代玉杰

青島金鏈檢測技術服務有限公司 山東青島 266705

1 序言

電鍍是依據電解原理，在部分金屬表層獲得較薄層的其他金屬與合金的過程，它是依靠電解作用使金屬和其他材料部件的外表依附一層金屬膜的方法[1]。

鍍鉻工藝作為一種傳統(tǒng)的表面改性技術，在電鍍工業(yè)中占有極其重要的地位[1]。鍍鉻層可以有效保護銷軸的表面，避免鏈條銷軸在實際使用過程中發(fā)生過度磨損和腐蝕，這是由于鉻本身具有優(yōu)良的耐磨損腐蝕性和很強的鈍化能力，因此，目前鍍鉻工藝在鏈條銷軸的表面強化方面應用比較廣泛。

2 鍍鉻銷軸的加工流程

鍍鉻銷軸的加工流程與普通熱處理的銷軸相比，增加了鍍鉻和鍍鉻后的無心磨等工序。其中，應注意銷軸材質和銷軸表面質量對鍍層質量的影響，以及鍍后應及時進行消氫處理。

2.1 基體金屬對鍍鉻層的影響

鍍鉻層與銷軸結合良好程度與銷軸的化學性質密切相關。某些金屬具有鈍化性質，其表面易生成一層致密的氧化膜。若不經活化處理，則銷軸表面很難獲得結合牢固的鍍鉻層。此外，對于某些滲氮處理的銷軸，由于表面形成一層白色化合物，鉻原子在其表面的附著力顯著減小，因此鍍鉻時也要進行活化處理。

2.2 銷軸表面質量對鍍鉻層的影響

首先，銷軸表面不允許有孔隙和裂紋。這是因為若銷軸表面有裂紋和孔隙，則銷軸進行電鍍時電解液會滲入銷軸的縫隙內，一段時間后滲入的電解液與銷軸相互作用就會產生氫氣，當后者的壓力大于鍍層與銷軸的結合力時，鍍層就會產生起泡、針眼等缺陷[2]，如圖1所示。

圖1 鍍鉻層缺陷（200×）

其次，銷軸表面粗糙度對鍍鉻層的表面質量有很大影響[3]，因此銷軸常進行磨光或拋光處理。表面粗糙度是指零件表面具有的微小間距及波峰、波谷的不平度，受加工方法影響較大。然而，銷軸設計者在確定銷軸表面粗糙度時，往往容易忽視銷軸的表面粗糙度對電鍍效果的影響。

在相同鍍鉻層厚度要求下，電鍍前銷軸的表面粗糙度值越大，電鍍加工后鍍層表面就越粗糙，孔隙率也就越高，鍍層變得不完整，鍍層與銷軸表面的附著力變差，更容易產生銹蝕，從而影響銷軸的使用壽命。電鍍時銷軸表面的粗糙度值過大時，粗糙表面的實際電流密度比表觀電流密度要小，就會造成粗糙處的電位達不到金屬的析出電位，則該位置就會沒有鍍層[4]。隨著銷軸表面粗糙度值的減小，銷軸的表面硬度增加，這是因為銷軸的表面粗糙度值越小，鍍層越致密，硬度也就越高。另外，硬度壓痕周圍出現的不同程度的裂紋也能表明鍍層的致密程度，從而反映影響鍍層硬度的主要因素是電解產物——氫。氫的過電位現象在光滑表面和粗糙表面是不一樣的，在粗糙表面的過電位較小。因此，銷軸粗糙表面的氫更容易完成析出動作，其中的金屬離子也不容易產生電沉積。為保證鍍鉻銷軸的使用壽命和質量，電鍍前銷軸的表面粗糙度必須控制在合理范圍內。但是，適當增加銷軸表面粗糙度值也可以改善鍍層與銷軸的結合力[5]。因此，一般要求銷軸的表面粗糙度≤0.6μm。

2.3 消氫處理

由于電鍍過程中必須進行酸洗活化處理，所以析氫和滲氫現象在整個電鍍中不可避免，析出的氫能夠滲入鍍層以及銷軸金屬內。析氫不僅會降低鍍層性能，產生針孔、麻點、氣泡等缺陷，而且還會降低基體銷軸的韌性，從而導致鏈條零件裝配后可能在遠小于其正常破壞應力的連接狀態(tài)下發(fā)生斷裂。因此，鍍鉻銷軸必須進行消氫處理，以減少內應力。

在鍍鉻銷軸入庫時，需要一種快速有效的檢驗方法對產品進行氫脆檢驗，以減少質量風險及經濟損失。通過對比試驗，建議采用氣泡法。氣泡法操作簡單、用時短、成本低，其試驗結果目前雖沒有形成統(tǒng)一規(guī)范的技術要求，但其可作為減小氫脆風險的一個參考依據。建議使用該方法進行試驗時，要不斷地補充完善內容，形成企業(yè)內控標準，甚至是行業(yè)規(guī)范。

氣泡法[6]是指將清潔并烘干的被測銷軸置于溫度180℃左右的石蠟（或溫度120℃左右硅油或凡士林）中加熱3～5min，觀察銷軸表面氣泡產生和逸出情況，由此判斷被測銷軸的含氫情況，見表1。

表1 銷軸表面氣泡產生和逸出及其判定

在用氣泡法對銷軸表面氣泡產生和逸出進行觀察及其判定時，應注意以下事項。

1）被測銷軸應用酒精等清洗劑進行清洗、沖洗，并烘干處理，確認銷軸表面不存在污染物且是干燥的。

2）因溶液使用時間較長或銷軸未清洗干凈而帶入溶液的雜質，造成溶液透光率下降至不足原溶液的75%左右時會影響觀察，所以需定期更換溶液。

3）該方法僅可以判別銷軸中是否含有氫，但無法判別單位體積氫含量，試驗過程中出現大量氣泡的現象不代表就會100%出現氫脆斷裂的問題，但可以明確該狀態(tài)下氫脆斷裂的風險大大提高。針對判定為可疑或者不合格的銷軸，應謹慎對待。

3 鍍鉻銷軸的檢測

3.1 鍍鉻層厚度

鍍層厚度是銷軸的一項重要性能指標，其往往會影響銷軸的耐蝕性和耐磨性。目前，鍍層厚度的檢測方法多種多樣，由于金相法有較高的準確度，因此根據GB/T 6462—2005《金屬和氧化物覆蓋層厚度測量 顯微鏡法》的要求[7]，對多種型號的鍍鉻銷軸進行了鍍層厚度檢測，發(fā)現鍍層厚度的均勻性差強人意（見圖2）。圖2所示為某型號鏈條銷軸的鍍層厚度情況，其最厚與最薄處相差0.06mm。由此可見，鍍層厚度的均勻性嚴重影響到銷軸的圓度。

圖2 鍍鉻銷軸不同位置鍍層厚度 （200×）

詹瑞秋等[8]研究表明，鍍鉻層的表面內應力均為拉應力，隨鍍鉻層厚度的增加，鍍鉻層的表面內應力呈先增后降、再增再降的波動性變化。隨鍍鉻層厚度的增加，鍍鉻層的硬度呈先略微增大后快速增大再緩慢增大的變化趨勢。

3.2 鍍鉻層硬度

在測定鍍鉻層硬度時，常使用顯微維氏硬度計，根據鍍層厚度，可以選擇加5～200g（0.049～1.96N）的小壓荷，使得壓痕深度達到鍍層厚度的1/10～1/7，從而確保鍍層硬度測量的準確。當鍍鉻層厚度＞100μm時，也可以采用洛氏硬度計進行檢測。

硬度測試要根據零件大小、基體材料、鍍層厚度、壓痕直徑及負荷大小等采用不同的硬度計，因此測試鍍鉻層硬度值時數值變化較大。表2為采用200g（1.96N）壓荷，用日本三豐HM-200顯微維氏硬度計對不同型號的鍍鉻銷軸進行的鍍鉻層硬度的檢測結果。由表2可知，同一型號的鍍鉻銷軸硬度差值最大為113.7 HV。

表2 鍍鉻銷軸的鍍層硬度 （HV）

綜上所述，造成鍍鉻層硬度較高的主要原因是其表面吸附了大量的氫。因此，銷軸鍍鉻后一定要在4h內進行熱處理除氫。實踐表明，在200℃下保溫適當時間，氫氣消除總量最多，硬度雖稍有降低，鍍層會增加多孔性和裂紋網，但對鍍鉻銷軸的使用影響不大。

3.3 鍍鉻層結合力

鍍鉻層的結合力是鍍層重要的力學性能，若結合力低，那么即使鉻鍍層的其他性能再好也難以達到電鍍的目的。

在GB/T 5270—2008《金屬基體上的金屬覆蓋層 電沉積和化學沉積層 附著強度試驗方法評述》中規(guī)定了金屬基體上電鍍層及化學鍍層結合力的測試方法[9]，但多數為定性測量。目前，常用的檢測方法有鋼針劃痕法、彎曲法、沖擊法和磨輪法等，由于鍍鉻層硬度較高，因此日常檢測多使用磨輪法。將鍍鉻銷軸在砂輪上打磨，直至銷軸露出基體，若鍍鉻層沒有起皮等現象發(fā)生，則定性證明鍍鉻層結合力良好。

張春華等[4，10]研究表明，基體表面粗糙度對鍍層結合力的影響較大。隨著基體表面粗糙度值的減小，鍍鉻層的結合強度得到提高。

4 結束語

由于鍍鉻工序的特殊性，容易導致鍍鉻銷軸失效，因此必須嚴格控制相關工序，加強鍍鉻銷軸的檢測，以保證鍍鉻層具有良好的耐蝕、耐磨等性能，并由此減少鏈條質量問題的發(fā)生。