汽车减振器连杆电镀铬及耐蚀性研究

高远，程先华，汤斐然

(上海交通大学机械工程学院，上海200030)

[摘要] 汽车减振器连杆耐蚀性是影响汽车减振器质量和寿命的主要因素之一。连杆电镀工艺参数的选择决定了其镀铬层的质量及其耐腐蚀性能。通过对汽车减振器连杆电流密度与镀铬层组织形态的研究找到其对应关系，进行盐雾试验得到了优化的电流密度参数。不同表面质量的连杆盐雾试验对比表明：镀前对汽车减振器连杆进行表面超精加工可显著提高连杆的耐蚀性。研究结果为优化企业电镀生产工艺并提高汽车减振器的制造水平提供了一条有效途径。 [关键词] 减振器；耐蚀性；镀铬；超精加工

[中图分类号] TQ153．1 [文献标识码] A [文章编号] 1001—1560(2002)09—0025—02 l 刖 罱

汽车减振器连杆作为其悬挂系统心脏零件，如果耐蚀性能不佳会引起连杆的早期失效而产生漏油，这种由于连杆腐蚀而引起的汽车减振器损坏具有较高的比例。因此，提高减振器连杆的耐腐蚀性具有很重要的现实意义。

减振器连杆采用表面镀硬铬工艺，以提高连杆的耐腐蚀性和耐磨性，由于铬极易在连杆表面形成钝化膜，可大大改善减振器连杆的耐蚀性能。镀铬层与其他金属镀层不同，为微裂纹结构，而且有多孔性。微裂纹对耐蚀性具有两方面的影响：一方面由于镀铬层有一定数量的微裂纹，在汽车减振器服役时可储存少量的减振液，避免了“干摩擦”，延长了产品的使用寿命；另一方面，由于裂纹边缘的活性较强，在电化学腐蚀时成为腐蚀介质的储存场所。在交变应力的作用下还会产生腐蚀疲劳，加快了镀层的腐蚀速度，并且改变了镀铬层和基体(35号碳素结构钢)的电位次序，加快了基体的腐蚀。因此镀铬层微裂纹对连杆耐蚀性能的好坏有重要的影响，而微裂纹数量、分布及其表面缺陷与连杆的电镀工艺以及镀前处理有很大的关系。作者着重研究了电流密度的选择及镀前超精加工对汽车减振器连杆耐蚀性的影响。

2 连杆加工工艺

连杆采用35号钢，加工工艺为：

冷拉成型一车削一连续式中频感应淬火一预磨外圆一预精磨外圆一精磨外圆一超精加工一电镀铬一去氢回火一超精研磨。

为了研究连杆表面质量与耐蚀性关系，在电镀铬前加入超精加工工序(现生产工艺中无此工序)。 电镀设备为德国进口电镀线，

镀液成分：铬酸225—275 g／L，硫酸2．5 4．0 g／L； 镀液温度：58℃ ； 时间：22 min，

阴极电流：效率22％ 一26％ 。

取54，56，58，60，63 A／din2 5组电流密度。每组放置6根连杆，其中3根电镀铬前进行超精加工，以对比电镀前的表面状态

对镀铬层质量及耐蚀性的影响，共30根连杆进行试验，试验数据取每组平均值。

3 试验结果分析 3．1 耐盐雾试验

盐雾试验标准采用GB6458—86《金属覆盖层中性盐雾试验》 (NSS)。盐雾试验设备为德国Heraeus公司HSK一1000盐雾试验箱，功率2．8 kW。根据喷盐雾检验标准控制条件为：

氯化钠含量：50±10 g／L；

pH值：6．5—7．2；盐雾箱温度35±2℃ ； 盐雾沉降率1．0—2．0 mr．／(80 cm2·h)。

试验样品为5组共30根连杆，连杆在盐雾箱内平直放置，避免相互接触，喷雾方式为连续喷雾120 h。按照汽车生产工艺标准要满足48 h盐雾试验后观察无腐蚀。用连杆表面红锈扩展速率评定连杆腐蚀性能。在固定时间间隔测量并记录红锈面积，要迅速测量，以减少对连续喷雾的影响。对腐蚀样品采用S-520扫描电子显微镜(SEM)观察表面腐蚀形貌及截面组织。图1a为电镀前未超精加工的汽车连杆镀铬层腐蚀时间与腐蚀扩展速度的关系。可以看出：电流密度过小(54 A／din2)，

1

腐蚀扩展速度快，耐蚀性差，电流密度为56 A／dm2以上腐蚀扩展速度增加缓慢；电流密度为58 A／din2的耐腐蚀性较好。

《嚏基塔t／h t／h

(a)未超精加工 (b)超精加工

图1 电镀时间为22 mln连杆腐蚀扩展速度图1b与图1a对比可看出，超精加工的连杆镀铬层腐蚀扩展速度明显低于未超精加工的连杆镀铬层腐蚀扩展速度，耐盐雾腐蚀性能好。宏观观察表明：两种工艺的58和60组连杆未出现麻点，符合汽车连杆盐雾试验标准，且腐蚀扩展速度曲线接近。

图2为超精加工的连杆经120 h盐雾试验后镀铬层表面腐蚀形貌, 从中看出电流密度为58 A／ 时腐蚀坑底部(图2a)存在较细的网状裂纹，脆性小。电流密度为60 A／ 时腐蚀坑(图2b)存在明显裂纹，镀层脆性较大。(a)电流密度58 A·cm (b)电流密度6o A·cn1图2 连仟腐蚀形貌SEM照片(超精加工)对低电流密度(56 A／ 以下)连杆腐蚀坑边缘的镀层观察 发现有针孔，由于镀铬层较薄腐蚀是从多处蚀点孔开始扩展。

3．2 电流密度和吸氢的关系

镀铬的电流效率低，一般不超过20％ 。如果要使电流效率达到20％或者更高，则电流密度需在50 A／dm 以上，槽液温度也要达到5(】℃以上l】 。在如此高的电流密度下电极反应剧烈，铬沉积速度较快，阴极析出的大量氢气没有足够的时间离开连杆表面，从而在铬层与基体钢中形成渗氢。镀铬层的吸氢程度很大(约占镀层质量的0．45％)，这些被固溶的氢原子使金属品格畸变，从而造成较大的内应力。考虑到镀铬层点阵与基体钢的点阵总存在一定错配现象，这也会引起镀铬层存在点阵畸变，从而造成一定的内应力。当这些内应力综合在一起达到临界值时，就会导致镀铬层出现微裂纹。氢是以原子形式渗入镀铬层内部，而不是以分子的形式进入的。这是因为氢原子本身体积小，可通过铬内部的位错、品格缺陷及晶格间隙进人铬层的内部。氢原子在镀铬层拉应力大的区域富集，若在该区域内存在大晶界或间隙，则渗人的氢复合成氢分子，在其中产生巨大的氢压，这种氢压使裂纹尖端的应力强度因子非常高，当超过铬的断裂韧性时，微裂纹扩展，成为多种形式断裂的裂纹源_3。引起裂纹扩展的氢压称为临界氢压(PH临)。对于电镀铬渗氢，金属内部的平衡氢压(PH平)与吸氢过电位(r／)的关系为：

p =Kexp(2 ／RT)

由上式可见，过电位 越高，内部平衡氢压越高，当pH， 乎》p}L临时，就会引起内部微裂纹的扩展。分析得出抑制原子氢的渗人和降低析氢过电位是减轻镀铬氢脆的两种有效途径。电流密度过高会使极化值增大，加速了H 的还原，而还原的[H]使铬离子在电极表面的吸附困难。这是因为当铬离子抵达钢基体表面并部分进入紧密层后，H 脱附且还原，阻碍了电极键的形成，从而降低铬沉积的速率。镀铬层与钢表面结合力随电流密度的上升有下降趋势。这是因为随着电流密度增大，镀铬层的内应力逐渐上升。而且由于阴极区氢气的析氢压力逐渐增大，使镀层的结合力变差。选用电流密度为58 A／ 的电镀工艺较好。

3．3 超精加工对连杆镀铬的影响

镀铬层是钢基体的外延伸，即镀铬层的晶面和晶向与钢基体相同，至少是在开始阶段，电结晶有按原晶格生长并维持原有取向的趋势。钢基体的表面质量对镀铬层的微组织有相当明显的影响，对氢吸收的影响也很显著 经超精加工后减少了钢基体的微观尖棱和尖角，使连杆的表面结构和特性发生了变化，在相同的电流密度、相同的氢环境下延缓 氢原子进人铬层和钢基体内部，宏观上表现为铬层吸氢量降低，脆性减小图3为电流密度为58 的两种不同表面加工试样镀铬层阳极极化曲线，参比电极为饱和甘汞电极，电位扫描速度为0．2mV／s 其中镀铬钢试样的电位值为3次测定结果的平均值 表为由相应的Tafel关系式得出的试样腐蚀数据 可以看出超精加工过的试样的腐蚀电位高于未超精加工的连杆试样，腐蚀速度也明显减小 1gi／u A·Cm-2

图3 试样阳极极化曲线表试样阳极极化曲线同时由于超精加工的减振器连杆钢表面质量均匀，电极表面积较大，其电活性增加，在较高电流密度下降低了析氢的过电位，减轻了镀铬层的氢脆，显著提高了连杆的耐蚀性。

4 结论

(1)电流密度较大时，氢脆倾向较大，耐蚀性也差。通过盐雾试验和组织分析可知在现有生产条件下汽车减振器连杆的最佳电流密度为58 A／drn2。

(2)同一电镀工艺条件下，电镀前超精加工的汽车连杆在电镀铬时减少了吸氢，得到了分布均匀、细密的微裂纹，降低了氢的过电位，显著提高了镀铬层耐腐蚀性能，对汽车减振器连杆电镀工艺改善具有很高的实用价值。 [ 参考文献 ]

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