電刷鍍?cè)僦圃旒夹g(shù)修復(fù)實(shí)驗(yàn)研究

焦東風(fēng)，潘秀琴

（1.合肥美橋汽車(chē)底盤(pán)及傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司，安徽 合肥 230000；

2.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230000；3.安徽三聯(lián)學(xué)院，安徽 合肥 230000)

電刷鍍?cè)僦圃旒夹g(shù)修復(fù)實(shí)驗(yàn)研究

焦東風(fēng)1,2，潘秀琴3

（1.合肥美橋汽車(chē)底盤(pán)及傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司，安徽 合肥 230000；

2.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230000；3.安徽三聯(lián)學(xué)院，安徽 合肥 230000)

目前，我國(guó)已進(jìn)入機(jī)械裝備、汽車(chē)報(bào)廢的高峰期，然而由于設(shè)計(jì)過(guò)剩，多數(shù)產(chǎn)品退役后，其結(jié)構(gòu)件剩余疲勞壽命可以滿足下一個(gè)生命周期需求，但由于零部件存在磨損、磕碰等表面損傷，而不能再次投入使用，通過(guò)修復(fù)零部件的表面損傷可以實(shí)現(xiàn)再制造。文章將以電刷鍍表面修復(fù)技術(shù)對(duì)該類(lèi)失效形式的后驅(qū)動(dòng)橋殼總成進(jìn)行再制造的實(shí)驗(yàn)研究。

再制造；電刷鍍；修復(fù)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.042

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-129-04

引言

電刷鍍?cè)僦圃旒夹g(shù)屬于微納米表面工程技術(shù)。微納米表面工程技術(shù)是在被修復(fù)材料、零部件表面獲得微納米結(jié)構(gòu)或微納米復(fù)合層的各種表面技術(shù)的統(tǒng)稱[1]。與傳統(tǒng)表面工程技術(shù)相比，微納米表面工程技術(shù)能夠賦予零件表面新的性能，如涂敷層硬度、耐磨性強(qiáng)度、切削性、抗疲勞性能、抗高溫、耐磨等性能的提升，涂敷層性能的提升使得零件表面具有自修復(fù)能力等特殊性能。本文將以電刷鍍表面修復(fù)技術(shù)對(duì)該類(lèi)失效形式的后驅(qū)動(dòng)橋殼總成進(jìn)行再制造的實(shí)驗(yàn)研究，以驗(yàn)證表面損傷的汽車(chē)零部件使用電刷鍍修復(fù)技術(shù)的可行性。

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

檢驗(yàn)電刷鍍技術(shù)在汽車(chē)后驅(qū)動(dòng)橋橋殼總成零部件再制造中的可行性，測(cè)試鍍層的硬度和結(jié)合力情況，并對(duì)鍍層進(jìn)行金相顯微組織分析，觀測(cè)各不同鍍層的表面形貌、鍍層組織和各鍍層的厚度。驗(yàn)證所得鍍層能夠滿足汽車(chē)后驅(qū)動(dòng)橋橋殼總成零部件再制造的要求。

2、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

NBD-150逆變脈沖電源，電凈液，鍍筆，金屬鍍液，輔具，打磨工具，量具，MM6金相顯微鏡等，顯微硬度計(jì)。

3、實(shí)驗(yàn)原理

電刷鍍起源于電鍍，其基于電化學(xué)沉積原理，如圖1所示。在刷鍍時(shí)專(zhuān)用電源的負(fù)極接工件，正極接鍍筆。浸滿鍍液的鍍筆以一定的壓力和適當(dāng)?shù)南鄬?duì)運(yùn)動(dòng)速度在工件表面上移動(dòng)，在包套包裹的陽(yáng)極與工件接觸的部位，工件表面的金屬離子獲得電子還原成為金屬原子，這些原子在工件表面沉積結(jié)晶形成鍍層，并隨刷鍍時(shí)間的增加而變厚。即刷鍍過(guò)程是一個(gè)金屬離子獲得電子還原成金屬原子并在工件表面不斷結(jié)晶的過(guò)程[2]。

4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）在后驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管磨損部位依次刷鍍特殊鎳、堿銅和快速鎳恢復(fù)磨損部位尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

（2）測(cè)試鍍層結(jié)合力；

（3）測(cè)試鍍層表面顯微硬度；

（4）在金相顯微鏡下觀測(cè)鍍層的界面和組織。

5、實(shí)驗(yàn)步驟

5.1半軸套管表面預(yù)處理

（1）清理：用干布、水、毛刷等去除汽車(chē)后驅(qū)動(dòng)橋總成半軸套管表面的油漬、殘?jiān)?、銹蝕等；

（2）除油：(初步除油)用有機(jī)溶劑丙酮除去半軸套管表面的油；

（3）去氧化、疲勞層：打磨半軸套管，露出基體，并達(dá)到一定的粗糙度(一般Ra0.8以上，要求嚴(yán)格的要達(dá)Ra0.4以上)；

（4）整形：將半軸套管表面的劃傷、溝槽由“V”形溝打磨成“U”形溝，使溝痕與基體面呈圓滑過(guò)渡狀態(tài)；

（5）非鍍面的保護(hù)：常用粘膠帶的方法保護(hù)非鍍面。在需要進(jìn)行刷鍍的區(qū)域用膠帶圍成一片區(qū)域，刷鍍整個(gè)過(guò)程在此區(qū)域中進(jìn)行，對(duì)非鍍表面進(jìn)行保護(hù)。

5.2技術(shù)要求

5.2.1電刷鍍電源選用的是NBD-150逆變脈沖電源(如圖2)，電刷鍍電源應(yīng)具備的主要性能要求

（1）電源必須具備變交流電為直流電的功能。并有平直或緩降的外特性，即要求負(fù)載電流在較大范圍內(nèi)變化時(shí)，電壓的變化較?。?/p>

（2）輸出電壓應(yīng)能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，以滿足各道工序和不同鍍液的需要，(無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)范圍為0-30V )；

（3）電源自調(diào)節(jié)作用強(qiáng)，輸出電流大小應(yīng)能隨鍍筆和陽(yáng)極接觸面積的改變而自動(dòng)調(diào)節(jié)；

（4）電源應(yīng)裝有直接或間接測(cè)量鍍層厚度的裝置，以便于控制鍍層的厚度；

（5）應(yīng)有過(guò)載保護(hù)裝置，當(dāng)超載或短路時(shí)，能迅速主動(dòng)切斷主電路，保護(hù)設(shè)備和人身安全；

（6）輸出端設(shè)有極性轉(zhuǎn)換裝置，以滿足各工序的需要。

5.2.2電刷鍍?nèi)芤阂?/p>

電刷鍍?nèi)芤喊ū砻骖A(yù)處理溶液和金屬鍍液，是刷鍍技術(shù)中必不可少的條件，其質(zhì)量的好壞，直接影響著鍍層的性能。

（1）表面預(yù)處理溶液

對(duì)工件表面進(jìn)行預(yù)處理是電刷鍍不可缺少的工序，預(yù)處理質(zhì)量會(huì)直接影響到鍍層與工件基體的結(jié)合強(qiáng)度。預(yù)處理是指用預(yù)處理溶液對(duì)工件進(jìn)行電凈處理及活化處理。表面預(yù)處理液包括電凈液和活化液。

（2）金屬鍍液

①鍍鎳溶液：在刷鍍技術(shù)中，鎳是應(yīng)用最廣泛的鍍層之一。尤其在機(jī)械零件修復(fù)和強(qiáng)化零件表面用得較多。這是因?yàn)殒囧儗泳哂袃?yōu)良的物理、化學(xué)、機(jī)械性能。包括特殊鎳、快速鎳等；

②堿銅溶液：適用于鋁、鑄鐵或鋅等難鍍材質(zhì)上刷鍍；

③合金溶液：合金溶液是指含兩種或多種金屬離子的鍍液。常用的有鎳鎢合金溶液、鎳鎢(D)合金溶液[3]。

5.3修復(fù)工藝過(guò)程

（1）機(jī)械去除工件表面的氧化疲勞層，去除深度0.1mm。

（2）用脫脂棉蘸取無(wú)水乙醇（丙酮）在打磨后的工件表面反復(fù)擦拭，去除工件表面油污。并在非待鍍區(qū)域貼上膠帶保護(hù)。

（3）用水沖，去除工件表面殘留的無(wú)水乙醇（丙酮）。

（4）打開(kāi)NBD-150逆變脈沖電源，頻率調(diào)節(jié)800-1000 HZ，占空比70%-80%。

（5）電凈除油，1#電凈液電凈液，極性正，電壓12V，線速度8-12m/min，時(shí)間幾十秒鐘。

（6）活化目的是除去表面上的薄層氧化膜，并對(duì)表面進(jìn)行電解刻蝕，以利于鍍層與基體結(jié)合。對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)，我們先選用2號(hào)活化液，它具有較強(qiáng)的去除金屬表面氧化膜和疲勞層的能力，對(duì)基體腐蝕快，可去除工件表面的氧化膜，之后采用3號(hào)活化液，它與2號(hào)活化液配合使用，主要用途是去除碳素體（碳黑層）。

刷鍍筆蘸鍍液無(wú)電擦拭。電纜接在刷鍍筆上，16-18V，高壓沖擊，待到鍍層變色，將電壓調(diào)至12V。繼續(xù)刷鍍，刷至工件完全變色則底層做完，水沖去除殘留的特殊鎳溶液。特殊鎳刷鍍過(guò)程如圖3所示。

（7）尺寸層：對(duì)磨損較嚴(yán)重或加工超差較大的零件，需刷鍍比較厚鍍層才能恢復(fù)到設(shè)計(jì)尺寸。為快速恢復(fù)零件尺寸，在滿足零件技術(shù)要求的前提下，選用沉積速度快的鍍液刷鍍尺寸層，本次實(shí)驗(yàn)選用堿銅溶液。尺寸層是在底層鍍完后，鍍工作層前進(jìn)行。工藝參數(shù)：正向，6-8V，1-2min，線速度5-10m/min。堿銅刷鍍過(guò)程如圖4所示。

（8）工作層：在工件上刷鍍，直接承受工作負(fù)荷的鍍層稱為工作層。本次實(shí)驗(yàn)的半軸套管刷鍍工作層為快速鎳。實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)：正向，10-12V，線速度10-20m/min?？焖冁囁㈠冞^(guò)程如圖5所示。

（9）鍍后處理

清水清洗干凈：水溫與工件溫度相近；

去除保護(hù)設(shè)施：如膠帶等；

研磨、加工：通過(guò)研磨、微切削等工藝將修復(fù)表面恢復(fù)到工件要求的尺寸；

二次強(qiáng)化：用開(kāi)水燙，可提高鍍層硬度。

6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理

6.1鍍層表面形貌觀察與分析

對(duì)刷鍍好的工件進(jìn)行線切割制成大小為2cm×2cm× 1cm鍍層試樣。為了防止鍍層在制備金相試樣的時(shí)候邊緣被磨平，采用牙托粉對(duì)試樣進(jìn)行鑲嵌，打磨拋光后采用3%的硝酸酒精溶液腐蝕，制備成如圖6所示金相試樣。

在MM6金相顯微鏡下對(duì)制成的金相試樣進(jìn)行觀察，基材組織、界面的組織形貌、工作層快速鎳金相顯微組織分別如圖7、圖8、圖9所示。

如圖7所示基材40Mn由鐵素體和珠光體的混合相組合而成，成網(wǎng)狀分布，調(diào)質(zhì)態(tài)組織中出現(xiàn)回火索氏體，基體材料有較好的塑性韌性，綜合機(jī)械性能良好，基材硬度介于HB241到HB285之間，相當(dāng)于洛氏硬度低于HRC30。

如圖8所示，圖中1為基材40Mn，2為底層特殊鎳，3為尺寸層堿銅，4為工作層快速鎳。底層特殊鎳連續(xù)并與基材和尺寸層堿銅充分接觸，組織均勻，連續(xù)，底層沒(méi)有孔洞裂紋等缺陷的存在，鍍層生長(zhǎng)方向比較致密，結(jié)合處僅有很薄的一層過(guò)渡層，底層微觀組織性能良好，有較高的結(jié)合強(qiáng)度。圖中尺寸層堿銅較厚，接近130μm，鍍層靠近基材方向較為致密，無(wú)氣孔裂紋，最外層特殊鎳由于具有較高的硬度，有一定的脆性，在打磨制備金相試樣的過(guò)程中出現(xiàn)少量剝落。隨著厚度的增加，裂紋率孔隙率呈上升趨勢(shì)，這是由于隨著鍍層厚度的增加內(nèi)應(yīng)力的不斷增大所引起的，故在滿足橋殼再制造的前提下應(yīng)盡量控制刷鍍層的厚度。

如圖9為電刷鍍后的工作層在MM6金相顯微鏡下觀測(cè)的結(jié)果，由圖可知，6.2鍍層硬度檢測(cè)及分析

電刷鍍技術(shù)所得鍍層表面工作層快速鎳組織致密、均勻、細(xì)小，呈現(xiàn)出包狀晶結(jié)構(gòu)，刷鍍后表面工作層光潔度高，孔隙率低。

由于鍍層厚度很小，為了避免基體硬度對(duì)鍍層硬度測(cè)試造成影響，鍍層硬度測(cè)試一般采用顯微硬度計(jì)測(cè)試鍍層表面顯微硬度。將線切割好的鍍層試樣置于顯微硬度計(jì)上，在鍍層上均勻選擇三點(diǎn)進(jìn)行硬度測(cè)試，測(cè)試鍍層硬度如表1所示。

表1 鍍層硬度（HV）

注：?jiǎn)挝籋V，轉(zhuǎn)換成洛氏硬度大約為HRC38。

所得鍍層硬度的平均值為HRC38，高于基材硬度，所得鍍層能夠滿足半軸套管再制造的硬度要求。

6.3鍍層結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)

對(duì)半軸套管施鍍后，我們對(duì)再制造后的半軸套管進(jìn)行結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)。具體方法如下：對(duì)鎳鍍層采用銼削法，將試件夾在臺(tái)鉗上，用一種粗齒偏銼，在試件邊緣處鋸斷面，由基體銼向鍍層，銼刀與鍍層面成45°角，銼削非主要表面。銼削后觀察，露出基體與鍍層的界面，平滑過(guò)渡，沒(méi)有出現(xiàn)鍍層起皮的現(xiàn)象，說(shuō)明鍍層的結(jié)合力良好。

7、結(jié)論

本文對(duì)汽車(chē)后驅(qū)動(dòng)橋總成半軸套管處的磨損采用電刷鍍技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。首先闡述了電刷鍍的修復(fù)原理和技術(shù)要求等，然后針對(duì)半軸套管的材質(zhì)和缺陷面積選擇合適的工藝進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)后對(duì)半軸套管表面形貌進(jìn)行了觀察分析，鍍層為快速鎳組織，具有硬度高，耐磨耐腐蝕的特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)表面進(jìn)行結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)，鍍層與工件基體結(jié)合牢固。對(duì)鍍層表面形貌進(jìn)行了觀察，通過(guò)分析得出：鍍層致密、孔隙率低、鍍層化學(xué)性能及物理性能得到改善。可以滿足汽車(chē)后驅(qū)動(dòng)橋總成半軸套管處的磨損表面修復(fù)需求。本文僅對(duì)后驅(qū)動(dòng)橋橋殼半軸套管磨損這一失效模式進(jìn)行修復(fù)，對(duì)于其他失效模式?jīng)]有進(jìn)行研究，以后可對(duì)橋殼變形、裂紋修復(fù)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

[1] 公茂秀,宋家來(lái),于廣娟等.表面工程技術(shù)在冶金設(shè)備修復(fù)再制造中的應(yīng)用與展望[J].山東冶金,2005,32(03):75-77.

[2] 彭興禮.奧宇可鑫修復(fù)技術(shù)一電刷鍍技術(shù)[J].設(shè)備管理與維修,2005(08):17.

[3] 李建躍,李穗冬.采用電刷鍍技術(shù)提高零件表面防腐蝕性能[J].金屬材料與冶金工程 ,2007，35(02):36-37.

Study on Brush Plating Remanufacturing Technology Repair Experiment

Jiao Dongfeng1,2, Pan Xiuqin3
( 1.Hefei AAM automobile driveline&chassis transmission and Chassis Systems Co., Ltd., Anhui Hefei 230000;
2. Hefei University of Technology, Anhui Hefei 230000; 3.Anhui Sanlian University, Anhui Hefei 230000 )

At present, China has entered the peak of scrap machinery equipment and automobile, However, due to the design of excess, the majority of products after retirement, The remaining fatigue life can meet the demand of the next life cycle, but because the parts wear, bump surface damage, Can't put into use again, Through the surface damage repair parts can realize the remanufacturing.This paper will take the brush plating surface repair technology of the failure form on the rear drive axle housing assembly experiment research of remanufacturing.

remanufacturing; brush plating; repair

U467.1

A

1671-7988（2015）09-129-04

焦東風(fēng)，就職于合肥美橋汽車(chē)傳動(dòng)及底盤(pán)系統(tǒng)有限公司。