镀铬返修对铝合金及镀层性能的影响

张胜宝

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江哈尔滨 150066

摘要：本文通过理论分析和试验，提出并验证适宜的铝合金镀铬的去铬技术和去铬再活化技术；通过试验总结一次镀铬、二次镀铬、三次镀铬对铝合金基体尺寸消耗的规律，同时验证重复镀铬对铝合金基体性能和铬层结合力的影响，为铝合金镀铬返修提供技术支持。

关键词：铝合金   镀铬   去铬   镀铬返修

1  前言

铝合金由于比强度大，工艺性能好，具有良好的塑性和耐蚀性，并且可以进行热处理强化，因而广泛用来制造飞机及其发动机的各种主要结构和零件。铝合金硬度低，虽然热处理强化可以改善，但耐磨性还是很差，对于一些要求耐磨的铝合金零件就要通过表面处理提高其耐磨性能，铝合金镀铬就是提高其耐磨性能的一项技术[1]。

铝合金镀铬工序多，工艺复杂，镀铬中会出现异常情况，镀铬后磨削和后继的阳极化等其他工序也常引起铬层缺陷。由于铬层和铝合金基体硬度差异太大，机械加工方法不能保证基体无损伤的前提下去除铬层；铝是两性金属，采用化学方法去除铬层也会损伤基体，因此在铬层发生缺陷的情况下，零件无法挽救[2]。铝合金镀铬都是应用于有特殊要求的关键重要零件，这些零件加工难度大，加工周期长，零件报废的经济损失和时间进度损失都很大。

2  铝合金镀铬工艺简介

铬镀层为略带浅蓝色的银白色镀层，具有良好的特性，如：硬度高、耐热、耐酸、耐碱、耐硫化物、耐有机酸、顺磁、不变色。铬镀层作为功能性镀层，硬度高，可用来加厚修补零件，具有多孔性可储油耐磨。由于铬镀层拥有不变色的特性和优良的化学性能，在装饰性上也是不可缺少的镀层。

镀铬过程与其他镀种（如镀锌、镀铜、镀镉等）不同，它具有以下几种特点：

1、镀铬所用的电镀溶液不是采用金属盐，而是采用强氧化性的铬酸酐（CrO3），铬酸酐溶于水成为铬酸（H2CrO4）。

2、镀铬所采用的电流密度比一般电镀的电流密度高得多，而电流效率极低。

3、镀铬溶液的分散能力差，要获得均匀的铬镀层，必须根据零件的几何形状设计特殊夹具（如象形阳极），而对于形状复杂的零件就无法在外表面完全均匀镀上一层铬，加厚也就更困难。因此，加厚镀铬大多用在形状简单的圆柱表面，但铬镀层较厚时仍难保证均匀度、椭圆度等，必须在加厚镀铬后进行磨削加工。

4、由于镀铬电流很大，在电镀过程中槽内因自由空间中电流分布很强，对零件的尖角及凸出处威胁很大。所以，经常使零件的两端头部及凸出处铬镀层过厚，并有烧焦、毛刺、树枝状粒子等缺陷。

5、要获得良好的铬镀层质量，就必须全面考虑镀铬工艺及操作时的严格控制。不同零件形状、大小、长短、选用不同的工夹具和阳极。要设置辅助阳极和保护阴极，对阴、阳极距离，操作温度、电流密度等要进行控制，正确计算电镀时间和厚度。

铝合金镀铬的工艺流程如下：

镀前验收→有机溶剂除油→化学除油→流动热水洗→流动冷水洗→装挂（可在溶剂除油前进行）→第一次腐蚀→流动冷水洗→第一次活化腐蚀镀镍→流动冷水洗→第二次腐蚀→流动冷水洗→第二次活化腐蚀镀镍→流动冷水洗→第三次腐蚀→流动冷水洗→镀铬→回收槽洗→流动冷水洗→拆卸→流动热水洗→吹干→检验镀层质量。

其中三次腐蚀和两次活化腐蚀镀镍是镀铬前处理的关键步骤，若三次腐蚀水洗后镀面发花，则需要重新进行活化腐蚀镀镍和腐蚀步骤，直至获得色泽一致的活化镀面，前处理后零件应该迅速下槽。

3  铝合金镀铬后的去铬技术研究

铬上镀铬失误率高并且结合力不能满足要求，镀铬后铬层出现缺陷时都选择去铬重镀[3]。由于铝合金基体和铬层的硬度差异太大，机加磨削去铬在铬层较薄时会发生啃刀、颤刀、甚至铬层破碎扎入基体的现象，损伤镀面基体，造成返修镀铬失败；铝合金是两性金属，采用常用的盐酸浸泡的化学去铬方法会对基体造成不均匀腐蚀，导致镀铬返修失败；习惯的碱溶液中反电去铬（阳极反扒）方法也对会对铝合金造成较强腐蚀，不能成功去铬[4,5]。

铝合金的铬酸阳极化膜层很薄，只有在一定电流密度下，对基体尺寸影响很小，而铬层在阳极腐蚀状态下会很快去掉，决定采用铬酸阳极化法去除铬层。试验采用导筒镀铬的7075材料，铬酸阳极化按7075材料标准电流进行。试验先对7075材料试棒镀铬，镀铬后未磨削铬层厚镀；采用导筒仿形试件，镀铬后磨削，保留铬层厚度0.11mm～0.13mm，铬层去净时间为1.5～2个阳极化流程。阳极化过程中电流迅速下降稳定后就表明铬层去除干净，去铬后表面为均匀的阳极化膜，基体没有腐蚀。

铬酸阳极化法去铬对铝合金基体无损伤，去铬后的薄阳极化膜由于没有填充，在镀铬前处理的除油槽中即可去除，使用细砂纸抛磨也可轻易去掉阳极化膜。去铬过程中采用铝胶带和可剥塑料保护好非镀铬面，保证后继表面处理工序正常进行。

铝合金的重新镀铬在去掉铬酸阳极化膜的铝基体上即可进行，为了保证镀面充分活化和提高铬层结合力，使用细砂纸打磨镀面，去除铬酸阳极化膜腐蚀掉后留下的轻度挂灰，同时也能粗化镀面，提高返修镀铬的铬层结合力

[6]。

4  去铬对基体尺寸的影响

铝合金镀铬前处理工序中的化学除油、腐蚀和腐蚀镀镍都消耗基体，返修去铬后基体尺寸会发生变化，影响零件的基体尺寸和结构性能，返修镀铬要通过试验总结出基体尺寸消耗的规律。试验采用φ20×130的7075材料试棒进行反复镀铬、去铬试验，精确测量试棒镀前和去铬后的尺寸，总结出基体尺寸的消耗规律。

4.1 一次去铬对基体尺寸的影响

对做好编号和涂胶保护的试棒进行第一次镀铬，然后采用铬酸阳极化法去铬，精确测量试棒镀前和去铬后的基体尺寸，得出一次去铬基体尺寸消耗值，可以看出一次镀铬、去铬对基体尺寸消耗不大，平均为0.0043，加上铬酸阳极化膜的厚度0.0035，也只有0.0078。

4.2 二次去铬对基体尺寸的影响

对一次去铬后的试棒进行二次镀铬、去铬，精确测量得出二次去铬基体尺寸消耗值，可以看出二次镀铬、去铬对基体尺寸的消耗平均为0.0201，加上铬酸阳极化膜厚度消耗平均为为0.0236。

4.3 三次去铬对基体尺寸的影响

对二次去铬后的试棒进行三次镀铬、去铬，精确测量得出三次去铬基体尺寸消耗值，可以看出三次镀铬、去铬对基体尺寸的消耗平均为0.0375，加上铬酸阳极化膜厚度消耗平均为为0.0410。

4.4 去铬次数对基体尺寸影响的对比

经一次去铬、二次去铬、三次去铬对基体尺寸影响对比。铝合金镀铬返修中，消耗的基体尺寸需要后继镀铬的铬层厚度来弥补，保证零件交付尺寸合格，实际补尺是去除阳极化膜基体消耗的均值。由表4可以看出，一次去铬后基体尺寸消耗较小，二次镀铬补尺也比较小；二次去铬基体尺寸消耗接近零件镀面尺寸的公差限，三次镀铬补尺在0.02mm左右；三次去铬基体消耗尺寸平均值为0.0375mm，尺寸消耗较大，若进行四次镀铬需铬层补尺0.04mm以上，对零件结构性能影响较大。

5  铝合金镀铬返修对基体性能的影响

为了验证镀铬返修对铝合金基体性能的影响，采用前面去铬对基体尺寸影响的试棒进行性能对比验证，分别采用不镀铬的试棒、一次去铬试棒、二次去铬试棒和三次去铬试棒进行性能对比。其中不镀铬的试棒相当于只进行机械加工的铝合金基体；一次去铬试棒相当于正常镀铬后使用的铝合金基体；二次去铬试棒相当于二次镀铬（一次返修镀铬）的铝合金基体；三次去铬试棒相当于三次镀铬（二次返修镀铬）的铝合金基体。性能对比结果见表5。

表5 铝合金返修镀铬对机体性能影响对比表

编号	一次 镀铬	一次 去铬	二次 镀铬	二次 去铬	三次 镀铬	三次 去铬	σb MPa	σb均值 MPa	δ5 %	δ5均值 %
1	√	√	×	×	×	×	376.2	376.67	9.3	10.47
3	√	√	×	×	×	×	376.4		11.7
4	√	√	×	×	×	×	377.4		10.4
5	√	√	√	√	×	×	375.1	381.60	9.1	10.03
6	√	√	√	√	×	×	380.7		11.0
8	√	√	√	√	×	×	389.0		10.0
10	√	√	√	√	√	√	371.5	380.67	10.7	9.80
11	√	√	√	√	√	√	392.9		10.0
13	√	√	√	√	√	√	377.6		8.7
14	×	×	×	×	×	×	373.7	374.1	8.7	10.20
15	×	×	×	×	×	×	374.9		11.1
16	×	×	×	×	×	×	373.7		10.8

注：√表示试棒进行该项试验，×表示试棒不进行该项试验。

    表5的数据显示，试棒的性能，无论是抗拉强度还是延伸率，与是否进行镀铬和去铬无明显关联；试棒的性能随材料进行镀铬和去铬次数的变化也无明显趋势。证明铝合金基体材料的性能与是否进行返修镀铬和返修镀铬次数无关。

6  返修铬层结合力的检测

对随机留取的二次镀铬的9#试棒和三次镀铬的12#试棒进行磨削检测，沿试棒长度一半磨削，一半保留铬层原貌。

由于试棒是在镀铬后打顶尖孔进行的磨削，造成9#试棒和12#试棒在磨削中都有不同程度的偏心，局部磨露基体或接近磨露基体，见图五的

12#试棒，在这种情况下，两根试棒的铬层结合良好，无任何鼓泡、翘起和崩脱，说明返修铬层的结合力良好，能够达到铝合金镀铬的使用要求。

7  结论

7.1  镀铬返修对铝合金基体材料性能无影响。

7.2  返修铬层结合力良好，满足铝合金镀铬使用要求。

7.3  铝合金镀铬返修工艺的研究成功，进一步完善了公司铝合金镀铬技术，为铝合金镀铬件的返修提供了技术支持。

参考文献

[1] 吴辉煌. 应用电化学原理[M]. 厦门: 厦门大学出版社, 2006.

[2] 张胜涛. 电分析化学[M]. 重庆: 重庆大学出版社, 2004.

[3] 康安伟. 论述轴类部件表面的镀铬修复工艺[J]. 大科技, 2011.

[4] 汪生根, 装饰镀铬不良镀层的返修方法[J]. Plating and Finishing, 1991(13): 1.

[5] 李琼, 李旭勇, 等. 不同镀铬工艺的铬层微观形貌及性能对比分析研究[J]. 2019(21), 13-15.

[6] 杨阳, 贺洋. 低温镀铬工艺探讨[J]. 科学技术创新, 2020(2), 26-27.

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