CN101338445B - 内燃机活塞环抗磨镀层及电镀工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明内燃机活塞环抗磨镀层，其特征在于为镍钨硼铁合金电镀镀层，电镀液的组成为：硫酸镍30-100g/L、钨酸钠25-45g/L、硼酸20-30g/L、柠檬酸钠20-40g/L、硫酸亚铁8-15g/L和柠檬酸5-15g/L。本发明采用电镀法将镍钨硼铁合金代替硬铬，无环境污染，且活塞环的耐磨性高于硬铬镀层。本发明同时提供了抗磨镀层的电镀工艺，将经过镀前处理的活塞环放置到60～80℃配好的电镀液中，在电镀过程中保持pH稳定在7.8～8.4范围内，电流密度为4～9A/dm2。
Description
技术领域
本发明属于电镀技术领域，特别涉及一种内燃机活塞环抗磨镀层及其电镀工艺。
背景技术
活塞环作为内燃机耐磨部件、多年来一直依赖于化学镀硬铬和电镀硬铬。两种方法能耗高，污染严重，产生大量含铬离子的废水。排放后对河流特别对地下水源造成严重污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种内燃机活塞环抗磨镀层及其电镀工艺，镀层耐磨性高于硬铬镀层，而且生产过程无环境污染。
本发明内燃机活塞环抗磨镀层，其特征在于为镍钨硼铁合金电镀镀层，电镀液的组成为：硫酸镍30—100g/L、钨酸钠25—45g/L、硼酸20—30g/L、柠檬酸钠20—40g/L、硫酸亚铁8—15g/L和柠檬酸5—15g/L。
本发明采用电镀法将镍钨硼铁合金代替硬铬，无环境污染，且活塞环的耐磨性高于硬铬镀层。
所述电镀液优选的组成为：硫酸镍60g/L、钨酸钠40g/L、硼酸20g/L、柠檬酸钠25g/L、硫酸亚铁12g/L和柠檬酸15g/L。是指每升水溶液中含有硫酸镍60g、钨酸钠40g、硼酸20g、柠檬酸钠25g、硫酸亚铁12和柠檬酸15g。
本发明内燃机活塞环抗磨镀层的电镀工艺，是将经过镀前处理的活塞环放置到60～80℃配好的电镀液中，在电镀过程中保持pH稳定在7.8～8.4范围内，电流密度为4～9A/dm2，所述配好的电镀液的配制过程为：将电镀液的组成成分按照硫酸镍、钨酸钠、硼酸、柠檬酸钠、硫酸亚铁、柠檬酸的加入顺序混合搅拌均匀，用水稀释到电镀槽规定量，用浓氨水调pH到7.8～8.4范围，然后在0.1～0.2A/dm2电流密度下电解至少6小时。
电镀阳极选用耐腐性强的不锈钢材料。电镀速度优选为2～4μm/h，镀层厚度一般在20～25μm，或根据要求而定。
活塞环在电镀之前应进行表面处理以去除油和去污。可以按照金属表面常规的去油、去污方式进行镀前处理，本发明优选采用如下处理方式：
活塞环的镀前处理依次经过如下处理步骤：将活塞环固定在夹具上、电解除油、用高度酸活化活塞环表面、粗化处理(用砂纸或钢丝刷轮去除表面粗糙的附着物)、化学除油(用碱液清除油污及污物)、自来水清洗、电解除油、自来水清洗、酸活化(利用酸对金属表面腐蚀溶解作用，清除油污及氧化物)、自来水清洗、超声波清洗和去离子水清洗。各处理步骤均按照公知技术方式，采用以上各处理步骤是为了更好去除活塞环表面的油污及污物。
电镀完成后可对镀层表面进行热处理、按照常规方式抛光去除氧化膜，再用机械法抛光去除低硬度氧化膜，所述热处理温度控制在550—570℃，保温1—2小时。
本发明的优点：
本发明采用电镀工艺在活塞环上沉积成耐磨镀层，采用镍钨硼铁元素用电镀法代替硬铬镀层，无废水排放，不对环境产生污染。镀层显微硬度600—1300HV，耐磨性和摩擦系数高于镀硬铬。经活塞环专用珩磨机研磨试验，耐磨损量和镀硬铬相比高1.2—1.4倍，电镀硬铬所需电流密度20—40A/dm2，本发明电流密度4—9A/dm2。
具体实施方式
实施例1：
(1)活塞环进行镀前处理：按照常规金属表面的处理方式或安装下述步骤：将活塞环固定在夹具上、电解除油、用酸活化活塞环表面、粗化处理、化学除油、自来水清洗、电解除油、自来水清洗、酸活化、自来水清洗、超声波清洗和去离子水清洗。各步骤均按照公知技术方式进行。
(2)配制电镀液：硫酸镍60g/L、钨酸钠40g/L、硼酸20g/L、柠檬酸钠25g/L、硫酸亚铁12g/L和柠檬酸15g/L，将上述成分按照所需量分别溶解在少量的水中，再按顺序混合搅拌均匀，用水稀释到镀槽规定量搅拌均匀，然后用浓氨水调PH值到8.0，电流密度0.1A/dm2电解7小时。
(3)电镀实施过程：将配好的电镀液升温至70℃，电镀的过程中保持PH值稳定在8.0。电流密度6A/dm2。阳极选用耐腐性强的不锈钢材料。电镀速度2μm/h。
在活塞环表面形成光亮的镍钨硼铁合金镀层。镀层厚度23μm。
(4)电镀完成后对镀层表面进行热处理，温度为550℃，保温1—2小时。按照常规方式抛光去除氧化膜，再用机械法抛光去除低硬度氧化膜。
经活塞环专用珩磨机研磨对比试验，结果为：
带有镍钨硼铁合金镀层的活塞环，研磨5分钟，磨损9.03μm，11分钟磨损12.51μm，见基层。
带有电镀硬铬镀层的活塞环，镀层厚度23μm，研磨5分钟，磨损12.75μm，9分钟后磨损22.95μm，见基层。
实施例2：
(1)同实施例1。
(2)配制电镀液：硫酸镍90g/L、钨酸钠25g/L、硼酸30g/L、柠檬酸钠35g/L、硫酸亚铁9g/L和柠檬酸10g/L，将上述成分按照所需量量分别溶解在少量的水中，再按顺序混合搅拌均匀，用水稀释到镀槽规定量搅拌均匀，然后用浓氨水调PH值到7.8，电流密度0.2A/dm2电解8小时。
(3)电镀实施过程：将配好的电镀液升温至80℃，电镀的过程中保持PH值稳定在7.8。电流密度8A/dm2。阳极选用耐腐性强的不锈钢材料。电镀速度4μm/h，在活塞环表面形成光亮的镍钨硼铁合金镀层。镀层厚度25μm。
(4)电镀完成后对镀层表面进行热处理，温度为560℃，保温1—2小时。按照常规方式抛光去除氧化膜，再用机械法抛光去除低硬度氧化膜。
经活塞环专用珩磨机研磨试验，带有镍钨硼铁合金镀层的活塞环，研磨5分钟，磨损11.3μm，11分钟磨损13.3μm，见基层。
实施例3：
(1)同实施例1。
(2)配制电镀液：硫酸镍40g/L、钨酸钠45g/L、硼酸25g/L、柠檬酸钠40g/L、硫酸亚铁15g/L和柠檬酸6g/L，将上述成分按照所需量量分别溶解在少量的水中，再按顺序混合搅拌均匀，用水稀释到镀槽规定量搅拌均匀，然后用浓氨水调PH值到8.4，电流密度0.2A/dm2电解7小时。
(3)电镀实施过程：将配好的电镀液升温至70℃，电镀的过程中保持PH值稳定在8.4。电流密度5A/dm2。阳极选用耐腐性强的不锈钢材料。电镀速度3μm/h，在活塞环表面形成光亮的镍钨硼铁合金镀层。镀层厚度21μm。
(4)电镀完成后对镀层表面进行热处理，温度为560℃，保温1—2小时。按照常规方式抛光去除氧化膜，再用机械法抛光去除低硬度氧化膜。
经活塞环专用珩磨机研磨试验，带有镍钨硼铁合金镀层的活塞环，研磨5分钟，磨损9.04μm，11分钟磨损11.0μm，见基层。
Claims (3)
1.一种内燃机活塞环抗磨镀层的电镀工艺，其特征在于将经过镀前处理的活塞环放置到60～80℃配好的电镀液中，在电镀过程中保持pH稳定在7.8～8.4范围内，电流密度为4～9A/dm2，所述配好的电镀液的配制过程为：将电镀液的组成成分按照硫酸镍30-100g/L、钨酸钠25-45g/L、硼酸20-30g/L、柠檬酸钠20-40g/L、硫酸亚铁8-15g/L、柠檬酸5-15g/L的加入顺序混合搅拌均匀，用水稀释到电镀槽规定量，用浓氨水调pH到7.8～8.4范围，然后在0.1～0.2A/dm2电流密度下电解至少6小时。
2.根据权利要求1所述的电镀工艺，其特征在于电镀完成后对镀层表面进行热处理、抛光去除氧化膜，再用机械法抛光去除低硬度氧化膜，所述热处理温度控制在550-570℃，保温1-2小时。
3.根据权利要求1所述的电镀工艺，其特征在于所述电镀液的组成为：硫酸镍60g/L、钨酸钠40g/L、硼酸20g/L、柠檬酸钠25g/L、硫酸亚铁12g/L和柠檬酸15g/L。
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