提高65Si2MnWA淬火弹簧镀镉质量的方法

于海*，刘广鑫，胡福常王志煜高晶

（1.中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司，辽宁 沈阳　110850；

2.中国人民解放军驻沈阳飞机工业（集团）有限公司军事代表室，辽宁 沈阳　110850）

【经验交流】

提高65Si2MnWA淬火弹簧镀镉质量的方法

于海1，*，刘广鑫2，胡福常1，王志煜1，高晶1

（1.中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司，辽宁 沈阳110850；

2.中国人民解放军驻沈阳飞机工业（集团）有限公司军事代表室，辽宁 沈阳110850）

针对淬火产生的氧化皮对后续氯化铵镀镉和 65Si2MnWA弹簧自身性能造成的不利影响，在镀镉前增加了碱液松皮工序，具体工艺流程为：淬火─装挂─除油─松皮─活化─电镀。分析了松皮处理对镀镉层外观、结合力以及弹簧自身性能的影响。结果表明，在含160 g/L NaNO2和500 g/L NaOH的碱液中110 °C松皮70 min后，所得镀层为银白色，均匀、细致，结合力强，弹簧性能基本不会降低，抗拉强度和洛氏硬度均符合行业标准要求。

弹簧；淬火；氯化铵镀镉；碱液松皮；抗拉强度；硬度

First-author's address: AVIC Shenyang Aircraft Industry （Group） Co.， Ltd.， Shenyang 110850， China

65Si2MnWA弹簧以其高抗拉强度、高硬度等优越的性能而被广泛应用于航空、航天、航海等机械制造业，应用范围包括机械、电气等。该类弹簧材料在使用前经淬火处理可以进一步提高抗拉强度，从而达到更高的使用要求（航空弹簧类产品一般要求淬火后抗拉强度σb= 1 520 ～ 1 700 MPa，洛氏硬度为44 ～ 49 HRC）。在空气炉淬火过程中，弹簧表面生成了厚重的氧化皮，常规的电镀前活化处理无法去除该氧化皮，从而影响电镀层的质量［1］。生产中多采用喷刚玉砂方式去除氧化皮，操作简便，清理效果良好。但对于直径较小（d ＜ 1.5 mm）的弹簧丝，在喷砂过程中受高速砂流作用力的影响而极易发生形变，使其载荷能力降低，无法达到预期的使用效果。尤其是拉伸弹簧密绕部位紧密贴合，喷砂时如将密绕部位拉开，则弹簧极易变形，一旦发生形变就无法矫正，故在航空生产中的报废率极高。经过多次反复试验和工程实践研究，笔者采用在电镀前增加碱液松皮的方法去除淬火过程产生的氧化皮，发现该法可有效去除淬火产生的氧化皮，进而提高镀层质量，并且不会降低弹簧自身的抗拉强度和硬度。

1　工艺介绍

1. 1基体材料

采用65Si2MnWA淬火拉伸弹簧为基体，弹簧丝直径为1 mm，其主要化学成分（质量分数）为：C 0.61% ～0.69%，Si 1.5% ～ 2.0%，Mn 0.7% ～ 1.0%，Cr ≤0.3%，W 0.8% ～ 1.2%，Cu ≤0.2%，Fe余量。

1. 2 工艺流程

电镀镉采用航空产品常用的氯化铵镀镉加工，将松皮安排在除油及活化处理之间进行，由于本试验目的只考核镀层质量及对弹簧的影响，故不进行镀后钝化或磷化处理，主要工艺流程为：淬火─装挂─除油─松皮─活化─电镀。

1. 3配方和工艺

1. 3. 1淬火

将弹簧放入真空淬火炉（工作压力1.33 ～ 13.30 Pa）中，加热到（670 ± 20） °C保持45 min，再升温至（850 ± 10） °C保持45 min，取出置于60 °C的油中冷却至室温，再置于真空淬火炉中加热到（440 ± 10） °C保温90 min，通氮气冷却至室温。

1. 3. 2装挂

为使采用线材制成的拉簧表面具有优质镀层，应在拉伸状态下将弹簧安装到夹具上。弹簧拉伸后的长度应小于弹簧本身长度的140%。

1. 3. 3除油

Na3PO4·12H2O 40 g/L，NaOH 70 g/L，Na2CO3·10H2O 40 g/L，Na2O·nSiO220 g/L，温度80 °C，时间20 min。

1. 3. 4松皮

NaNO2160 g/L，NaOH 500 g/L，温度110 °C，时间70 min。

1. 3. 5活化

HCl（密度1.19 g/mL） 60 mL/L，六次甲基四胺45 g/L，室温，时间10 min。

1. 3. 6镀镉

CdCl2·2.5H2O 50 g/L，NH4Cl 240 g/L，NaCl 35 g/L，木工胶2 g/L，硫脲9 g/L，室温，电流密度1.0 A/dm2，时间30 min。

2　结果与讨论

主要考核电镀质量及增加松皮对弹簧抗拉强度和硬度的影响。因松皮溶液呈碱性，不会增加弹簧的氢脆性，故电镀质量主要从镀层结合力及耐蚀性能两方面进行分析。

2. 1镀层质量

2. 1. 1电镀后的表面形貌

图1所示为增加松皮后电镀所得产品的外观。从图1可知，电镀后的弹簧呈银白色，装夹部位有不均匀的颜色和光泽，镀层覆盖合格率在95%以上，无可见的烧焦、起泡、脱落、黑点、粗糙或毛刺。

2. 1. 2结合力

拉伸弹簧至原长度的2倍，在天然散射光线下目视检查镀层有无脱落，结果如图2所示。从中可知，弹簧表面镀层完整、无脱落，结合牢固。

图1　松皮并镀镉后弹簧的外观Figure 1　Appearance of spring after oxide scale removal follow by cadmium plating

图2　结合力测试后弹簧的外观Figure 2　Appearance of spring after adhesion test

2. 2弹簧性能分析

65Si2MnWA拉伸弹簧分别按GB/T 228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》和GB/T 230.1-2009《金属材料 洛氏硬度试验 第1部分：试验方法（A、B、C、D、EF、G、H、K、N、T标尺）》测定抗拉强度和洛氏硬度。结果表明，弹簧的抗拉强度σb为1 650 ～ 1 700 MPa、洛氏硬度为46 ～ 48 HRC，符合航空弹簧的使用要求。

3　结语

采用本工艺电镀的弹簧表面为银白色，镀层均匀、细致，无粗糙、起泡或脱落，与基体金属结合牢固，弹簧抗拉强度、洛氏硬度符合行业标准要求，弹簧自身性能基本不会降低。

［1］ 李贤成. 弹簧件镀锌的工艺要点［J］. 电镀与精饰， 2004， 26 （6）： 18-19.

［ 编辑：周新莉 ］

Method to improve quality of cadmium plating on quenched 65Si2MnWA spring

// YU Hai*， LIU Guang-xin， HUFu-chang， WANG Zhi-yu， GAO Jing

Aiming at the adverse effect of oxide scale produced during quenching on ammonium chloride cadmium plating and performance of 65Si2MnWA spring， oxide scales were removed with alkali solution before cadmium plating. The process flow is composed of quenching， hanging， degreasing， descaling， activation， and plating. The effect of descaling on the appearance and adhesion of cadmium coating and the performance of spring was analyzed. The results showed that the cadmium coating prepared after descaling in a bath containing NaNO2160 g/L and NaOH 500 g/L at 110 °C for 70 min is silverwhite， uniform， and compact， having a strong adhesion. The process slightly affects the properties of spring. The tensile strength and Rockwell hardness of the cadmium-plated spring meet the requirements of industrial standard.

spring； quenching； ammonium chloride cadmium plating； alkaline descaling； tensile strength； hardness

TQ153.17

A

1004 -227X （2015） 07 - 0401 - 03

2014-11-03

2015-01-01

于海（1982-），男，辽宁沈阳人，工程师，主要从事表面腐蚀与防护技术方面的工作。

作者联系方式：（E-mail） 221202102@163.com。