CN102424992B - 回转体无裂纹电铸铬的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种回转体无裂纹电铸铬的设备和方法，属电镀加工领域。其装置包括电铸槽（5）、储液槽（12）、电铸液循环供液系统、电铸液加热系统、芯模（3）、象形阳极（4）、电源（15）、芯模传动装置（2）、电机（1）。该方法中采用了象形阳极、体外电铸、底部冲液等方式。应用本发明能以较快的速度制备出致密性好、结晶细小、表面平整光亮的电铸材料和各类形状的电铸零件。

Description

回转体无裂纹电铸铬的设备和方法

技术领域

本发明涉及了一种新型的回转体无裂纹电铸铬的设备和方法，属电镀加工领域。

背景技术

金属铬已列为最重要的电镀金属之一，在大多数情况下镀铬层专门用作零件的最外部镀层。镀铬层具有很高的硬度和耐磨性，镀铬被广泛用于机械、汽车、仪器仪表、航空、航天等行业。但是，电镀铬在沉积过程中容易产生内应力，当镀层达到一定厚度，形成裂纹。继续电镀所形成的铬镀层将在低应力的底层上生长，使原来形成的裂纹部分被覆盖。这样，重新形成富应力层，又像第一层镀层那样产生裂纹，从此往复，直至电镀完成为止。这些裂纹虽然从表面到基体的发展是不连续的，但裂纹在与断面垂直的方向上呈网状，所以从立体空间的角度看，裂纹是由表面延伸到基体的。

对于气密性要求严格的飞机起落架来说，镀铬层不能有任何裂纹和气孔，以防止渗气。国内外针对此问题开展了大量的研究，主要有以下方面：（1）镀厚铬然后进行磨削，达到规定尺寸要求后，进行涂腊或者涂漆处理；（2）采用镀铬之后用金刚石对镀铬层进行碾压，使镀铬层产生塑性变形来减少裂纹。以上这些工艺都只能治标，而不能治本，不能从根本上除渗气现象。另外，有些研究人员通过改变电镀工艺参数，如采用非常高的电镀温度，来进行无裂纹镀铬，但是得到的镀层硬度偏低，耐磨性差，镀液挥发快，容易污染环境。多年来，由于对镀铬层渗气问题还没有找到有效的解决方法，在起落架的生产和修理中此问题始终存在，影响了生产的正常进行。另外，当电镀较厚的镀铬层时，由于镀铬液的分散能力差，电镀完毕的零件不能满足尺寸要求，需要后续加工，导致工艺繁琐，而且可能导致镀铬层的剥落。因此，解决飞机起落架缓冲器活塞杆表面镀铬所存在的“铬层冒汗”、渗气、镀层脱落等问题，一直是亟待解决的工艺问题。 

传统电镀一般采用槽式电镀，即将阴极和阳极（筐）通过专用挂具，悬垂在电镀槽内进行电镀。在槽式电镀中，电镀液用量大，容易被污染，维护困难；另外，槽式电镀中阳极和阴极的安装方式很难保证其精确定位，而且电镀时工件静止不动，故难以保证零件圆度的要求。

本研究室曾发明一种阴极运动摩擦法精密电铸技术（已申请发明专利，专利号ZL200410065123.X），该发明是通过芯模在浸入电铸液的硬粒子中以适当的方式和速度运动，带动硬粒子磨擦、冲击阴极表面，迅速、有效彻底地去除吸附气泡和沉积表面的积瘤，减薄扩散层，扰动结晶过程，从而有效地提高电铸速度，改善铸层质量，获得外表面光滑平整的零件，但不能有效地改善微裂纹。

发明内容

本发明目的在于，针对飞机起落架活塞杆现有的镀铬技术的不足，提出了一种能制造出无裂纹、硬度高、结合力好、无需后续加工的镀铬新工艺。

一种回转体无裂纹电镀铬设备，其特征在于：包括电铸槽、储液槽、电铸液循环供液系统、电铸液加热系统、芯模、象形阳极、电源、芯模传动装置、电机；上述电铸液循环供液系统由磁力泵、过滤器、球阀、溢流阀组成，具体结构如下：磁力泵的进液口连接储液槽、磁力泵的出液口连接过滤器的进口，过滤器的出口分成两条支路，一条支路经过球阀与电铸槽的进液口相连，另一条支路经过溢流阀与储液槽相连；上述电铸槽的进液口位于电铸槽底部。

利用所述回转体无裂纹电镀铬设备的电镀铬方法，其特征在于包括以下过程：（a）、加工开始时关闭球阀打开溢流阀，磁力泵抽取储液槽中的电铸液后经过滤器、溢流阀流回储液槽；此时电铸液加热系统对储液槽中的电铸液进行加热；

（b）、当储液槽中温度达到设定温度时，打开球阀关闭溢流阀，利用磁力泵抽取储液槽中的电铸液后经过滤器、溢流阀、球阀对电铸槽进行底部冲液方式供液；（c）、在电铸槽中填充硬质陶瓷球使其覆盖芯模；（d）、打开电源，电机带动芯模旋转，利用象形阳极对其进行电铸加工。

上述设备及方法，其特征在于包括以下过程：上述芯模外围布置有绕芯模呈周向阵列排布的毛刷，毛刷的刷头朝向芯模并与芯模接触。

本发明的特征在于：

（1）在阴极旋转时，采用填充硬质陶瓷球或周向阵列排布的毛刷等介质对电铸层表面进行磨擦、扰动，以去除电铸层表面吸附的气泡和生长的积瘤，改善晶体生长，获得组织致密、晶粒细化均匀的电铸层；同时减薄扩散层，提高电铸速度，一次性电铸成形各种形状和壁厚的回转体零件。

（2）使用象形阳极，即与阴极相对的阳极内轮廓的形状及尺寸，经仿真和优化设计而得，以最大限度提高阴极表面电场分布的均匀性。

（3）采用体外电铸方法，即除了常规的电铸槽本身外还有一单独的储液槽，使用储液槽的作用：一是增大电解液容量，有利于保持恒定的加工温度，二是可以减小电铸槽体积，节省空间。

附图说明

图1是采用硬质颗粒作为摩擦介质的飞机起落架镀铬工艺及装置整体结构示意图；

图2是采用柔性绝缘毛刷作为摩擦介质的飞机起落架镀铬工艺及装置整体结构示意图；

图3 是硬质摩粒对电铸表面的作用原理图；

图4 是柔性绝缘毛刷对电铸表面的作用原理图；

标号名称：1、电机，2、传动装置，3、电铸芯模，4、阳极，5、电铸槽，6、硬粒子，7、隔离板，8、球阀，9、溢流阀，10、过滤器，11、磁力泵，12、储液槽，13、加热器，14、温控仪，15、电源，16、导电装置，17、柔性绝缘毛刷，18、杂质，19、氢离子，20、金属阳离子，21、氢气泡。

具体实施方式

实施本发明——“飞机起落架活塞杆无裂纹电铸铬工艺”的装置，如图1所示，其装置包括电机1、电铸槽5、隔离板7、储液槽12、磁力泵11、过滤器10、球阀8、溢流阀9、温控仪14、加热器13、电源15、导电装置16。其特点是所述电铸过程装置，硬粒子6堆放在隔离板7上方阴极3和阳极4的周围，完全浸在电铸液中。

图2所示的是采用柔性绝缘毛刷作为摩擦介质的飞机起落架镀铬工艺及装置整体结构示意图。柔性绝缘毛刷17放置与阴极3周围，完全浸在电铸液中。

采用的硬粒子6应该是硬度较大的非金属硬粒子，其密度要大于电铸液的密度，可以是球状、珠状和其他不规则形状的粒子，如陶瓷球、玻璃珠、磨粒等，其大小一般在0.5～2mm。

    本发明专利“飞机起落架活塞杆无裂纹电铸铬工艺”原理及过程：采用可导电的材料(如不锈钢、纯钛、铝合金等)加工而成的芯模3作阴极，芯模的外形与电铸零件的内腔尺寸一致；根据零件的材料和外形尺寸，选择硬粒子的种类和大小；采用板状阳极，与芯模外形平行放置；电铸液循环过滤8～12，并通过温控加热装置13、14，保持温度恒定；根据零件的具体形状，确定阴极的运动方式，本工艺采用旋转运动；电铸时，用直流或脉冲电源15通电，芯模3运动的同时，电铸液从阴极底部进行供液，在阴极离子沉积过程中，通过硬粒子6（柔性绝缘毛刷17）对芯模3表面进行磨擦、扰动，不仅能去除吸附气泡和沉积层表面的积瘤，减薄扩散层，提高电铸速度，改善晶体生长，获得组织致密、晶粒细化的电铸层，而且能电铸成形各种形状的零件。电铸层达到规定厚度后，切断电源，停止电铸，将芯模取出，清洗干燥后，分离金属沉积层，即可得到所需要的满足性能要求的电铸零件。

Claims (3)

1.一种回转体无裂纹电镀铬设备，其特征在于：

包括电铸槽（5）、储液槽（12）、电铸液循环供液系统、电铸液加热系统、芯模（3）、象形阳极（4）、电源（15）、芯模传动装置（2）、电机（1）；

上述电铸液循环供液系统由磁力泵（11）、过滤器（10）、球阀（8）、溢流阀（9）组成，具体结构如下：磁力泵（11）的进液口连接储液槽（12）、磁力泵的出液口连接过滤器（10）的进口，过滤器（10）的出口分成两条支路，一条支路经过球阀与电铸槽（5）的进液口相连，另一条支路经过溢流阀（9）与储液槽（12）相连；上述电铸槽的进液口位于电铸槽底部。

2.根据权利要求1所述的回转体无裂纹电镀铬设备，其特征在于：上述芯模（3）外围布置有绕芯模（3）呈周向阵列排布的毛刷（17），毛刷（17）的刷头朝向芯模（3）并与芯模（3）接触。

3.利用权利要求1所述回转体无裂纹电镀铬设备的电镀铬方法，其特征在于包括以下过程：

（a）、加工开始时关闭球阀（8）打开溢流阀（9），磁力泵（11）抽取储液槽（12）中的电铸液后经过滤器（10）、溢流阀（9）流回储液槽（12）；此时电铸液加热系统对储液槽（12）中的电铸液进行加热；

（b）、当储液槽（12）中温度达到设定温度时，打开球阀（8）关闭溢流阀（9），利用磁力泵（11）抽取储液槽（12）中的电铸液后经过滤器（10）、溢流阀（9）、球阀（8）对电铸槽（5）进行底部冲液方式供液；

（c）、在电铸槽（5）中填充硬质陶瓷球使其覆盖芯模（3）；

（d）、打开电源（15），电机（1）带动芯模（3）旋转，利用象形阳极（4）对其进行电铸加工。

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