CN202482457U - 高压涡轮轴颈内径窄边镀铬用辅助装置 - Google Patents

Abstract

高压涡轮轴颈内径窄边镀铬用辅助装置，用于固定被镀零件，并和辅助阳极（1）一起配合辅助进行镀铬操作；其特征在于：其由下述几部分构成：螺钉（2）、阴极导电板（3）、环状绝缘板（4）、保护阴极（5）、端面绝缘板（7）、锥形绝缘板（8）、内腔保护套（9）。本实用新型在内腔窄边工件电镀铬过程中使用，其能保证电力线分布均匀，镀层均匀一致，且不增加镀铬后工件的椭圆度。本实用新型可明显提高工件的使用寿命，降低发动机生产成本；具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

Description

高压涡轮轴颈内径窄边镀铬用辅助装置

技术领域

本实用新型涉及高压涡轮轴颈内径窄边镀铬辅助装置及应用，具体提供了一种高压涡轮轴颈内径窄边镀铬用辅助装置。 

背景技术

现有技术中，一般金属材料在电镀铬时，往往采用工艺槽内两侧为阳极，中间为阴极(零件)进行电镀铬的工艺方法，得到理想的镀铬层。当零件结构复杂或内腔、窄边表面进行电镀铬时，因为镀液的分散能力和覆盖能力较差，使用传统方法制备的镀铬层，难以做到质量稳定，加工出的工件得不到理想镀铬表面，且制备过程中安装操作较为复杂，生产准备时间较长，还很可能导致工件返修，从而影响了产品的质量以及合格率。 

人们迫切希望获得一种技术效果优良的高压涡轮轴颈内径窄边镀铬用辅助装置。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种技术效果优良的高压涡轮轴颈内径窄边镀铬用辅助装置。 

本实用新型提供了一种高压涡轮轴颈内径窄边镀铬用辅助装置，其用于固定被镀零件，并和辅助阳极1一起配合辅助进行镀铬操作；其特征在于：其由下述几部分构成：螺钉2、阴极导电板3、环状绝缘板4、保护阴极5、端面绝缘板7、锥形绝缘板8、内腔保护套9；其中： 

内腔保护套9布置在被镀零件6的内腔中，内腔保护套9主体为管状结构，其外端部为垂直于轴线方向的环状端面，其与主体的管状结构部分固定连接为一个整体；

锥形绝缘板8布置在被镀零件6的锥形结构内侧面上且通过内腔保护套9中外端部的环状端面将其相对于被镀零件6固定布置在一起；

所述辅助阳极1满足下述要求：其主体部分为盘状结构，该盘状结构件上固定连接有一个轴向的柱状或者管状结构且该结构布置在远离被镀零件6一侧；

端面绝缘板7的轴向侧面其中之一与内腔保护套9中外端部轴向外侧的环状端面相接触，端面绝缘板7的另一个轴向侧面与辅助阳极1的盘状结构部分相互接触；

辅助阳极1、端面绝缘板7、内腔保护套9三者通过轴向布置的螺钉2固定连接在一起；

作为被镀零件6的高压涡轮轴颈的内径窄边需镀铬表面的外侧环面结构上沿轴向依次布置有保护阴极5、环状绝缘板4、阴极导电板3，其中：保护阴极5的轴向两侧面分别与被镀零 件6的上述部位和环状绝缘板4接触，环状绝缘板4的轴向两侧面分别与保护阴极5和阴极导电板3接触。

和本实用新型相关的内容介绍：

与高压涡轮轴颈内径窄边镀铬用辅助装置对应的高压涡轮轴颈内径窄边镀铬方法中，依次满足下述要求：

首先将锥形绝缘板8安装在零件的锥形结构内侧面上，然后在零件上安装内腔保护套9，通过内腔保护套9中外端部的环状端面将锥形绝缘板8相对于零件6固定布置在一起；

之后，安装端面绝缘板7，使其两个轴向侧面的其中之一与内腔保护套9中外端部轴向外侧的环状端面相接触，端面绝缘板7的另一个轴向侧面与辅助阳极1的盘状结构部分相互接触；

再之后，安装辅助阳极1，并将辅助阳极1、端面绝缘板7、内腔保护套9三者通过轴向布置的螺钉2固定连接在一起；

再然后在作为零件6的高压涡轮轴颈的内径窄边需镀铬表面的外侧环面结构上沿轴向依次布置下述三者：保护阴极5、环状绝缘板4、阴极导电板3；其中：保护阴极5的轴向两侧面分别与零件6的上述部位和环状绝缘板4接触，环状绝缘板4的轴向两侧面分别与保护阴极5和阴极导电板3接触；

将阴极导电板3、辅助阳极1分别与电镀装置的电源连接，且该结构布置在远离零件6一侧；

辅助阳极1的连接位置在其沿轴向布置的柱状或者管状结构部分的用于连接的孔处，阴极导电板3的连接位置在其远离环状绝缘板4处；

最后开动设备对高压涡轮轴颈内径窄边进行镀铬操作。

所述高压涡轮轴颈内径窄边镀铬的具体工艺路线为：除油→装夹→活化→镀铬→回收槽洗→除氢；

按镀铬工艺规程加工；要求的工艺参数如下：铬酐：200～250g/l，硫酸:2～2.5g/l，三价铬:2-7.5g/l，温度:50-60℃，电流密度:40-60A/dm²。

所述高压涡轮轴颈内径窄边镀铬过程中还满足下述要求：椭圆度控制在0.02以内；表面粗糙度达到Ra=1.6μm；

要求镀层与基体结合良好，具体满足要求如下：在温度为500℃环境下工作200小时，不起 皮、不脱落、不疏松。

以高压涡轮轴颈Φ242.5表面的尺寸修复为优选例，根据零件修理需求，同时依据航标及零件的工况，本实用新型具体采用镀铬方法通过对试片及试验件的施镀，成功地对高压涡轮轴颈Φ242.5表面进行了尺寸修复，满足了要求。并且针对该材料在不同条件下的镀层的硬度、结合力等情况进行了试验。

结果表明，在高压涡轮轴颈Φ242.5表面单面磨损的修复可采用电镀铬工艺。经试车后检查，状态良好，可以装机使用。 

根据专业常识，在电镀铬生产过程中，由于镀铬溶液的均镀能力很差，使用的电流密度较大，欲获得厚度均匀的镀层，必须设计适当的夹具，甚至使用辅助阳极、保护阴极和绝缘屏蔽等措施。但是因为夹具的结构通常是根据零件的形状、大小及复杂程度来决定。使用的材料必须在镀铬溶液中不产生溶解和其它化学作用，导电部分要有足够的截面积，以保证电流顺利通过。

本实用新型通过使用辅助阳极，解决了高压涡轮轴颈内腔窄边镀层厚度不均匀的问题，高压涡轮轴颈镀后的椭圆度控制在0.02以内，不增加工件的椭圆度，表面粗糙度达到Ra为1.6μm，镀层与基体结合良好，在温度为500℃环境下长期工作，不起皮、不脱落、不疏松。结果表明采用本实用新型所述方法稳定可靠，具有其他方法无法替代的优点。 

辅助阳极1的材料优选为铅锑合金(锑含量在6%-8%)，并在辅助阳极1的上方开孔保证排气和溶液顺利流通;辅助阳极1用螺钉2固定在硬聚氯乙烯塑料材质的端面绝缘板7上，辅助阳极1与零件6距离保持在30cm左右，防止辅助阳极1与零件6接触产生电击伤，非镀面全都使用硬聚氯乙烯塑料材质的绝缘板进行绝缘保护，露出所需镀的部位，以减少电流消耗。

辅助阳极1用螺钉2固定在硬聚氯乙烯塑料材质的端面绝缘板7上，使内孔与辅助阳极1同心，即可使零件6进行电镀铬加工。 

本实用新型使用专用辅助阳极1加工出的高压涡轮轴颈镀铬层，合格率高达100%，为类似工件的夹具设计提供了借鉴。试用本方法制备的镀铬层，质量稳定，工艺简单，操作方便，缩短了生产准备时间，提高了生产效率。

该高压涡轮轴颈电镀铬专用辅助阳极1的制造费用较低，产生的效益大，若以每年 加工约40件零件，每件修理后可节约成本35万元，每年节约成本可达1400万元；本实用新型经济价值巨大。 

根据相关技术要求，为解决高压涡轮轴颈内腔窄边镀层厚度不均匀的问题，同时还要求不增加零件6的椭圆度，足表面粗糙度要求。如果使用一般电镀铬方法，高压涡轮轴颈得不到理想镀铬表面，甚至可能导致零件6返修，从而影响产品的质量以及合格率。因此，专用的辅助阳极1及其他的夹具设计结构必须合理，要求必须从实用性角度考虑设计方案，否则无法满足设计要求。

本实用新型是针对高压涡轮轴颈内腔、窄边形状特点，设计出电镀铬专用的辅助阳极1，辅助阳极1与零件6距离保持在30cm左右，辅助阳极1宽度为被镀表面的一倍，上段与零件6被镀面连接采用4mm后的碳钢板用作保护阴极5，以便使电力线分布均匀。高压涡轮轴颈在标准镀铬溶液中，获得了电镀铬层厚度均匀一致，椭圆度0.02在以内，表面粗糙度达到Ra为1.6μm，镀层与基体结合良好的镀铬层，产品质量稳定，合格率达100%，满足设计图纸要求。 

本实用新型采用专用的辅助阳极1辅助进行镀铬操作，在内径窄边工件上制备满足技术要求的镀铬层，使内腔窄边工件电镀铬过程中的电力线分布均匀，镀层均匀一致，不增加镀铬后工件的椭圆度。通过修复，可提高工件的使用寿命，降低发动机生产成本；本实用新型具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

附图说明

图1为高压涡轮轴颈内径窄边镀铬原理示意图； 

图2为不同热处理温度下电镀铬层的硬度情况。

具体实施方式

实施例1

高压涡轮轴颈内径窄边镀铬用辅助装置，用于固定被镀零件，并和辅助阳极1一起配合辅助进行镀铬操作；其特征在于：其由下述几部分构成：螺钉2、阴极导电板3、环状绝缘板4、保护阴极5、端面绝缘板7、锥形绝缘板8、内腔保护套9；其中：

内腔保护套9布置在被镀零件6的内腔中，内腔保护套9主体为管状结构，其外端部为垂直于轴线方向的环状端面，其与主体的管状结构部分固定连接为一个整体；

锥形绝缘板8布置在被镀零件6的锥形结构内侧面上且通过内腔保护套9中外端部的环状端 面将其相对于被镀零件6固定布置在一起；

所述辅助阳极1满足下述要求：其主体部分为盘状结构，该盘状结构件上固定连接有一个轴向的柱状或者管状结构且该结构布置在远离被镀零件6一侧；

端面绝缘板7的轴向侧面其中之一与内腔保护套9中外端部轴向外侧的环状端面相接触，端面绝缘板7的另一个轴向侧面与辅助阳极1的盘状结构部分相互接触；

辅助阳极1、端面绝缘板7、内腔保护套9三者通过轴向布置的螺钉2固定连接在一起；

作为被镀零件6的高压涡轮轴颈的内径窄边需镀铬表面的外侧环面结构上沿轴向依次布置有保护阴极5、环状绝缘板4、阴极导电板3，其中：保护阴极5的轴向两侧面分别与被镀零件6的上述部位和环状绝缘板4接触，环状绝缘板4的轴向两侧面分别与保护阴极5和阴极导电板3接触。

与上述的高压涡轮轴颈内径窄边镀铬用辅助装置对应的高压涡轮轴颈内径窄边镀铬方法中，依次满足下述要求：首先将锥形绝缘板8安装在零件的锥形结构内侧面上，然后在零件上安装内腔保护套9，通过内腔保护套9中外端部的环状端面将锥形绝缘板8相对于零件6固定布置在一起；

之后，安装端面绝缘板7，使其两个轴向侧面的其中之一与内腔保护套9中外端部轴向外侧的环状端面相接触，端面绝缘板7的另一个轴向侧面与辅助阳极1的盘状结构部分相互接触；

再之后，安装辅助阳极1，并将辅助阳极1、端面绝缘板7、内腔保护套9三者通过轴向布置的螺钉2固定连接在一起；

再然后在作为零件6的高压涡轮轴颈的内径窄边需镀铬表面的外侧环面结构上沿轴向依次布置下述三者：保护阴极5、环状绝缘板4、阴极导电板3；其中：保护阴极5的轴向两侧面分别与零件6的上述部位和环状绝缘板4接触，环状绝缘板4的轴向两侧面分别与保护阴极5和阴极导电板3接触；

将阴极导电板3、辅助阳极1分别与电镀装置的电源连接，且该结构布置在远离零件6一侧；

辅助阳极1的连接位置在其沿轴向布置的柱状或者管状结构部分的用于连接的孔处，阴极导电板3的连接位置在其远离环状绝缘板4处；

最后开动设备对高压涡轮轴颈内径窄边进行镀铬操作。

所述高压涡轮轴颈内径窄边镀铬方法满足下述要求：

工艺路线为：除油→装夹→活化→镀铬→回收槽洗→除氢；

按镀铬工艺规程加工；要求的工艺参数如下：铬酐：200～250g/l，硫酸:2～2.5g/l，三价铬:2-7.5g/l，温度:50-60℃，电流密度:40-60A/dm²。

所述高压涡轮轴颈内径窄边镀铬方法满足下述要求：椭圆度控制在0.02以内；表面粗糙度达到Ra=1.6μm；

要求镀层与基体结合良好，具体满足要求如下：在温度为500℃环境下工作200小时，不起皮、不脱落、不疏松。

本实施例针对如图1所示作为零件6的高压涡轮轴颈Φ242.5表面尺寸，由于在修理装配过程中，因磨损严重，在涡盘配合时存在尺寸超差问题，严重影响正常装配，从而导致不能正常按节点交付使用。为此特地选择一种能适合在500℃左右温度下工作的镀层，解决高压涡轮轴颈Φ242.5表面尺寸超差问题。通过大量试验完成了对高压涡轮轴颈Φ242.5表面尺寸的成功修复，明显提高了零件6的使用寿命，达到了降低大修成本的目的。

根据高压涡轮轴颈Φ242.5表面尺寸磨损修复方案会议的要求，开展了高压涡轮轴颈Φ242.5表面尺寸采用电镀铬工艺方法进行尺寸修复的工艺试验攻关工作。 

将高压涡轮轴颈Φ242.5表面尺寸进行镀铬，镀层厚度在20～50μm之间。并控制在Φ242.5^+0.027范围内，表面粗糙度Ra=1.6，满足与高压涡轮盘的装配要求。 

高压涡轮轴颈是高压转子的主要部件，零件的工作温度不大于500℃，工作介质为空气，还有少量的油性气氛。工作转数为11330转/分钟。零件呈喇叭口状结构，有24个孔与涡轮盘的后端相连接。工件内腔还嵌有一个抗腐蚀能力差、表面渗氮且不能拆卸的碳钢衬套。 

高压涡轮轴颈的材料属高温合金GH698。密度为8.31g/cm³，硬度值为RC27～35(HV268～329)。该合金是以Ni3(AlTiNb)相时效强化的镍基变形高温合金，合金中有20%的γ’相，在(550-800)℃具有较高的持久强度、拉伸强度及良好的塑性。长期使用，组织稳定，并具有优良的综合性能。该材料常用于温度在550-800℃环境下工作的涡轮盘、压气机盘、导流片，承力环和其他长时间工作具有重负荷的发动机零部件。该材料的主要合金元素及含量见表1。 

表1GH698主要合金元素及含量 

试片:本次攻关进行性能试验用的试片是与零件材料相同的GH698。试片的相关情况见表2。

表2试样牌号及规格 

材料牌号	规格(mm)	数量	粗糙度（Ra）	用途
					GB698	80×20×2	12	≤0.8	测结合力
GH698	10×20×2	20	≤0.8	测表面硬度

本次攻关进行试镀修复的零件是一次大修或二次大修状态，装配尺寸超差件。试验件的施镀工艺均为电镀铬。

使用的其它材料:信那水、脱脂棉，医用氧化锌胶布，各种相关槽液等。 

设备：镀铬槽，镀铬电源，各种规格的电解槽，除氢炉，(0-300)℃恒温干燥箱，中温热处理炉，俄制∏MT-3显微硬度计等。

工艺：高压涡轮轴颈Φ242.5尺寸电镀铬工艺依据HB/Z5072-92《电镀铬工艺》编制的镀铬典型工艺。电镀铬工艺是非常成熟的尺寸修复工艺，修复的厚度范围宽(3～200)μm，镀层硬度高，耐磨性好，应用也非常广泛。 

电镀铬修复时，由于该件需镀面很窄，镀铬电流效率又低，分散能力差。为保证质量，必须设计出合适的辅助阳极控制镀层厚度的均匀性。目前，一次大修的零件需要(单面)修复尺寸为(20～40)μm； 

二次大修的零件需要(单面)修复尺寸为(30-50)μm。个别磨损严重的零件需要(单面)修复的尺寸达50μm以上。因零件都存在不同程度的椭圆度，有的零件椭圆度超差严重，修复尺寸达0.05mm时难度极大。经过对零件的技术分析，电镀铬可以应用于高压涡轮轴颈Φ242.5表面尺寸的试修。

工艺路线：除油→装夹→活化→镀铬→回收槽洗→除氢。

按镀铬典型工艺规程加工，工艺参数如下：铬酐：200～250g/l，硫酸:2～2.5g/l，三价铬:2-7.5g/l，温度:50-60℃，电流密度:40-60A/dm²。 

镀铬层按镀铬典型工艺规程采用1:1的盐酸去除铬层;

电镀铬试修件情况：镀铬工艺电镀铬试修施镀后铬层外观光滑细致，符合Q3B/406-92镀铬层质量检验标准。 

试修件标号分别为:069、040、060、199。施镀前后零件Φ242.5表面的尺寸、镀层厚度、椭圆度、粗糙度变化情况见表3至表6。 

表3069件电镀铬前后相关情况 

注:069件镀前的表面粗糙度是由计量中心测得。

表4 040件电镀铬前后相关情况 

表5 060件电镀铬前后相关情况

表6 199件电镀铬前后相关情况

从表3至表6中的数据统计可以看出:电镀铬过程，几乎没有加大零件的椭圆度。这主要是因为本实施例自行设计的专用镀铬夹具(见图1)，是在对069试验件经过5次反复施度，并进行了多次实际测绘的基础上设计的，完全满足图纸要求。其象形非常合理，使用效果之好。这是能够采用电镀铬方法成功修复该零件的关键。

电镀铬修复工艺完全满足图纸要求。 

表面粗糙度：轴颈的设计图要求的尺寸为242.5^+0.027，椭圆度0.02mm。表面粗糙度为Ra1.6。一般认为此类零件表面粗糙度应达到Ra1.6。实测的结果(未镀件)见表7

表7试修工件镀后表粗糙度(目视)

零件号	069	040	199	060
					粗糙度平均Ra	0.8	1.6	1.6	1.6

零件镀后表面的粗糙度有差异。随着镀层厚度的增加，零件表面的粗糙度会增大。

结果讨论与分析：

1）镀层性能试验与讨论：待测试片采用与试验零件相同的工艺条件施镀。镀层厚度为30～40μm，用俄国产∏MT-3显微硬度计，测得不同热处理温度下镀层的显微硬度值。

不同热处理温度下电镀铬层的硬度情况见表8及图2。 

表8不同热处理温度铬镀层的硬度 

从表8及图2中所列数据可以看出，铬镀层的硬度远远大于基体的硬度，可以满足零件工况的要求。但是，由于镀层硬度高，加工难度大，要求在零件尺寸修复过程中，镀层厚度能精确控制。

镀层结合力试验：依据HB5041第15条的规定，采用锉刀法和模拟工况条件采用较苛刻的热震法检查铬镀层结合力；见表9、表10。 

表9锉刀法检查铬镀层结合力 

表10模拟工况条件不同热处理温度铬镀层结合力

不同温度下试片的表面状态：电镀铬试片的处理温度达到450℃时，铬镀层开始有轻微的淡蓝色氧化膜，但膜层不疏松，不失光，硬度基本不变试片的处理温度达到500℃时，铬镀层开始出现蓝色氧化膜，但膜层不疏松，硬度略增加。

试片的处理温度达到600℃，铬镀层开始出现蓝黑色氧化膜，膜层略有疏松，硬度有所下降。 

本实施例结论：采用电镀铬工艺方法修复高压涡轮轴颈Φ242.5表面尺寸，工艺可行、质量可靠，能够满足修理要求。经工厂试车后检查，状态良好，可以装机使用。

电镀铬层与GH698基体的结合力良好。表面粗糙度符合设计图要求。 

对于椭圆度不大于0.02mm，磨损尺寸(单面)不大于50μm的高压涡轮轴颈，可采用电镀铬的方法修复。 

Claims (1)

1.高压涡轮轴颈内径窄边镀铬用辅助装置，用于固定被镀零件，并和辅助阳极（1）一起配合辅助进行镀铬操作；其特征在于：其由下述几部分构成：螺钉（2）、阴极导电板（3）、环状绝缘板（4）、保护阴极（5）、端面绝缘板（7）、锥形绝缘板（8）、内腔保护套（9）；其中：

内腔保护套（9）布置在被镀零件（6）的内腔中，内腔保护套（9）主体为管状结构，其外端部为垂直于轴线方向的环状端面，其与主体的管状结构部分固定连接为一个整体；

锥形绝缘板（8）布置在被镀零件（6）的锥形结构内侧面上且通过内腔保护套（9）中外端部的环状端面将其相对于被镀零件（6）固定布置在一起；

所述辅助阳极（1）满足下述要求：其主体部分为盘状结构，该盘状结构件上固定连接有一个轴向的柱状或者管状结构且该结构布置在远离被镀零件（6）一侧；

端面绝缘板（7）的轴向侧面其中之一与内腔保护套（9）中外端部轴向外侧的环状端面相接触，端面绝缘板（7）的另一个轴向侧面与辅助阳极（1）的盘状结构部分相互接触；

辅助阳极（1）、端面绝缘板（7）、内腔保护套（9）三者通过轴向布置的螺钉（2）固定连接在一起；

作为被镀零件（6）的高压涡轮轴颈的内径窄边需镀铬表面的外侧环面结构上沿轴向依次布置有保护阴极（5）、环状绝缘板（4）、阴极导电板（3），其中：保护阴极（5）的轴向两侧面分别与被镀零件（6）的上述部位和环状绝缘板（4）接触，环状绝缘板（4）的轴向两侧面分别与保护阴极（5）和阴极导电板（3）接触。

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