表面缺陷对镀层质量的影响

余其中，郭昭桥，叶健松

（杭州钢铁集团公司技术中心，杭州310022）

表面缺陷对镀层质量的影响

余其中，郭昭桥，叶健松

（杭州钢铁集团公司技术中心，杭州310022）

采用化学成分分析、扫描电镜及能谱分析、显微组织分析、电镀模拟试验等方法分析了活塞杆电镀成品表面针孔、麻点缺陷的形成原因，研究了待镀件表面缺陷对镀层质量的影响。结果表明：暴露于表层的非金属夹杂物、磨削裂纹及表面凹坑会造成该处镀层减薄甚至漏镀，形成针孔、麻点类缺陷。

针孔；非金属夹杂物；磨削裂纹；凹坑

活塞杆是工程液压设备上的重要零部件，要求具有良好的耐磨性、耐蚀性和表面光洁度，因此经常采用表面镀铬并抛光的加工方式［1］。某厂生产的活塞杆经高频淬火、粗磨、精磨、抛光、镀镍、镀铬、抛光等工艺制成后发现表面有针孔、麻点缺陷。针孔、麻点状缺陷是电镀过程中较常出现的一种镀层缺陷，不仅影响镀层美观，对镀层性能也有很大影响。资料显示［2-3］，针孔、麻点缺陷的形成主要有待镀件表面状态不良和电镀溶液中含有金属杂质两方面原因。本工作通过研究待镀件表面质量对镀层的影响，为厂家消除活塞杆表面针孔缺陷提供帮助。

1 试验

现场选取两根活塞杆成品，1号样表面针孔状缺陷较多，针孔呈白亮麻点，2号样针孔较少，针孔呈小黑点。运用金相切割机分别在两样品针孔处取样，采用ARL-4460型直读光谱仪分析试样的化学成分。采用JSM-6480型扫描电镜观察有针孔试样的形貌并进行微区成分分析，之后镶嵌试样，并用碳化硅砂纸、金刚石抛光剂磨抛制成金相试样，在蔡司Observer A1m型金相显微镜下对其非金属夹杂物，针孔形貌、针孔处基体表面状态进行观察、分析。

选取未精炼的45钢，加工成样品后在样品表面用显微硬度计压出大小和深度不一的若干压痕，之后进行电镀模拟试验，对模拟样品进行显微观察。

2 结果与讨论

2.1 化学成分分析

活塞杆样品的化学成分分析结果见表1。由表1可见，两试样均符合45钢技术要求，但1号样的硫含量明显高于2号样的，酸溶铝含量明显较低，说明1号样冶炼时钢水未精炼。

2.2 宏观检验

观察发现，1号试样麻点缺陷近似成六边形，周围基体表面有明显抛光痕迹，六边形区域无抛光痕迹，六边形区域能谱分析结果显示，此处主要为铬元素，无其他成分，见图1。

针孔状缺陷为一很深的孔洞，能谱分析显示孔洞周边为镀铬层，见图2。

2.3 金相检验

观察1号样麻点处横截面，基体表面平滑，其上依次为镀镍层及镀铬层，麻点底部有一颗直径约为23μm，暴露于基体表面的球状夹杂物，镀镍层在夹杂物处减薄，镀铬层在该处弯曲，并在表面形成一深约10μm的小凹坑，见图3。能谱分析发现球状夹杂物的成分主要为铝、硅、钙、氧元素。浸蚀后观察，表层组织为马氏体，无异常。

表1 活塞杆的化学成分及标准（质量分数）Tab.1 Chemical composition of piston rods and standard ％

观察2号样针孔处横截面，基体表面平滑，其上依次为镀镍层及镀铬层。针孔由表面贯穿至基体，针孔处基底表面有磨削形成的剥落坑及细裂纹，见图4，浸蚀后观察，产品原始表面有一层较薄的回火屈氏体层，向内为马氏体组织。

2.4 金属夹杂物检验

对1号样非金属夹杂物进行检测，结果见表2。由金相观察结果可知，暴露于基体表面的非金属夹杂物会影响该处的镀层形态。待镀产品中含有较多的非金属夹杂物时，夹杂物暴露于基体表面的几率大大增加，当非金属夹杂物暴露于基体表面时，由于钢中的非金属夹杂物导电性较差，主盐金属离子在该处难以放电还原，受镀时间短，镀层金属沉积困难，造成该处镀层减薄，形成凹坑。对模拟电镀样品纵向制样，抛光态下发现有暴露于样品表面的非金属夹杂物，能谱分析主要为硅、铝、钙、镁、氧等元素，夹杂物处的镀层有明显减薄，且夹杂物厚度越厚，影响越明显，见图5和图6。

表2 非金属夹杂物测定结果Tab.2 Non metallic inclusion test results

2.5 基体表面磨削裂纹及凹坑

经过机械加工甚至精磨过的工件，也存在机械或物理缺陷，如机械损伤形成的凹坑、磨削不当产生的磨削裂纹等，航空航天器件中对镀硬铬件的车、磨等的进刀量与进刀速率均有严格规定［4］。活塞杆在加工过程中需进行粗磨、精磨，如果磨削工艺不当，如磨削量过大、冷却不良，在活塞杆表面就会产生磨削裂纹［5］，甚至出现剥落，形成底部有磨削裂纹的凹坑，之后进行的抛光、水洗等工艺会在凹坑处产生污物或锈斑，造成该处氢的超电势低，电镀时析氢严重，主盐金属离子无法沉积，形成针孔缺陷。若只有细磨削裂纹，而无剥落形成的坑，由于裂纹很细，只需消耗很少的镀层金属就能将其填补，不会在镀层表面形成凹坑或针孔，见图7，或形成的凹坑很小，对镀层无影响。

通过模拟试验发现，在未镀样品表面用硬度计压出直径20～400μm不等的若干个凹坑（肉眼可见），单镀一层铬（10～15μm）后，凹坑处肉眼可见小麻点。横截面观察，镀层沿凹坑表面覆盖，凹坑直径（400μm）比镀层厚度大得多时，由于凹坑深度较深，凹坑底部与阳极距离较表面远，电阻大，电镀时凹坑底部电流密度较表面小，使凹坑底部镀层厚度略小于周边镀层，麻点即是未镀样品表面的凹坑，见图8（a）；当凹坑深度与镀层厚度相差不大时，凹坑处电流密度与表面相差不大，因此凹坑处的镀层厚度与周边镀层基本一致，镀层在凹坑处也形成一凹坑，见图8（b）；待镀样品表面凹坑越小，镀层表面形成的凹坑越不明显，见图8（c）。

3 结论

（1）暴露于基体表面的非金属夹杂物，不管是颗粒状还是链状，均会使该处镀层减薄，在表面形成白亮的凹坑型麻点。

（2）磨削不当会造成表面剥落坑处析氢严重，氢气泡附着在剥落坑处，使金属离子无法沉积，形成黑色针孔缺陷。但表面只存在细磨削裂纹时，不会形成针孔缺陷。

（3）基体表面机械损伤性凹坑会使电镀表面形成白亮的凹坑型麻点，凹坑底部有镀层覆盖，厚度与周边基本一致。凹坑越小，镀层表面形成的凹坑越不明显。

4 建议

（1）电镀时应选用纯净度高、非金属夹杂物含量少的材料。

（2）严格控制加工工艺，尤其是磨削工艺，避免出现机械损伤性凹坑及磨削裂纹、磨削剥落坑。

（3）选用润湿性好的低泡润湿剂，并加强搅拌措施，使氢气泡易于快速离开工件表面而不会滞留。

（4）条件允许的情况下，提高电流密度，增大镀层厚度［6］，减小凹坑对镀层的影响。

［1］ 孙俊玲.浅谈油缸活塞杆的质量控制［J］.机械工程与自动化，2014（2）：201.

［2］ 罗海霞，黄兴林，梅艳霞.镀镍层针孔故障原因分析及对策［J］.液压气动与密封，2014（3）：62-63.

［3］ 袁诗璞.镀层的针孔、麻点与孔隙率［J］.电镀与涂饰，2009，28（5）：46-50.

［4］ 袁诗璞.钢铁件上薄层亮镍的孔隙及其封闭试验［J］.涂装与电镀，2010（2）：28-31.

［5］ 王明勇.磨削裂纹产生机理和预防措施［J］.机械制造与研究，2003（9）：44-45.

［6］ 覃奇贤，刘淑兰.电镀液的分散能力与覆盖能力［J］.电镀与精饰，2008，30（8）：25-28.

Influence of Surface State on Coating Quality

YU Qi-zhong，GUO Zhao-qiao，YE Jian-song
（Hangzhou Ton＆Steel Group Company Technology Center，Hangzhou 310022，China）

The reasons of pinholes and pitting defects forming on electroplated piston rod surface were analyzed by chemical composition test，SEM，EDS，microstructure analysis and electroplate simulation test.The influence of surface defects of the product on the coating quality was studied.The results showed that nonmetallic inclusion exposed to the surface，grinding cracks and pits on the surface could alter the coating thickness，making it thin and skip plating，will form pinholes and pitting defect.

pinhole；nonmetallic inclusion；grinding crack；dent

TG174

：B

：1005-748X（2016）11-0917-04

10.11973／fsyfh-201611013

2015-04-30

余其中（1978－），高级工程师，硕士，0571-85032375，yuqizhong＠hzsteel.com