù)加工和使用過(guò)程中易出現(xiàn)起皮、龜裂、脫落的問(wèn)題。當(dāng)pH值小于0.8時(shí)，鍍液呈酸性，其中的Fe2+顯著降低，導(dǎo)致鍍層沉積速度減緩，同時(shí)鍍層出現(xiàn)組織疏松、部分區(qū)域甚至產(chǎn)生針孔問(wèn)題，使鍍層的結(jié)合力和品質(zhì)明顯降低；當(dāng)pH值大于1.2時(shí)，電解液中的Fe3+會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)生成Fe(OH)3產(chǎn)生沉淀，這些沉淀物會(huì)附著在零件表面，隨著鍍層沉積而夾雜在鍍層之中，造成鍍層不均且實(shí)際品質(zhì)降低，部分區(qū)域結(jié)合能力不足，鍍層易脫落問(wèn)題明顯。因此，應(yīng)保持鍍液的pH值在1.0，以保證在最佳的酸堿度下形成良好的低溫鍍鐵層。

2.4 鍍液溫度對(duì)結(jié)合強(qiáng)度的影響

低溫鍍鐵的起鍍溫度僅為4 ℃，即溫度高于4 ℃即能實(shí)現(xiàn)鍍層沉積作用，但經(jīng)實(shí)際測(cè)試可得，低溫鍍鐵的最佳工作溫度為45～55 ℃。當(dāng)溫度高于55 ℃時(shí)，隨著溫度升高，鍍層沉積過(guò)程產(chǎn)生的晶格畸變減弱，鍍層表面過(guò)于規(guī)整而不易形成錯(cuò)位強(qiáng)化作用，導(dǎo)致鍍層本身韌性不足，后續(xù)使用易產(chǎn)生裂紋，同時(shí)溫度升高導(dǎo)致沉積速度加快，沉積晶粒的體積隨之增大，使鍍層與待修復(fù)零件表面的結(jié)合強(qiáng)度降低；當(dāng)溫度低于45 ℃，且逐漸降低，F(xiàn)e2+的溶解度降低，導(dǎo)致鍍層的沉積速度減慢，鍍鐵效率降低。因此應(yīng)注意對(duì)鍍鐵過(guò)程中鍍液溫度的控制，做好鍍液的散熱和加溫工作。

3 影響低溫鍍鐵鍍層耐用性的因素

3.1 鍍液配置技術(shù)決定了修復(fù)零件使用壽命

傳統(tǒng)的低溫鍍鐵采用的鍍液配置技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠做到恢復(fù)磨損零件尺寸的要求，并提供較高強(qiáng)度的鍍層，但隨著低溫鍍鐵技術(shù)的深入研究，在傳統(tǒng)的鍍液配比過(guò)程中添加適當(dāng)比例的輔助元素，能夠顯著增加鍍層的硬度和附著質(zhì)量。因此，根據(jù)磨損零件的使用條件，合理地選擇鍍液配置技術(shù)，能有效延長(zhǎng)修復(fù)后零件的使用壽命。

3.2 鍍鐵原料品質(zhì)影響鍍層生成品質(zhì)

低溫鍍鐵的原材料品質(zhì)對(duì)鍍層質(zhì)量影響很大，因此選購(gòu)鍍鐵原料必須要優(yōu)先選擇市場(chǎng)認(rèn)可度高的合格產(chǎn)品，有條件的還要在配置鍍液前進(jìn)行材料檢測(cè)與分析，氯化亞鐵的原料可以選用專(zhuān)用材料，或通過(guò)廢舊鐵料及還原純鐵粉制作，但制作過(guò)程必須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程。配置鍍液的水源也應(yīng)進(jìn)行合理選擇，普通的自來(lái)水中因含有氟或其他元素，可能影響鍍鐵效果，有條件的情況下應(yīng)當(dāng)選擇蒸餾水、純凈水進(jìn)行配制。對(duì)于提高鍍層硬度、耐磨性的添加劑材料，應(yīng)當(dāng)選擇符合化學(xué)純度標(biāo)準(zhǔn)的試劑，調(diào)節(jié)pH值的鹽酸也應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，以確保將低溫鍍鐵過(guò)程的不良因素干擾降到最低。

3.3 鍍鐵工藝影響鍍層的耐用程度

近年來(lái)，對(duì)低溫渡鐵工藝的研究逐漸增多，很多新工藝的實(shí)施有效優(yōu)化了低溫鍍鐵鍍層的耐用性。例如：采用低溫刷鍍工藝，配合優(yōu)化后的鍍液能夠顯著提高鍍層生成效率，且進(jìn)一步提高鍍層沉積的均勻性，使鍍層的結(jié)合強(qiáng)度和表面質(zhì)量都得到顯著提升，其洛氏硬度可達(dá)HRC40～55，顯著提高鍍層使用壽命；利用周期反向脈沖電鍍技術(shù)，在相同的電流密度下，能夠?qū)崿F(xiàn)鍍鐵層的有效滲入，最大滲入深度進(jìn)一步提高，鍍層硬度顯著增強(qiáng)，且鍍層的韌性也得到了提升，延伸率達(dá)到3%左右，顯著提高鍍層的使用性能。因此，優(yōu)化低溫渡鐵的工藝合理性，合理化操作步驟，優(yōu)化鍍液技術(shù)是提升鍍層耐用程度的有效手段。

4 結(jié)語(yǔ)

低溫渡鐵技術(shù)不僅應(yīng)用范圍廣，而且具有節(jié)能、綠色的優(yōu)勢(shì)，對(duì)金屬零件的維修效率高、品質(zhì)好，是機(jī)械維修領(lǐng)域的重要技術(shù)之一，因此，加強(qiáng)低溫渡鐵工藝技術(shù)的研究，不斷提升鍍層的結(jié)合能力和耐用性，能進(jìn)一步保證低溫渡鐵技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，使低溫渡鐵技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮出更大的作用。