CN113789555B - 一种液压油缸电镀铜锡合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液压油缸电镀铜锡合金的方法，针对一级缸筒内孔、二级缸筒内孔和导向套的全位置采用双铜电镀工艺；针对二级缸筒外圆和活柱外圆采用三铜电镀工艺；其中，双铜电镀工艺主要包括预镀纯铜后快速镀锡铜合金镀层，锡含量12‑14%；三铜电镀工艺主要包括：预镀纯铜后快速镀镀锡铜合金镀层，经抛光后再镀镀硬铜。该液压油缸电镀铜锡合金的方法具有优化处理工艺、进一步解决镀层起皮问题、降低施工工艺难度、提升产品质量的优点。

Description

一种液压油缸电镀铜锡合金的方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下液压支架油缸镀层表面处理工艺，具体的说，涉及了一种液压油缸电镀铜锡合金的方法。

背景技术

国内煤矿企业数量众多，不同煤矿条件下的腐蚀环境各不相同。基于煤矿开采环境调研基本情况，大致将矿井环境归纳为5类：偏酸类型(PH＝4-6)、氯离子类型(Cl^-浓度>200mg/L)、硫酸根类型(SO₄ ²-浓度>400mg/L)、硫化氢类型(H₂S浓度>0.2ppm)、高温潮湿类型(温度>26℃，湿度>90％)。上述矿井环境均对镀层的耐蚀性能具有严峻考验。

液压支架立柱在煤矿井下工作过程中，表面有很多粉煤灰，大多数煤矿使用井下水冲洗立柱表面。同时采煤过程中喷雾也会增加环境湿度，由于长时间处在电解液、潮湿空气和粉尘之中，使得金属表面存在许多极微小电极，形成腐蚀微电池，此种工作环境加速了镀层电化学腐蚀。

目前立柱电镀工艺存在现状：1.液压缸采用“铜锡合金”(锡含量4-6％)电镀工艺；2.液压缸采用“铜锡合金+硬铬”电镀工艺(锡含量6-8％+硬铬硬度≥HV800)。

不足之处：1.油缸电镀采用“铜锡合金”或“铜锡合金+硬铬”工艺时，由于锡含量较低，电极电位较低，耐腐蚀性能较差；2.立柱零部件锡含量>8％时，镀层表面张力增大，容易出现起皮现象；3.二级缸筒外圆和活柱外圆电镀采用“铜锡合金+硬铬”工艺时，铜锡合金打底镀层虽耐受Cl^-腐蚀，但硬铬镀层通常会在电镀期间或电镀后不久因为晶体结构变化而产生微裂纹(硬铬镀层由最初的六边形面心晶体分解成体心立方晶体，导致晶体体积收缩约15％)，镀层孔隙率增大，造成耐腐蚀性能下降。

申请人于2021年6月30日申请的申请号为：202110735511.8、发明名称为：液压支架油缸电镀多层梯度锡铜合金表面处理方法的专利申请中，提出了一种在液压支架油缸外电镀多层结构，特点是内层镀纯铜，Sn含量自内而外逐层提高，进而逐层增加表面硬度，利用内层纯铜的耐腐蚀性能，和外层孔隙率降低的特点，提高镀层耐腐蚀性，利用逐层提高Sn含量的方法，提高表面耐磨性能，也相应解决了基体和镀层结合力差的问题。

但是，其技术方案在应用过程中仍存在大量问题，如纯铜层的处理方式容易使铜氧化，导致硬度增加，削弱了纯铜层作为过渡层的目的，以及镀层数量过多，操作工序繁杂，过度的镀层数量导致工艺难度大幅提升，反而影响产品的良品率，再者，制造工艺中的参数设置和配方设计不够合理，经申请人针对其方案的改良，一方面优化处理工艺，一方面提升产品性能，并确定工艺的各项关键参数，以使经新方法处理后的液压缸支架油缸具有更好的耐腐蚀优势，避免镀层脱落，以及提高产品良品率，降低产品制造难度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种优化处理工艺、进一步解决镀层脱落问题、降低工艺难度、提升产品质量的液压油缸电镀铜锡合金的方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种液压油缸电镀铜锡合金的方法，针对一级缸筒内孔、二级缸筒内孔和导向套全位置采用双铜电镀工艺；针对二级缸筒外圆和活柱外圆采用三铜电镀工艺；

其中，双铜电镀工艺包括以下步骤：

1.1)预处理：上挂→超声波除油→水洗→电解除油→水洗→酸洗→水洗→终端电解→水洗；

1.2)预镀纯铜，镀层厚度为5-8μm，接触空气停留时间为20-30s，电镀原材料包括：氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度3-5A/dm²、温度55-65℃；

1.3)在纯铜表面镀锡铜合金，其中锡含量12-14％、厚度0.04-0.06mm，电镀原材料包括：锡酸钠25-30g/L、氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度1-3A/dm²、温度55-65℃；

1.4)然后抛光→水洗→钝化→水洗→封闭→风干→下挂；

三铜电镀工艺包括：

2.1)预处理：一次抛光→水洗→上挂→超声波除油→水洗→电解除油→水洗→酸洗→水洗→终端电解→水洗；

2.2)预镀纯铜，镀层厚度为5-8μm，接触空气停留时间为20-30s，电镀原材料包括：氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度3-5A/dm²、温度55-65℃；

2.3)在纯铜表面镀锡铜合金，其中锡含量12-14％、厚度0.04-0.06mm，电镀原材料包括：锡酸钠25-30g/L、氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度1-3A/dm²、温度55-65℃；

2.4)二次抛光；

2.5)镀硬铜：镀层硬度≥450HV、镀层厚度0.04-0.06mm，电镀原材料包括：锡酸钠≥40g/L、氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度2-4A/dm²、温度50-60℃；

2.6)水洗→三次抛光→水洗→钝化→水洗→封闭→风干→下挂。

基上所述，所述一级缸筒内孔、二级缸筒内孔的成品镀区表面粗糙度≤Ra0.4。

基上所述，所述导向套的成品镀区表面粗糙度≤Ra1.6。

基上所述，步骤2.1)中，一次抛光的镀区表面粗糙度≤Ra0.2。

基上所述，步骤2.4)中，二次抛光的镀区表面粗糙度≤Ra0.4。

基上所述，步骤2.6)中，三次抛光的镀区表面粗糙度≤Ra0.4。

基上所述，所述一级缸筒、二级缸筒、导向套和活柱的基体常用材料为27SiMn、30CrMnSi和30CrMo中的一种。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明在原有的液压支架油缸电镀多层梯度锡铜合金表面处理方法的基础上进行了工艺的优化，一方面在液压缸的不同位置采用不同的手段进行电镀，以满足其性能要求，另一方面从电镀工艺本身进行优化，进一步的解决镀层脱落问题，并最终提升产品质量，具体表现在以下方面：

1.针对一级缸筒内孔、二级缸筒内孔和导向套全位置采用双铜电镀工艺，原因是一级缸筒内孔、二级缸筒内孔和导向套除端面外均在乳化液内服役工作，浸泡介质对镀层性能影响较小，可通过简化其镀层结构来满足工作环境的要求，节省了制造成本，使用性能上未有明显降低。

2.针对二级缸筒外圆和活柱外圆采用三铜电镀工艺，原因是二级缸筒外圆和活柱外圆均暴露在矿井环境下服役工作，所处环境较为复杂，对镀层性能要求相对较高，因此采用三铜电镀工艺，该工艺下已经足够满足二级缸筒外圆和活柱外圆的工况需要，使用性能上同样满足要求。

3.为防止镀层脱落，采用预镀纯铜工序，且该工序步骤在空气中停留的时间在20-30s之间，以尽量短的时间内完成该工序，避免纯铜在空气中氧化、变色，原因是，纯铜很容易氧化，且氧化后的硬度大幅提高，在原工艺中，纯铜镀层后还需要抛光，由于预镀纯铜较薄且硬度较低，容易产生抛光漏铁情况，因此极大程度的影响纯铜性能，导致预想的利用纯铜作为硬度梯度媒介的效果大幅降低，因此，优化该方案后，能够进一步的优化镀层脱落的问题，有效防止产品表面起皮；

4.在预镀纯铜的外层镀锡含量为12-14％的锡铜合金，使耐腐蚀性能相较于传统工艺提升约2倍，再配合锡含量为25％以上的硬铜镀层后，镀层的耐腐蚀性能相较于传统工艺提升3倍以上。

5.针对一级缸筒内孔、二级缸筒内孔和导向套全位置采用双铜电镀工艺，一级缸筒内孔和二级缸筒内孔都是刮滚加工，内孔粗糙度较高(粗糙度≤0.2μm)，在预镀纯铜前不需要抛光，导向套属于精加工，且沟槽较多，抛光难度较大，加上服役环境较好，因此导向套在预镀纯铜前也不需要一次抛光，简化了工艺的工序步骤。

6.针对二级缸筒外圆和活柱外圆采用三铜电镀工艺，在预镀纯铜前一次抛光、锡铜合金镀层后二次抛光、硬铜镀层后三次抛光，原因在于三铜工艺要求较高，工作环境较为复杂，一年大约需要工作循环5000次，表面粗糙度对镀层性能有一定影响，因此需要镀前和镀后抛光，精细化工艺步骤，在优化工艺的前提下，充分提升产品质量。

总之，采用“预镀纯铜”预镀工艺，镀层孔隙率极低，提高了基体与镀层结合力同时解决了脱落和鼓泡问题，同时采取提高“铜锡合金”锡含量工艺及采用“硬铜”代替传统的“硬铬”工艺，均提高了镀层的电极电位，镀层耐腐蚀性能较传统工艺提升2倍以上，且最外层铜层硬度≥450HV满足实际使用要求。

附图说明

图1是本发明中液压支架立柱电镀铜锡合金主要零部件示意图。

图中：1.一级缸筒；2.一级导向套；3.二级缸筒；4.二级导向套；5.活柱。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种液压油缸电镀铜锡合金的方法，针对一级缸筒1内孔、二级缸筒3内孔和一级导向套2、二级导向套4全位置采用双铜电镀工艺；针对二级缸筒3外圆和活柱5外圆采用三铜电镀工艺，其中所述一级缸筒内孔、二级缸筒、导向套和活柱的基体常用材料为27SiMn、30CrMnSi和30CrMo中的一种；

其中，双铜电镀工艺包括以下步骤：

1.1)预处理：上挂→超声波除油→水洗→电解除油→水洗→酸洗→水洗→终端电解→水洗；

1.2)预镀纯铜，镀层厚度为5-8μm，接触空气停留时间为20-30s，电镀原材料包括：氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度3-5A/dm²、温度55-65℃；

1.3)在纯铜表面镀锡铜合金，其中锡含量12-14％、厚度0.04-0.06mm，电镀原材料包括：锡酸钠25-30g/L、氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度1-3A/dm²、温度55-65℃；

1.4)然后抛光→水洗→钝化→水洗→封闭→风干→下挂；

其中，所述一级缸筒内孔、二级缸筒内孔的成品镀区表面粗糙度≤Ra0.4，所述导向套的成品镀区表面粗糙度≤Ra1.6。

三铜电镀工艺包括：

2.1)预处理：一次抛光→水洗→上挂→超声波除油→水洗→电解除油→水洗→酸洗→水洗→终端电解→水洗，一次抛光的镀区表面粗糙度≤Ra0.2。

2.2)预镀纯铜，镀层厚度为5-8μm，接触空气停留时间为20-30s，电镀原材料包括：氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度3-5A/dm²、温度55-65℃；

2.3)在纯铜表面镀锡铜合金，其中锡含量12-14％、厚度0.04-0.06mm，电镀原材料包括：锡酸钠25-30g/L、氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度1-3A/dm²、温度55-65℃；

2.4)二次抛光，二次抛光的镀区表面粗糙度≤Ra0.4。

2.5)镀硬铜：镀层硬度≥450HV、镀层厚度0.04-0.06mm，电镀原材料包括：锡酸钠≥40g/L、氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度2-4A/dm²、温度50-60℃；

2.6)水洗→三次抛光→水洗→钝化→水洗→封闭→风干→下挂，三次抛光的镀区表面粗糙度≤Ra0.4。

下面通过实验的统计数据，对本申请的效果进行充分对比说明。

表1起皮数据统计

表2不同镀层耐腐蚀性能

由表1、表2可以看出：导向套镀层锡含量≥8％时，采用“预镀纯铜”预镀可解决镀层与基体起皮问题，同时盖面镀层锡含量达到12％时，新工艺耐腐蚀性能较传统工艺提升约2倍。二级缸筒、活柱镀层锡含量达到12％时，采用“预镀纯铜”预镀可解决起皮问题，同时采用“硬铜”盖面(镀层锡含量达到25％时)工艺，镀层耐腐蚀性能较传统工艺提升3倍以上。

为保证镀层锡含量及镀液稳定性，摸索不同锡含量对应工艺参数，包含镀液成份、电流密度及镀槽温度，见表3。

表3不同锡含量对应工艺参数

为保证镀硬铜具有良好的耐磨性，实测不同锡含量对应显微硬度，检测结论见表4。当锡含量≥25％时，镀层硬铜显微硬度≥450HV。为进一步提高镀层硬度，可考虑适当添加微量合金元素。

表4不同锡含量对应显微硬度

为了保证出厂质量，还会进行最后一步性能检测，所述检测程序包括：

结合性能：采用“预镀纯铜”预镀工艺，解决了镀层与基体起皮问题。

依据GB/T 5270-2005标准，经磨、锯试验或热震试验，满足镀层与基体之间结合力要求。

镀层孔隙率：依据QB/T 3823-1999标准，分别检测锡含量0、锡含量12％、锡含量14％、锡含量25％、锡含量35％镀层孔隙率，检测结果均为零。

耐蚀性能：依据GB/T 10125-2012标准，采用“预镀纯铜+铜锡合金”双铜工艺、镀层耐腐蚀性能较传统工艺提升约2倍，采用“预镀纯铜+铜锡合金+硬铜”三铜工艺、镀层耐腐蚀性能较传统工艺提升3倍以上。

耐磨性能：最外层铜层硬度≥450HV，满足实际使用要求。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种液压油缸电镀铜锡合金的方法，其特征在于：针对一级缸筒内孔、二级缸筒内孔和导向套全位置采用双铜电镀工艺；针对二级缸筒外圆和活柱外圆采用三铜电镀工艺；

其中，双铜电镀工艺包括以下步骤：

1.1）预处理：上挂→超声波除油→水洗→电解除油→水洗→酸洗→水洗→终端电解→水洗；

1.2）预镀纯铜，镀层厚度为5-8μm，接触空气停留时间为20-30s，电镀原材料包括：氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度3-5A/dm²、温度55-65℃；

1.3）在纯铜表面镀锡铜合金，其中锡含量为12-14%、厚度0.04-0.06mm，电镀原材料包括：锡酸钠25-30g/L、氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度1-3A/dm²、温度55-65℃；

1.4）然后抛光→水洗→钝化→水洗→封闭→风干→下挂；

三铜电镀工艺包括：

2.1）预处理：一次抛光→水洗→上挂→超声波除油→水洗→电解除油→水洗→酸洗→水洗→终端电解→水洗；

2.2）预镀纯铜，镀层厚度为5-8μm，接触空气停留时间为20-30s，电镀原材料包括：氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度3-5A/dm²、温度55-65℃；

2.3）在纯铜表面镀锡铜合金，其中锡含量为12-14%、厚度0.04-0.06mm，电镀原材料包括：锡酸钠25-30g/L、氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度1-3A/dm²、温度55-65℃；

2.4）二次抛光；

2.5）镀硬铜：镀层硬度≥450HV、镀层厚度0.04-0.06mm，电镀原材料包括：锡酸钠40-55g/L、氰化亚铜25-30g/L、氰化钠18-23g/L、氢氧化钠8-12g/L、碳酸钠＜80g/L，工艺参数：电流密度2-4A/dm²、温度50-60℃；

2.6）水洗→三次抛光→水洗→钝化→水洗→封闭→风干→下挂。

2.根据权利要求1所述的液压油缸电镀铜锡合金的方法，其特征在于：所述一级缸筒内孔、二级缸筒内孔的成品镀区表面粗糙度≤Ra0.4。

3.根据权利要求2所述的液压油缸电镀铜锡合金的方法，其特征在于：所述导向套的成品镀区表面粗糙度≤Ra1.6。

4.根据权利要求3所述的液压油缸电镀铜锡合金的方法，其特征在于：步骤2.1）中，一次抛光的镀区表面粗糙度≤Ra0.2。

5.根据权利要求3所述的液压油缸电镀铜锡合金的方法，其特征在于：步骤2.4）中，二次抛光的镀区表面粗糙度≤Ra0.4。

6.根据权利要求5所述的液压油缸电镀铜锡合金的方法，其特征在于：步骤2.6）中，三次抛光的镀区表面粗糙度≤Ra0.4。

7.根据权利要求6所述的液压油缸电镀铜锡合金的方法，其特征在于：所述一级缸筒、二级缸筒、导向套和活柱的基体材料为27SiMn、30CrMnSi和30CrMo中的一种。

Images