低溫鍍鐵技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

　　低溫鍍鐵是指用不對(duì)稱交流一直流電在較低溫度（4℃即可開始鍍）下進(jìn)行的鍍鐵工藝。其原理是通過(guò)一定手段，使交流電兩個(gè)半波不相等，通電后較大的半波使工件呈陰極極性，鍍上一層鍍層；另一個(gè)較小的半波使工件呈陽(yáng)極極性，將部分鍍層電解掉，這樣逐漸增厚鍍層。低溫鍍鐵設(shè)備簡(jiǎn)單，所得鍍層均勻，表面較平滑，結(jié)合強(qiáng)度高。 

　　1低溫鍍鐵的特點(diǎn) 

　　（1）低溫鍍鐵層硬度高，通過(guò)工藝控制可調(diào)整硬度范圍，洛氏硬度最高可達(dá)63～65。 
　�。�2）鍍鐵層與基體合成一體，鍍層與基體結(jié)合強(qiáng)度較高。顯微觀察鍍鐵層的鐵素體與基體鐵素體呈連續(xù)分布。 
　�。�3）鍍層表面有微裂紋，呈網(wǎng)狀。有較好的儲(chǔ)油性能和良好的耐磨性能。 
　　（4）低溫鍍鐵沉積速率快，約0.6～1.0mm/h，鍍層厚度一次可達(dá)2mm。加之鍍鐵成本低，無(wú)毒，故可廣泛應(yīng)用。 

　　2低溫鍍鐵技術(shù)的發(fā)展 

　　國(guó)外最早于1846年就開始有關(guān)于鍍鐵的研究報(bào)道，最初應(yīng)用于印刷鉛板表面鍍鐵[2]。在印刷工業(yè)中所用鉛版、銅版上鍍一層很薄的鐵，可提高其耐磨性，延長(zhǎng)其使用壽命，同時(shí)能防止某些印刷顏料的作用。當(dāng)時(shí)采用的為硫酸鹽鍍鐵法，這種鍍鐵液沉積速率很慢，應(yīng)用面窄。到了1908年，有學(xué)者開始對(duì)氯化物鍍鐵工藝進(jìn)行了研究，結(jié)果在室溫下得到的鍍層硬而脆、內(nèi)應(yīng)力高、結(jié)合力差且易脫落，因此只適用于高溫電鍍。此鍍液體系后經(jīng)改進(jìn)，形成了高溫氯化物直流鍍鐵工藝，并在磨損件修復(fù)中得到了廣泛的應(yīng)用；但高溫鍍鐵需要復(fù)雜的加熱和保溫設(shè)備，鍍液揮發(fā)性較大，而且由于是酸性溶液，對(duì)環(huán)境污染很嚴(yán)重，并且鍍層硬度和耐磨性能較差[1]。至上世紀(jì)60年代末，由于電子技術(shù)的發(fā)展，一些國(guó)家在鍍鐵技術(shù)中采用了不對(duì)稱電鍍電源[2]，使氯化物鍍鐵技術(shù)得到了發(fā)展，鍍層的硬度及耐磨性能也有了較明顯的提高。近幾年來(lái)，大部分國(guó)家已把鍍鐵的研究轉(zhuǎn)到了非晶態(tài)鍍層、耐蝕性鍍層和磁性鍍層等方面。 

　　我國(guó)是在上世紀(jì)60年代從蘇聯(lián)引進(jìn)了直流鍍鐵技術(shù)，用于修復(fù)因磨損等造成尺寸超差的機(jī)械零件[3]。當(dāng)時(shí)由于鍍液溫度一般都在80℃以上，鍍液成分難以控制，在鍍前的陽(yáng)極刻蝕及電鍍過(guò)程中產(chǎn)生的酸霧對(duì)人員及環(huán)境均產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響，而且鍍層硬度低（布氏硬度為200～400），耐磨性能差，使用范圍受到很大限制。 

　　1975年，國(guó)內(nèi)首次出現(xiàn)了一種不對(duì)稱交流一直流鍍鐵工藝，同時(shí)為了使鍍層與基體結(jié)合牢固，鍍前采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的硫酸進(jìn)行陽(yáng)極刻蝕活化，因施鍍溫度僅為25～50℃，故稱為低溫鍍鐵工藝[4]。此工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，符合我國(guó)國(guó)情，其鍍層的洛氏硬度可達(dá)50，具有良好的耐磨性，沉積速率可達(dá)0.15～0.30mm/h，電流效率達(dá)90%以上，一次鍍厚能力達(dá)2.0～3.5mm，且可連續(xù)鍍覆；鍍液原材料價(jià)廉易購(gòu)、成本低，引起了廣泛的注意，并對(duì)鍍液及鍍層性能進(jìn)行了研究，在國(guó)內(nèi)很快得到了發(fā)展和應(yīng)用。由于在用硫酸進(jìn)行陽(yáng)極刻蝕活化時(shí)，處理液容易對(duì)操作人員及環(huán)境造成危害，不久就出現(xiàn)了經(jīng)鹽酸腐蝕后直接用直流電小電流起鍍的鍍鐵工藝和鍍槽內(nèi)對(duì)稱交流電活化十不對(duì)稱交流電起鍍的無(wú)硫酸陽(yáng)極刻蝕鍍鐵工藝。但是由于一些關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題，特別是工藝的穩(wěn)定性差、鍍鐵層與基體的結(jié)合強(qiáng)度不高等一直沒(méi)能很好解決，致使鍍鐵工件質(zhì)量下降。所以在上世紀(jì)70年代末期，鍍鐵工藝一度出現(xiàn)低潮，許多廠家被迫停產(chǎn)轉(zhuǎn)產(chǎn)。 

　　進(jìn)入上世紀(jì)80代后，董文勝等[5-6]研究出一種無(wú)陽(yáng)極刻蝕的鍍鐵工藝，并成功地應(yīng)用于機(jī)械零件（如曲軸、軸類）以及平面類零件的修復(fù)，鍍層與基體結(jié)合牢固，采用拔銷法測(cè)定鍍鐵層的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)360MPa。在各種鐵基材料（包括碳素鋼、鑄鐵、鑄鋼、合金鋼）上施鍍，均能取得穩(wěn)定、可靠的鍍層。由于取消了鍍前的陽(yáng)極刻蝕工序，不僅極大減輕了對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)還降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，成品率達(dá)到99%以上，這標(biāo)志著國(guó)內(nèi)的鍍鐵技術(shù)已發(fā)展到穩(wěn)定、可靠的實(shí)用階段。 

　　3低溫鍍鐵的研究現(xiàn)狀 

　　近幾年來(lái)，隨著社會(huì)需要日益增加，加之隨著對(duì)鍍鐵理論研究的深入，低溫鍍鐵技術(shù)也不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。國(guó)內(nèi)早期的鍍鐵修復(fù)多集中在農(nóng)業(yè)機(jī)械及汽車等運(yùn)輸工具上使用的曲軸及其他軸類零部件，目前已進(jìn)入到了修復(fù)船舶、內(nèi)燃機(jī)車、油田、礦山、冶金機(jī)械上的柴油機(jī)曲軸、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、缸套、十字頭等大型零部件的階段。 

　　目前國(guó)內(nèi)低溫鍍鐵技術(shù)一個(gè)主要的研究方向是強(qiáng)化鍍層，提高其熱穩(wěn)定性。其中宋修福[7]通過(guò)向鍍液中加入蛇紋石納米微粒的方法，獲得優(yōu)越的復(fù)合鍍層，鍍層的顯微硬度達(dá)到了6000MPa左右。而楊森，劉憶等[8-11]通過(guò)向鍍液中添加稀土鈰的方法，獲得了顯微硬度達(dá)到8340MPa的復(fù)合鍍層，并且詳細(xì)研究了pH值、電流密度、溫度以及鍍液中鐵的質(zhì)量濃度對(duì)低溫鍍鐵工藝和性能的影響。 

　　宋邦才等[12]研究了刷鍍鐵工藝，在優(yōu)化的鍍液配方及工藝條件下，可獲得良好的鍍鐵層。采用鐵屑和三氯化鐵配制鍍液，成本低、配制速率快、所得鍍層硬度高、結(jié)合力好。黃小婷等[13]開發(fā)了一種刷鍍鐵液的配方，經(jīng)優(yōu)化后的鍍液中獲得的鍍層的最大厚度達(dá)1mm，洛氏硬度在40～50之間，結(jié)合力、抗氧化性良好。張浩等[14]研究了周期反向脈沖電鍍對(duì)鍍鐵層性能的影響。結(jié)果表明：在相同的電流密度下，周期反向脈沖鍍鐵層可深入銅圈1.6cm，鍍層強(qiáng)度達(dá)38kN，硬度高，韌性好，延伸率達(dá)3%；電流效率高，沉積效率達(dá)86%，深鍍能力強(qiáng)。 

　　4低溫鍍鐵的發(fā)展前景 

　　目前鍍鐵技術(shù)仍有很大的潛在市場(chǎng)。一般情況下，大多數(shù)需要鍍覆的部位往往都是零部件的外表面；但像車、船用汽缸套、曲軸等零部件，其內(nèi)表面往往受到較嚴(yán)重的磨損，且數(shù)量巨大。國(guó)內(nèi)用鍍鐵方法修復(fù)重要零部件的企業(yè)已具相當(dāng)規(guī)模。 

　　可以預(yù)見，進(jìn)一步提高鍍鐵層的耐蝕、耐熱、耐磨等性能是低溫鍍鐵技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。在鍍液中添加適量的合金元素是有效途徑之一。另外無(wú)刻蝕低溫鍍鐵技術(shù)有諸多優(yōu)點(diǎn)，因此無(wú)論是在理論研究還是在實(shí)際應(yīng)用方面都有很大的發(fā)展空間。只要解決相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題，鍍鐵技術(shù)將會(huì)有更廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。