磨擦辅助无裂纹电镀硬铬的工艺研究

南京航空航天大学硕士学位论文磨擦辅助无裂纹电镀硬铬的工艺研究姓名：郑志敏申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：朱荻2011-01南京航空航天大学硕士学位论文I摘要硬铬镀层由于具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性和耐热性优异等特点。因此，电镀硬铬工艺广泛应用于机械零件、模具、汽车以及航空航天等行业。但是在某些应用于特殊场合的零件对电镀硬铬还有气密性要求，如飞机起落架缓冲器活塞杆。本文针对传统硬铬镀层会出现裂纹的问题，采用了一种新的电镀硬铬方法——磨擦辅助脉冲电镀无裂纹硬铬工艺。其具体研究内容包括以下几个方面：（1）开展无裂纹电镀硬铬的基础试验，分析各种加工参数对镀铬层的显微硬度、微观组织结构、耐腐蚀性及孔隙率的影响规律，并优化出合理的工艺参数。（2）研制出磨擦辅助无裂纹电镀硬铬设备，包括工作台、运动系统、沉积单元与电镀液循环系统等。（3）进行磨擦辅助无裂纹电镀硬铬的应用研究，成功地在某型号飞机起落架缓冲器活塞杆零件上进行了无裂纹镀铬，并通过了气密性检测。关键词：电镀，无裂纹，硬铬，磨擦辅助磨擦辅助无裂纹电镀硬铬的工艺研究IIABSTRACTHardchromeplatinghashighhardness,wearresistance,corrosionresistanceandheatresistance.So,HardChromiumPlatingwidelyusedinmachineparts,molds,automotive,aviationandaerospaceindustries.Thepresenceofcracksisnotpermittedonpartsthatrequirehighairtightnessandcorrosionresistance,suchasaircraftlandinggearbufferrod.Inordertoeliminatecracksintraditionalhardchromiumplatinglayer,anewelectroplatinghardchromiummethod——abrasion-assistedelectroplatinghardchromiummethodwasadoptedinthemethod.Themainworksfocusedontheresearchasfollows:(1)Experimentalresearchofcrack-freechromiumelectroplatingwascarriedoutaimedtopermeabilitygasphenomenon.Themicrohardness,microstructure,corrosionresistanceandporosityofthecoatingelectroplatedwithvariousprocessingparameterswerestudied.(2)Anewabrasion-assistedelectroplatinghardchromiummachinehavebeendeveloped,includingtestplatform,motiomsystem,electroplatingunitandPlatingsolutioncirculationsystem.(3)Theappliedresearchofthetechnologywascarriedout,andaaircraftlandinggearbufferrodwereelectroplateing,whichpassedtheairtightnesstesting.Keywords:electroplating,crack-free,hardchromium,abrasion-assisted南京航空航天大学硕士学位论文V图表清单图1.1飞机起落架实物图……………………………….……………………………………….…....1图1.2镀铬层横截面微裂纹………………….………………………………………………….…....1图1.3挤压外圆工具………………….…………………………………………………………….....2图1.4挤压内孔工具………………….…………………………………………………………….....2图1.5防护——装饰性镀铬的应用………………………………………………………..………....3图1.6硬铬的应用……………………………….……………………………………………….…....4图1.7松孔镀铬的应用……………………………….……………………………………….……....5图1.8黑铬的应用……………………………….………………………………………….................6图1.9黑铬镀层放大150倍金相图……………..….………………………………………………....6图1.10平行液流法原理图………………………….………………………………………………....7图1.11喷镀原理图………………………….………………………………………………………....8图1.12珩磨法原理意图……………………………….………………………………………...…....9图1.13NET—1法原理图……………………………….……………………………………….......10图1.14NET—Ⅱ法原理图……………………………….………………………………………......10图1.15流动床法原理图………………………………………………………………………………11图2.1镀铬的极化曲线………….…………………………………….………………………..……15图2.2电源波形图………….………………………………………………………………………...19图3.1磨擦辅助电镀铬作用机理示意图…….…………………………………..………………….22图3.2试验装置总体结构示意图………….…………………………………..…………………….23图3.3试验装置实物图………….………………………………………………………...…………23图3.4电镀铬工艺流程………….………………………………………………………….………..24图3.5两种镀铬层的外观照片………….………………………………………...…………………26图3.6传统镀铬层的XRD图………….……………………………………………….……………27图3.7磨擦辅助镀铬层的XRD图………….………………………………………..……………...28图3.8温度对镀铬层显微硬度的影响………….……………………………………..………….…..29图3.9频率对镀铬层显微硬度的影响………….…………………………………………………….29图3.10占空比对镀铬层显微硬度的影响………….…………………………………………….…..30图3.11转速对镀铬层显微硬度的影响………….……………………………………………...……30图3.12气密性试验装置示意图………….…………………………………………………..………31图3.13传统镀铬试样经336h盐雾试验………….…………………………………………………32图3.14不同转速下镀铬试样经336h盐雾试验………….…………………………………………33图3.15不同温度下镀铬试样经336h盐雾试验………….…………………………………………33图3.16不同电流密度下镀铬试样经336h盐雾试验………….……………………………………34磨擦辅助无裂纹电镀硬铬的工艺研究VI图3.17不同占空比下镀铬试样经336h盐雾试验………….………………………………………34图3.18不同频率下镀铬试样经336h盐雾试验………….…………………………………………35图3.19传统电镀镀层检测滤纸………….………………………………………………….……..…36图3.20磨擦辅助电镀镀层检测滤纸………….………………………………………….…………36图4.1待镀零件图………….…………………………………………………………………………37图4.2电镀铬机床三维图………….………………………………………………...………………38图4.3电镀铬机床装配图………….……………………………………………...…………………38图4.4装夹上零件的机床三维图………….……………………………………...…………………39图4.5立式机床的支撑结构简图………….……………………………………...…………………40图4.6主工作台装配图………….……….。………………………………………….………………40图4.7旋转轴结构示意图………….………………………………………………….……..………41图4.8沉积单元机构图………….……………………………………………………….…..………42图4.9沉积单元组装图………….…………………………………………………………...………42图4.10沉积单元实物图………….………………………………………………………..……...…42图4.11旋转密封结构示意图………….………………………………….…………………….……43图4.12旋转密封三维结构图………….………………………………….……………….…………43图4.13密封压块………….……………………………………………….…………………………43图4.14密封装夹结构图………….………………………………………….………….……………45图4.15电镀液循环过滤系统………….………………………………….………….………………44图4.16旋转阴极导电装置示意图………….……………………….…………………….…………46图4.17机床实物图………….…………………………………………………….……..……………47图4.17活塞杆模拟件镀后实物图………….………………………………….……..………………47表3.1不同条件下所得镀铬层晶面的织构系数………….…………………………………………28表3.2气密性试验测试结果................................………….…………………………………………31南京航空航天大学硕士学位论文VII注释表A相对原子质量δ扩散层厚度CT离子浓度η阴极电流效率DT扩散系数κ电导率d晶粒尺寸cη电极过电位I0(hkl)标准粉末相对衍射强度ω角速度I(hkl)测定的晶面衍射强度ϕ电势im平均电流密度I电流φ阴极电流密度t时间k电化学当量f频率n衍射峰个数Ra粗糙度承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文1第一章绪论1.1课题背景飞机起落架缓冲装置（如图1.1所示）作为飞机上的重要部件，承受着飞机与地面接触时产生的静、动载荷，吸收和消耗飞机在着陆撞击、跑道滑行等地面运动时所产生的能量，在减缓飞机震动，降低飞机地面载荷，提高乘员舒适性，保障飞机飞行安全等方面发挥着及其重要的作用[1]。飞机起落架缓冲器一般都没有补气装置，故对密封性要求非常严格[2]。但是，在使用过程中，空气中的水分和气体会通过镀铬层裂纹（如图1.2所示）进入金属基体，产生电化学腐蚀，形成了腐蚀麻点，严重时形成微观通道，沟通了缓冲器活塞杆内外的气孔，导致了铬层渗气。如果不能对铬层渗气问题进行妥当处理，轻