淺析鏈條銷軸鍍鉻的影響因素及檢測方法

1序言電鍍是依據(jù)電解原理，在部分金屬表層獲得較薄層的其他金屬與合金的過程，它是依靠電解作用使金屬和其他材料部件的外表依附一層金屬膜的方法。

鍍鉻工藝作為一種傳統(tǒng)的表面改性技術，在電鍍工業(yè)中占有極其重要的地位。鍍鉻層可以有效保護銷軸的表面，避免鏈條銷軸在實際使用過程中發(fā)生過度磨損和腐蝕，這是由于鉻本身具有優(yōu)良的耐磨損腐蝕性和很強的鈍化能力，因此，目前鍍鉻工藝在鏈條的銷軸表面強化方面應用比較廣泛。2鍍鉻銷軸的加工流程鍍鉻銷軸的加工流程與普通熱處理的銷軸相比，增加了鍍鉻和鍍鉻后的無心磨等工序。其中應注意銷軸材質(zhì)和銷軸表面質(zhì)量對鍍層質(zhì)量的影響，以及鍍后應及時進行消氫處理。2.1

基體金屬對鍍鉻層的影響鍍鉻層與銷軸結(jié)合良好程度與銷軸的化學性質(zhì)密切相關。某些金屬具有鈍化性質(zhì)，其表面易生成一層致密的氧化膜。若不經(jīng)活化處理，則銷軸表面很難獲得結(jié)合牢固的鍍鉻層。此外，對于某些滲氮處理的銷軸，由于表面形成一層白色化合物，鉻原子在其表面的附著力顯著減小，鍍鉻時也要活化處理。2.2

銷軸表面質(zhì)量對鍍鉻層的影響首先，銷軸表面不允許有孔隙和裂紋。這是因為當銷軸表面有裂紋和孔隙時，當銷軸進行電鍍時電解液會滲入銷軸的縫隙內(nèi)，一段時間后滲入的電解液與銷軸相互作用就會產(chǎn)生氫氣，若后者的壓力大于鍍層與銷軸的結(jié)合力，鍍層就會發(fā)生起泡、針眼等現(xiàn)象，如圖1所示。a）鍍層起泡b）鍍層針眼圖1

鍍鉻層缺陷（200×）其次，銷軸表面粗糙度對鍍鉻層的表面質(zhì)量有很大影響，因此銷軸常進行磨光或拋光處理。表面粗糙度是指零件表面具有的微小間距及波峰波谷的不平度，受加工方法影響較大。然而，銷軸設計者在確定銷軸表面粗糙度時，往往容易忽視銷軸的表面粗糙度對電鍍效果的影響。在相同鍍鉻層厚度要求下，電鍍前銷軸的表面粗糙度值越大，電鍍加工后鍍層表面就越粗糙，孔隙率也就越高，鍍層變得不完整，鍍層與銷軸表面的附著力變差，更容易銹蝕，影響使用壽命。電鍍時銷軸表面的粗糙度值過大時，粗糙表面的實際電流密度比表觀電流密度要小，就會造成粗糙處的電位達不到金屬的析出電位，則該位置就會沒有鍍層。隨著銷軸表面粗糙度值的減小，銷軸的表面硬度增加。這是因為銷軸的表面粗糙度值越小，鍍層越致密，硬度也就越高。另外，硬度壓痕周圍出現(xiàn)的不同程度的裂紋也能表明鍍層的致密程度，從而反映影響鍍層硬度的主要因素是電解產(chǎn)物——氫。氫的過電位現(xiàn)象在光滑表面和粗糙表面是不一樣的，在粗糙表面的過電位較小。因此，粗糙銷軸表面的氫更容易完成析出動作，其中的金屬離子也不容易產(chǎn)生電沉積。為保證鍍鉻銷軸的使用壽命和質(zhì)量，電鍍前銷軸的表面粗糙度必須控制在合理范圍內(nèi)。但是適當增加銷軸表面粗糙度值也可以改善鍍層與銷軸的結(jié)合力。因此，一般要求銷軸的表面粗糙度為0.6μm以下。2.3

消氫處理由于電鍍過程中必須進行酸洗活化處理，所以析氫和滲氫現(xiàn)象在整個電鍍中不可避免，析出的氫能夠滲入鍍層以及銷軸金屬內(nèi)。析氫不僅會降低鍍層性能，產(chǎn)生針孔、麻點、氣泡等缺陷，而且還會降低基體銷軸的韌性，從而導致鏈條零件裝配后可能在遠小于其正常破壞應力的連接狀態(tài)下發(fā)生斷裂。因此，鍍鉻銷軸必須要進行消氫處理，以減少內(nèi)應力。在鍍鉻銷軸入庫時，需要一種快速有效的檢驗方法對產(chǎn)品進行氫脆檢驗，以減少質(zhì)量風險及質(zhì)量損失。通過對比試驗，建議采用氣泡法。氣泡法操作簡單、用時短、成本低，其試驗結(jié)果目前雖沒有形成統(tǒng)一規(guī)范的技術要求，但是其可作為減小氫脆風險的一個參考依據(jù)。建議使用該方法進行試驗時，要不斷地補充完善，形成本公司內(nèi)控標準，甚至是行業(yè)規(guī)范。氣泡法是指將清潔并烘干的被測銷軸置于溫度180℃左右的石蠟（或溫度120℃左右硅油或凡士林）中加熱3～5min，觀察銷軸表面氣泡產(chǎn)生和逸出情況，由此判斷被測銷軸的含氫情況，見表1。表1

銷軸表面氣泡產(chǎn)生和逸出及其判定銷軸表面氣泡產(chǎn)生和逸出情況判定被測銷軸表面有密集連續(xù)的氣泡逸出并且持續(xù)時間較長（加熱3min仍有氣泡逸出）被測銷軸的含氫量較高，則該批銷軸判定可疑或不合格3min后仍未看到銷軸表面有氣泡逸出被測銷軸不含氫或含氫量極低，則該批銷軸判定可接收被測銷軸放入加熱至規(guī)定溫度的溶液中保溫3min內(nèi)有少量氣泡，但3min后無氣泡逸出銷軸判定可接收被測銷軸未清洗干凈，被測銷軸會在加溫初期形成個別氣泡，或者黏附在被測銷軸表面上較長時間而不上升的氣泡無效氣泡，該批銷軸判定可接收在用氣泡法對銷軸表面氣泡產(chǎn)生和逸出進行觀察及其判定時，應注意以下事項。1）被測銷軸應用酒精等清洗劑進行清洗、沖洗，并烘干處理，確認銷軸表面不存在污染物且是干燥的。2）因溶液使用時間較長或銷軸未清洗干凈而帶入溶液的雜質(zhì)，造成溶液透光率下降至不足原溶液的75%左右時會影響觀察，因此需定期更換溶液。3）該方法僅可以判別銷軸中是否含有氫，但是無法判別單位體積氫含量，試驗過程中出現(xiàn)大量氣泡的現(xiàn)象不代表就會100%出現(xiàn)氫脆斷裂的問題，但可以明確該狀態(tài)下氫脆斷裂的風險大大提高。針對判定為可疑或者不合格的銷軸，應謹慎對待。3鍍鉻銷軸的檢測3.1鍍鉻層厚度鍍層厚度是銷軸的一項重要性能指標，其往往會影響銷軸的耐蝕性和耐磨性。目前，鍍層厚度的檢測方法多種多樣，由于金相法有較高的準確度，因此根據(jù)GB/T6462—2005《金屬和氧化物覆蓋層厚度測量顯微鏡法》的要求，對多種型號的鍍鉻銷軸進行了鍍層厚度檢測，發(fā)現(xiàn)鍍層厚度的均勻性差強人意（見圖2）。圖2所示為某型號鏈條銷軸的鍍層厚度情況，其最厚與最薄處相差0.06mm。由此可見，鍍層厚度的均勻性嚴重影響到銷軸的圓度。詹瑞秋等研究表明，鍍鉻層的表面內(nèi)應力均為拉應力，隨鍍鉻層厚度的增加，鍍鉻層的表面內(nèi)應力呈先增后降再增再降的波動性變化。隨鍍鉻層厚度的增加，鍍鉻層的硬度呈先略微增大后快速增大再緩慢增大的變化趨勢。a）鍍鉻層最厚處b）鍍鉻層最薄處圖2

鍍鉻銷軸不同位置鍍層厚度（200×）3.2鍍鉻層硬度在測定鍍鉻層硬度時，常使用顯微維氏硬度計，根據(jù)鍍層厚度，可以選擇加5～200g（0.049～1.96N）的小壓荷，使得壓痕深度達到鍍層厚度的1/10～1/7，從而確保鍍層硬度測量的準確。當鍍鉻層厚度＞100μm時，也可以采用洛氏硬度計進行檢測。

硬度測試要根據(jù)零件大小、基體材料、鍍層厚度、壓痕直徑及負荷大小等采用不同的硬度計，因此測試鍍鉻層硬度值時數(shù)值變化較大。表2為采用200g（1.96N）負荷，用日本三豐HM-200顯微維氏硬度計對不同型號的鍍鉻銷軸進行的鍍鉻層硬度的檢測。由表2可知，同一型號的鍍鉻銷軸硬度差值最大為113.7HV。

表2

鍍鉻銷軸的鍍層硬度

（HV）型號

檢測值平均值差值A922.1882.2933.9871.4871.3896.1862.6B882.2939.9887.9871.3887.8893.8268.6C882.3876.7876.7887.8850.2874.7437.6D845.0810.0781.8781.8772.7798.2672.3E904.7882.2819.8791.0834.8846.50113.7目前已知，造成鍍鉻層硬度較高的主要原因是其表面吸附了大量的氫。因此，銷軸鍍鉻后一定要在4h內(nèi)進行熱處理除氫。實踐論證表明，在200℃下保溫適當時間，氫氣消除總量最多，硬度雖稍有降低，鍍層會增加多孔性和裂紋網(wǎng)，但對鍍鉻銷軸的使用影響不大。3.3鍍鉻層結(jié)合力鍍鉻層的結(jié)合力是鍍層重要的力學性能，若結(jié)合力低，那么即使鉻鍍層的其他性能再好也將難以達到電鍍的目的。在GB/T5270—2008《金屬基體上的金屬覆蓋層電沉積和化學沉積層附著強度試驗方法評述》中規(guī)定了金屬基體上電鍍層及化學鍍層結(jié)合力的測試方法,但多數(shù)為定性測量。目前，常用的檢測方法有鋼針劃痕法、彎曲法、沖擊法和磨輪法等，由于鍍鉻層硬度較高，因此日常檢測多使用磨輪法。將鍍鉻銷軸在砂輪上打磨，