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表面缺陷对镀层质量的影响

2016-12-01 14:18:05
作者:余其中
来源:《腐蚀与防护》

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。

    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。

 

表1


    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)。

 

1
    图1麻点图

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    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)。

 

3
    图3针孔

 

4
    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。

 

5
    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。

 

6
    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

表2

 

7
    图7条状夹杂物处镀层

 

8
    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。

 

9
    图9磨削裂纹处镀层

 

10
    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)。

 

11
    图11  凹坑(宽40μm)处镀层

 

12
    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。

 

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责任编辑:王元

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标签: 表面缺陷, 镀层质量, 影响, 腐蚀

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