浅析十字头挂钨脱钨存在问题及解决措施

刘红薇 张静

摘 要：在往复活塞式压缩机中，十字头是连接连杆与活塞杆的零件，连杆力、活塞力、侧向力在此交汇。十字头承压面承受侧向力，十字头易于磨损。在中小型压缩机中，承压面往往和十字头体做成整体的，承压面由于运动而磨损后，可更换一个十字头。大型压缩机中，一种为承压面与十字头体铸成一体，但承压面上铸有一层巴氏合金，当巴氏合金磨损后，可重新浇铸一层；另一种为承压面与十字头体是分开的，承压面做成两块滑履，用螺钉与十字头体固结。滑履铸有巴氏合金，磨损后可重新浇铸。文章所要论述的为承压面与十字头体铸成一体，但承压面上铸有一层巴氏合金形式的十字头存在的脱钨问题。

关键词：活塞式压缩机；十字头；挂钨

1 问题的提出

压缩机中十字头体一般采用球墨铸铁（QT600-3），承压面上浇铸一层锡基轴承合金（ChSnSb11-6）。在生产和使用中，承压面上钨金层与十字头体间因结合不牢而开缝，这种现象俗称“脱钨”。十字头脱钨曾困扰人们很长时间，十字头的返修率高，用户反映强烈，严重影响了企业的声誉，一时间成了企业所关注的质量问题。

2 问题的分析

针对这一质量问题，通过现场调研、化验、分析认为，造成“脱钨”原因是多方面的，但主要因素是铸铁材料本身可焊性较差，且铸铁零件组织疏松，在疏松组织中含有较多的游离状态石墨，它与有机、无机溶剂均不反应，且耐高温，所以，很难处理干净。通过以上分析，我们认为可应用表面工程技术来解决此问题。

3 应用表面工程技术解决十字头“脱钨”问题

在十字头体表面上应用电刷镀一层金属铜，用它作为一种中间介质，将石墨组织与合金分开。来解决十字头“脱钨”问题。

3.1 作用基理

电刷镀与电镀一样是金属电沉积技术之一，是通过电解方法在固体表面获得金属沉积的过程，其目的在于改变金属材料表面特性。如：改病善可焊性、耐蚀性、抗磨性等表面特性。其过程由以下四个步骤组成：

（1）传质过程：在电解液中的金属离子由于浓度差而向阴极（工件）表面或表面附近迁移。

（2）表面转化过程：金属离子在电极表面或表面附近的液层中发生还原反应，使离子配位数降低。

（3）电化学过程：金属离子在阴极上得到电子还原成金属原子。

（4）新相生成：电刷镀有两个电极，通常工件为阴极，电源接通后在两极间建立电场，并在阴极表面形成所谓双电层，在电场作用下金属离子向阴极迁移，此时，阴极附近离子浓度低于远离阴极区域的离子浓度。从而导致离子的远距离迁移。通过双电层到达阴极表面，并放电发生还原反应而生成金属原子。离子在阴极表面上各点的放电难易程度是不同的，在晶体的质点、棱边处电流密度和静电引力比晶体的其它部位大得多，同时位于晶体结点和棱边处的原子最不饱和，有较高的吸附能力，所以，到达阴极表面的离子会沿表面扩散到结点，棱边等位置，并在这些位置放电生成原子进入金属的晶格，这些金属优先放电位置即是镀层晶体的生长点。当这些生长点沿晶面扩展时，就生成了由微观台阶连接的原子生长层。在开始时，生长的晶体和工件基体的晶体结构一样，而后逐渐向自身稳定的晶体结构转变。这就是刷镀过程的作用原理。

3.2 实施过程

3.2.1 电刷镀

电刷镀技术是我国在“七·五”期间广范推广的技术，很多厂矿都有这方面的人员与设备。所以，在此对刷镀机理与工艺不在详述，仅对铸铁零件的刷镀与轴承合金浇铸过程做一简述。

（1）所用溶剂、表面处理液配制：

a.氯化锌溶液的配制：浓盐酸（HCL） 95%、锌粒5%，按比重称好，将锌粒加入盐酸溶液，待粒全部溶解即可。

b.电净液配：将氢氧化钠（NaOH） 25.0g/L、碳酸钠（Na2CO3） 21.7g/L、磷酸三钠（Na3PO4） 50.0g/L、氯化钠（NaCl） 2.4g/L、各试剂用天平称出，倒入1000mL烧杯中，先加500mL水搅拌溶液，然后，加水至1000mL。

c.1号活化液配制：盐酸（HCl） 25g/L、氯化钠（NaCl） 140.1g/L将盐酸。氯化钠称出，倒入1000mL的烧杯中，加入500mL蒸馏水，搅拌溶解后，用蒸馏水稀释到1000mL。

d.2号活化液配制：柠檬酸三钠（Na3C6H5O72H2O） 141.2g/L，柠檬酸（H3C6H5OH2O） 94.2g/L，氯化镍（NiCl26H2O） 3.0g/L，称出各种固体溶剂倒入1000mL烧杯中，加蒸馏水600mL搅拌溶解，加蒸馏水稀释至1000mL。

（2）刷镀前电净处理

a.将加工后的铸件表面用电净液处理，其目的是电化学除油。零件接极。相对运动速度4-8m/min。电压10-18v。时间1-2分。电净后用清水冲冼。

b.用1号活化液活化。其目的是除去氧化层。零件接电源正极，电压10-18v。时间1-2分钟。相对运动速度4-8m/min。

c.再用2号活化液处理，其目的是除去基体上碳黑。零件接电源正极，电压10-25v。相对运动速度6-8m/min，活化时间1-2分钟，活化后用水清冼，使基体表面呈银灰色。

（3）镀铜

首先用中性镍打底层0.01mm再用碱铜刷镀0.03-0.05mm。零件接正极，工作电压8-14v，相对运动速度6-12m/min。镀后应立即干燥。

3.2.2 轴承合金的浇铸

（1）表面挂锡：a.将镀铜后的零件预热，温度在80℃左右，然后，用氯化锌溶液刷冼铜表面，使铜表面的氧化层溶解。b.将要挂锡的零件浸入熔化后的锡锅内挂锡，锡锅温度应控制在280-320℃，一般浸入时间不超过30秒。

（2）夹具预热：在挂锡前将浇铸合金所用夹具预热，温度在150-200℃，将挂锡后的零件快速装上夹具。

（3）浇铸合金：将熔化后的轴承合金浇入零件与夹具的空隙内，合金的温度控制在400-420℃，待自然冷却后，拆除夹具即可。

3.2.3 实施过程中的注意事项

（1）在挂锡过程中一定要控制好锡锅的温度，这是保证挂锡质量的关键。

（2）在刷镀铜时，应注意金属铜离子贫化现象，若发现电流降低或溶液由深兰色变浅，则应补充或更换镀铜液。

（3）浇铸合金时，零件、夹具及密封填充物应干燥，以免在浇铸时合金飞浅伤人或在合金内产生较多气孔。

通过一年多的生产实践证明，只要严格按照以上程序操作，均能达到满意效果。铸件“脱钨”是比较普遍的问题。应用这种工艺方法解决具有一定的推广价值。

4 结束语

通过生产实践证明，只要严格按照以上程序操作，均能达到满意效果，并能取得较好的经济效益。铸铁零件 “脱钨”是比较普遍的问题。应用这种工艺方法解决具有一定的推广价值。

参考文献

[1]钱苗根.材料表面技术及其应用手册[M].机械工业出版社，1998.

[2]曲敬信.表面工程手册[M].化学工业出版社，1998.