CN103122469A - 枪管内膛镀铬高效添加剂及其镀液 - Google Patents

Abstract

一种枪管内膛镀铬高效添加剂及其镀液，其添加剂主要成分是甲基磺酸盐、溴化钠、硫酸镁，镀液主要成分为CrO₃、H₂SO₄、Fe³⁺、Cr³⁺。将其应用于枪管内膛镀铬工艺中，能显著提高枪管内膛镀铬层的合格率，提高电流效率，可达到20％～27％，同时提高铬层沉积速度，是传统镀硬铬的2～3倍，降低枪管内膛镀铬时间以及镀铬过程中的能源消耗。在铬层性能方面有利于铬层硬度的提高，降低枪管射后掉铬率，显著提高铬层质量，使铬层细致光亮，厚度均匀，使镀液均镀能力强，减小锥差，仅需一镀就能完成深管零件内壁镀铬，使其锥差符合工艺标准，无需进行换向镀铬，大大提高镀铬效率，节约时间，降低深管内壁镀铬的成本。本添加剂不含氟，对阳极腐蚀较小，能有效的保护阳极。

Description

枪管内膛镀铬高效添加剂及其镀液

技术领域

本发明属于电镀技术中的镀铬领域，具体地说，是枪管内膛镀铬及深管零件内壁镀铬工艺的添加剂及其镀液。

背景技术

各式步枪、冲锋枪、机枪、手枪在子弹在击发过程中，枪管内膛要承受高温烧蚀、高压火药气体冲击、高温火药气体的化学腐蚀等作用，再加上枪管本身较长，孔径较小不易保养，残留在枪管内壁的杂质、腐蚀性物质使枪管极易锈蚀，造成枪管的严重破坏，影响枪械的射击精度和杀伤力。对枪管内膛镀铬处理能有效提高枪管的防腐性能，减小枪膛内壁与弹头间的摩擦力，提高弹头的离膛初速度，增加枪械的杀伤力，延长使用寿命。枪管内膛镀铬技术属深孔镀铬，已有60多年历史，经过多年的发展，枪管内膛镀铬已成为枪管防护延寿的国际通行做法，包括美国在内的世界所有国家均采用枪管内膛镀铬防护延寿。

我国从上世纪50年代从前苏联引进枪管内膛镀铬技术。其工艺和工装夹具都是从前苏联引进，并沿用至今，尽管经过数代人的努力，有了自己的深管镀铬专家、技师，深管镀铬的技术也得到一定发展，由单一常规镀铬工艺扩展到换向镀铬、快速镀铬、流动镀铬和复合镀铬，以及高效镀铬等新工艺，但是由于枪管管身长、孔径小的特点，以及弹膛及枪膛线的存在，使得枪管本身在结构上较为复杂，不利于铬层的快速、均匀的沉积，严重制约枪管内膛镀铬层的质量，给枪管镀铬带来许多困难。电镀过程中，枪管内镀液搅动困难，镀液在管内流动性差甚至不流动，随着电镀的进行，枪管内的镀液得不到及时更新，镀液的各组分浓度不均匀，镀液分散能力严重下降，使阳极电流密度不均匀，造成枪管内各部位镀铬层厚度的不均匀，影响镀层质量。同时，随着反应的进行，管身内部的镀液杂质急剧增加，电镀效率急剧降低，影响镀铬质量，严重降低一次性交验合格率，普通工艺进行枪管内膛镀铬时一次性交验合格仅为产品总量的20％左右，而一次交验合格的产品中射击校验后又有约20％的掉铬，使得枪管的返修率大，报废量大，严重制约生产。而镀铬产品的返修不同于普通机械加工，它需要退除不合格的镀层，然后重新进行电镀，因此返修成本大幅度提高，而且退镀还会造成更大的环境污染和能量消耗，对枪管镀铬来说提高一次性校验合格率是提高生产效率降低生产因素的重要指标。

枪管内膛镀铬过程中，实际参与电沉积反应的有效镀液仅为零件管身内部的镀液，管身尺寸严重限制了参与电沉积反应的有效镀液，镀件通常竖直放置，利用反应产生的气体对流带动镀液循环，使镀液中的离子成分及时更新，将各组分浓度维持在合理的工艺范围内。但是气体通过枪管上端溢出时，气体在枪管上端聚集，使零件上端镀液电阻增大，镀液受气体影响波动较大，因此枪管上端镀铬层的沉积速度降低，大部分电流用于电解水，有效电流密度严重降低，铬层氢淬严重，铬层较薄，使得零件内壁铬层出现上端薄，下端厚的“大小头”现象，镀铬层锥差大。铬层厚度的不均匀性使得铬层的保护作用难以正常发挥，如较薄的铬层耐腐性能下降，薄铬层硬度受基体材料影响较大，如果镀铬层锥差过大甚至会影响零件内壁尺寸。实际镀铬生产中，对枪管内膛镀铬都需要进行换向二次镀铬，在一镀完成后，将枪管换向，即将镀铬层较薄的上端变为二镀中的下端，由于下端镀铬层沉积速度高于上端，因此二镀过程中铬层在枪管内膛镀铬层较薄一端(一镀过程中的上端)迅速沉积在，而在二镀过程中，枪管内膛铬层较厚的一端(一镀过程中的下端)铬层沉积速度较慢，从而修复铬层的锥差，使两端铬层厚度一致。换向镀铬虽然在一定程度上解决了镀铬层的锥差问题，但是由于换向镀铬需要将枪管进行换向，枪管装卸夹具的工作量增大，严重制约了工作效率，镀铬时间延长了进一倍，同时，同一个零件需要两套夹具才能完成一镀和二镀，大大提高了成本。由于分两次镀铬，铬层的完整性较差，两次镀铬使得铬层界面间有明显的结合部，使得铬层抗冲击的能力大大下降。

径长比小、主要以内表面作为工作界面的深管零件，如气缸套筒、液压管、炮管、等零件，为了保护其工作界面也需要对这些零件内壁进行镀铬处理大大提高深管内壁耐腐蚀、耐冲击的性能，特别是对于液压轴、气缸套筒等内壁是摩擦界面的零件而言，能显著减小内壁的摩擦系数，同时铬层的高耐磨性能更是极大的延长了这类零件的工作寿命，提高工作效率。对这类零件的内壁进行镀铬，与枪管内膛镀铬类似，存在着相同的问题。气缸套筒、液压管等深管零件在实际生产中需求量大，是液压机、发动机的重要部件之一，是通用性基础零件，解决了枪管内膛镀铬的问题也就解决了这类深管零件内壁镀铬中存在的问题，从而极大的减少能源消耗，提高镀铬行业，甚至是机械制造业的生产效率，较大的降低成本。

发明内容

本发明首先通过调整镀铬液的配方，在一定范围内抑制铬层锥差，从而使原来需要换向二次镀铬的零件仅需一次镀铬就能使铬层达到要求，极大的提高了深管零件内壁镀铬的效率，降低镀铬成本。本发明的主要思路是合理调整镀液中各组分间的配比及工艺参数，从而在一定程度上抑制深管零件内壁镀铬层的锥差。在调整后的镀液中，加入本发明的添加剂，从而进一步提高镀液的分散能力，加快铬层的沉积速度，提高电流效率，降低铬层锥差，改善铬层性能，同时有利于阳极保护。

本发明所述的枪管内膛镀铬添加剂的配方为：

CH₃SO₃Na(甲基磺酸钠)：1～5g/L

NaBr(溴化钠)：0.01～0.02g/L

MgSO₄(硫酸镁)：0.01～0.05g/L

该添加剂的生产工艺为：

以配制1L本发明所述添加剂为例，称取1～5g的CH₃SO₃Na白色粉末，用适量蒸馏水将其完全溶解制成A液；分别称取0.01～0.02g的NaBr粉末与0.01～0.05g的MgSO₄，将其混合均匀后用适量水完全溶解制成B液；将A液和B液同时缓慢注入0.5L温度为55～60℃的蒸馏水中，加热保温，使溶液温度维持在55～60℃间，并用转速为70～100R/min的搅拌桨搅拌至溶液沉淀消失得到添加剂母液；最后用蒸馏水将添加剂母液稀释至1L。

在枪管内膛镀铬时，加入本发明所提供的添加剂，加入量为15～30ml/L，镀铬层的沉积速度显著提高，其上铬速度是传统镀铬工艺的2～3倍，显著提高电流效率，传统镀铬工艺的电流效率仅为8％～15％，而加入本发明中所发明的添加剂后电流效率提高到20％～27％。上铬速度及电流效率的提高能极大的减少镀铬过程中的能量消耗，降低枪管生产的成本。

本发明所述的添加剂，其镀液配方及工艺参数为：

CrO₃：180～200g/L

H₂SO₄：2～3g/L

Fe³⁺：2～4g/l

Cr³⁺：2～5g/L

温度：48～52℃

电流密度：35～40A/dm²

称取计算量的CrO₃以及H₂SO₄，配制成所需体积的镀铬液后，以铁板作为阳极放入配制好的镀铬液中，并将镀液加热至45℃，在电流密度为30A/dm²的条件下电解铁板3～5min，得到所需含量的Fe³⁺，得到镀铬槽液，向槽液中加入15～30ml/L本发明所述的添加剂即得到枪管内膛镀铬高效添加剂镀液。

本添加剂的加入，能提高镀液的深镀能力，有利于枪管内膛铬层的均匀性，特别是提高枪管内膛镀铬的电流效率，极大的降低了枪管内膛镀铬过程中的能源消耗，为枪管内膛镀铬的节能减排做出了巨大贡献。枪管由于孔径小，管身长的特点，在对枪管内壁镀铬过程中，枪管内的实际参与反应的镀液有限，电镀过程中，随着反应的进行，枪管内镀液不断消耗，管内镀液铬离子浓度下降，管内的铬离子得不到及时补充。反应过程中析出的氢气对流带动镀液流动，从而使得管内镀液与管外镀液交换，但是这种交换是不均匀的，造成枪管内镀液成分极不均匀，从而影响阳极上电流密度的均匀性，造成镀铬层的不均匀，影响镀铬层的质量。镀铬层的不均匀严重制约着铬层与金属的结合力、硬度等性能，大大降低了铬层对枪管基体的防护作用。本添加剂的加入，能在一定程度上提高镀液的分散能力以及深度能力，提高镀液的流动性，降低电镀过程中枪管内的镀液成分的波动，从而提高阳极电流密度的均匀性，提高镀层的质量，能将镀铬层电流效率从8～12％提升至20～28％。选用本发明配制的镀液还能有效的控制镀铬层的锥差，使零件内壁镀铬层的尺寸在工艺要求范围内，一般情况下，当内壁镀铬层厚度小于40μm，深管零件的径长比(零件内孔半径与管身长度之比)大于1∶80时，能很好的抑制深管零件内壁镀铬过程中镀铬层锥差的产生，将零件镀铬层的锥差控制在10μm以内。采用本发明所述添加剂不用进行换向镀铬来修复镀铬层的锥差，大大节约了电镀时间和成本，进而提高枪管的一次性校验合格率，降低成本，减少环境污染。

具体实施方式

按配方CrO₃ 180～200g/L，H₂SO₄2～3g/L，Fe³⁺ 2～4g/L，Cr³⁺2～5g/L，配制普通镀铬液；按配方CH₃SO₃Na1～5g/L，NaBr 0.01～0.02g/L，MgSO₄0.01～0.05g/L配制枪管内膛高效镀铬添加剂。

实施例一

配制两槽普通镀铬液，向1号槽中加入本发明所述的添加剂，加入量为15～30ml/L；2号槽不加添加剂。用内径为7.62mm、长度为425mm的WQ347枪管作镀件，经电解除油、水洗、酸活化、超声清洗后分别在1号槽和2号槽中进行电镀铬。其中镀铬阳极为镀铅钢丝，在温度为55～65℃，电流密度为35～45A/dm²的条件下电镀60min。经测试，1号槽电流效率为27％、平均镀铬层厚度87μm，而2号槽仅为9％、平均镀铬层厚度26μm，加入本添加剂后电流效率提高了近两倍，铬层沉积速度也有大幅度提高，从而减小了枪管内膛镀铬中消耗的电能，降低镀铬成本。

实施例二

采用长30cm、内径6mm的钢管作为阴极，模拟深管零件内壁镀铬，用直径3mm镀铅钢丝作为镀铬阳极，经电解除油、水洗、酸活化、超声清洗后用本发明所述的配方配制镀铬液，CrO₃浓度180～200g/L，H₂SO₄浓度2～3g/L，电解铁板使得镀液中Fe³⁺含量为2～4g/L，在温度为48～52℃，电流密度35～40A/dm²的条件下进行电镀，电镀90min后，用内径千分尺分别测出刚管两端的镀铬层厚度，算出其锥差为9μm；采用CrO₃浓度180～200g/L，H₂SO₄浓度2～3g/L的普通镀液作为对比镀液，在相同工艺条件下进行电镀，并测得两端锥差，计算出其锥差为34μm。从中可以看出采用本发明所述的镀液锥差减小了近25μm，约60％，镀铬层锥差远小于利用普通镀液得到的镀铬层，达到仅进行一镀就能完成深管零件内壁镀铬，使其锥差在工艺标准认可的范围内。

Claims (8)

1.一种枪管内膛镀铬高效添加剂及其镀液，其特征在于高效添加剂的主要成分为：CH₃SO₃Na；NaBr；MgSO₄。

2.根据权利要求1，一种枪管内膛镀铬高效添加剂及其镀液，其特征在于高效添加剂的各组分的浓度分别为：CH₃SO₃Na 1～5g/L；NaBr 0.01～0.02g/L；MgSO₄0.01～0.05g/L。

3.根据权利要求2，一种枪管内膛镀铬高效添加剂及其镀液，其特征在于生产该添加剂时：先用计算量CH₃SO₃Na配制A液，再用计算量NaBr与MgSO₄混合物配制B液。

4.根据权利要求3，一种枪管内膛镀铬高效添加剂及其镀液，其特征在于生产该添加剂时：将A液和B液在55～60℃的蒸馏水中混合并搅拌，搅拌桨转速为70～100R/min。

5.根据权利要求1，一种枪管内膛镀铬高效添加剂及其镀液，其特征在于其镀液成分为：CrO₃；H₂SO₄；Fe³⁺，Cr³⁺。

6.根据权利要求5，，一种枪管内膛镀铬高效添加剂及其镀液，其特征在于其镀液各成分浓度为：CrO₃180～200g/L；H₂SO₄2～3g/L；Fe³⁺2～4g/L；Cr³⁺2～5g/L。

7.根据权利要求6，一种深管零件内壁镀铬层锥差抑制镀液其特征在于Fe³⁺的加入方式为：在配制的CrO₃与H₂SO₄溶液中电解铁板至所需Fe³⁺含量。

8.根据权利要求1，一种深管零件内壁镀铬层锥差抑制镀液其特征在于电镀工艺参数为：温度48～52℃；电流密度为35～40A/dm²。