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表面缺陷對鍍層質(zhì)量的影響

2016-12-01 14:18:05 作者：余其中來源：《腐蝕與防護(hù)》分享至：

前言

活塞桿是工程液壓設(shè)備上的重要零部件，需具備良好的耐磨性、抗腐蝕性和表面光潔度，因此經(jīng)常采用表面鍍鉻并拋光的加工方式。

某廠生產(chǎn)的活塞桿經(jīng)高頻淬火、粗磨、精磨、拋光、鍍鎳、鍍鉻、拋光等工藝制成后發(fā)現(xiàn)表面有針孔、麻點(diǎn)缺陷，試驗(yàn)表明，表面缺陷對鍍層質(zhì)量有很大影響。

試驗(yàn)方法

現(xiàn)場選取兩根活塞桿成品，1#樣表面針孔狀缺陷較多，針孔呈白亮點(diǎn)—麻點(diǎn)，2#樣針孔較少，針孔呈小黑點(diǎn)。分別在兩個樣品針孔處取樣，對其化學(xué)成分、針孔形貌、針孔處基體表面狀態(tài)進(jìn)行觀察、分析。

試驗(yàn)結(jié)果

1 化學(xué)成分分析

由表1可知，兩試樣均符合45#鋼技術(shù)要求，但1#樣硫含量明顯高于2#樣，酸溶鋁明顯低，說明1#樣冶煉時鋼水未經(jīng)精煉。

2 宏觀檢驗(yàn)

1#樣掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)麻點(diǎn)缺陷近似成六邊形，周圍基體表面有明顯拋光痕跡，六邊形區(qū)域無拋光痕跡（見圖1）。六邊形區(qū)域能譜分析，主要為鉻元素，無其它成分（見圖2）。

圖1麻點(diǎn)圖

圖2麻點(diǎn)處能譜

2#樣掃描電鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)針孔狀缺陷為一很深的孔洞（圖3），能譜分析顯示孔洞周邊為鍍鉻層（圖4）。

圖3針孔

圖4針孔處能譜

3 金相檢驗(yàn)

1#樣麻點(diǎn)處橫截觀察，基體表面平滑，其上依次為鍍鎳層及鍍鉻層，麻點(diǎn)底部有一顆直徑約為23μm，暴露于基體表面的球狀夾雜物，鍍鎳層在夾雜物處減薄，鍍鉻層在該處彎曲，并在表面形成一深約10μm的小凹坑（圖5）。能譜分析發(fā)現(xiàn)球狀夾雜成分主要為Al、Si、Ca復(fù)合氧化物。浸蝕后觀察，表層組織無異常，為馬氏體組織。

圖5夾雜物處鍍層

2#樣針孔處橫截面觀察，基體表面平滑，其上依次為鍍鎳層及鍍鉻層。針孔由表面貫穿至基體，針孔處基底表面有磨削形成的剝落坑及細(xì)裂紋（圖6），浸蝕后觀察，產(chǎn)品原始表面有一層較薄的回火屈氏體層，向內(nèi)為馬氏體。

圖6磨削剝落坑處鍍層

分析討論

1 暴露于基體表面的夾雜物的影響

由1#樣金相分析可知，暴露于基體表面的非金屬夾雜物會影響該處的鍍層形態(tài)。待鍍產(chǎn)品中含有較多的非金屬夾雜物時，夾雜物暴露于基體表面的幾率大大增加。后續(xù)的驗(yàn)證性試驗(yàn)也表明，不管是顆粒狀夾雜物、條狀夾雜物還是鏈狀夾雜物都會使夾雜物處的鍍層減薄（圖7、8），沿表面垂直方向的夾雜物厚度越厚，影響越明顯。

表2 非金屬夾雜物測定結(jié)果

圖7條狀夾雜物處鍍層

圖8鏈狀狀夾雜物處鍍層

2基體表面磨削裂紋及凹坑的影響

活塞桿在加工過程中需進(jìn)行粗磨、精磨，如果磨削工藝不當(dāng)，如磨削量過大、冷卻不良，在活塞桿表面就會產(chǎn)生磨削裂紋，甚至出現(xiàn)剝落，形成底部有磨削裂紋的凹坑，之后進(jìn)行的拋光、水洗等工藝會在凹坑處產(chǎn)生污物或銹斑，造成該處氫的超電勢低，電鍍時析氫嚴(yán)重，主鹽金屬離子無法沉積，形成針孔缺陷。若只有細(xì)磨削裂紋，而無剝落形成的坑，由于裂紋很細(xì)，只需消耗很少的鍍層金屬就能將其填補(bǔ)，不會在鍍層表面形成凹坑或針孔（圖9），或形成的凹坑很小，對鍍層無影響。

圖9磨削裂紋處鍍層

圖10凹坑（寬400μm）處鍍層

通過試驗(yàn)表明，在未鍍樣品表面用硬度計人為壓出直徑20 μm~400 μm不等的若干個凹坑（肉眼可見），單鍍一層鉻（10~15 μm）后，凹坑處肉眼可見小麻點(diǎn)。橫截面觀察，鍍層沿凹坑表面覆蓋，凹坑直徑（400 μm）比鍍層厚度大的多時，麻點(diǎn)即是未鍍樣品表面的凹坑（圖10）；當(dāng)凹坑直徑與鍍層厚度相差不大時，電流密度影響較小，凹坑處的鍍層厚度與周邊鍍層一致，使鍍層在凹坑處也形成一凹坑（圖11），凹坑越小，鍍層表面形成的凹坑越不明顯（圖12）。

圖11 凹坑（寬40μm）處鍍層