解决细纱机控制罗拉特殊纺纱环境中锈蚀问题

2020-03-24刘海军成庆红赵庭杰

纺织器材 2020年1期

关键词：镀铬镀层罗拉

刘海军，成庆红，赵庭杰

(经纬智能纺织机械有限公司，山西晋中 030601)

0 引言

根据江苏某客户反馈集聚纺控制罗拉在纺制天丝(酸性条件)等化纤时，使用2～3个月会批量出现大面积生锈问题。通过提高镀层厚度和间断给电等工艺改进后，生锈问题得到一定程度的改善，但在使用1年后仍有个别产品因为锈蚀被退回。

1 集聚纺控制罗拉腐蚀形成机理

罗拉铬镀层作为阴极性镀层，其电位比钢基体电位正，在使用过程中，基体、铬镀层和腐蚀介质会形成与原电池相似的“腐蚀电池”。腐蚀过程中，基体作为阳极先被腐蚀，如果镀层不完整会加速基体的腐蚀，只有当镀层致密、完整，才能隔离腐蚀介质起到机械保护作用，而没有电化学保护作用。罗拉腐蚀失效不单与镀层完整性相关，如果是单纯的“腐蚀电池”，仅仅是在镀层上形成“相对独立的浮锈”，不会造成镀层因大面积锈蚀、崩落而失效[1-2]。

由于罗拉在快速镀铬工艺时会产生大量微裂纹(约400条/cm)，同时镀层硬度高(850 HV0.025～950 HV0.025)，这两个关键参数直接影响镀层的应力和脆性。镀层断面金相检测，发现镀层硬度偏高和裂纹偏多时，会明显造成镀层崩掉、剥落等问题。在“腐蚀电池”形成后，由于镀层应力和裂纹等原因，在持续的表面拉应力和“腐蚀电池”的联合作用下会加速镀层崩落，引起大面积剥落。因此，电化学腐蚀是起因，应力腐蚀是加速条件，镀层应力是影响腐蚀失效的关键因素，镀层裂纹和硬度最直接的表现是在镀层应力上。

2 镀层特性及指标

a) 镀层厚度不小于10 μm。提高镀层厚度是降低孔隙率以及通裂纹的有效手段。

b) 镀层孔隙率不大于 6个/cm2。每个孔隙代表着基体与外界的1条通道，降低孔隙率，杜绝腐蚀基本来源。

c) 镀层硬度为700 HV0.025～800 HV0.025。高硬度意味着高应力，进而增加铬镀层出现裂纹的倾向，但同时要兼顾耐磨性要求，保证其具有一定硬度。

d) 镀层裂纹数不大于50条/cm。裂纹伴随应力而产生，控制裂纹数是防止镀层崩落的关键。

3 确定电镀工艺方案

根据镀层关键质量特性及指标要求，首先应确定电镀工艺方向，是采用标准镀铬(溶液)工艺，还是采用快速镀铬工艺，需要实际进行工艺试验并经过关键性能指标检测分析后确定。为此，我们同时对这两种工艺进行试验。

3.1 标准镀铬工艺

采用标准镀铬工艺(配制普通镀铬溶液，不含其他添加剂)，其罗拉镀层性能检测结果见表1。

表1 罗拉镀层性能检测结果

图1 罗拉腐蚀后表面裂纹

图2 罗拉断面镀层裂纹

从表1测试结果可以看出，用标准镀铬工艺时，镀层孔隙率和表面微裂纹明显改善，镀层硬度低，其脆性也明显改善，但效率偏低。

3.2 KR快速镀铬工艺

采用KR快速镀铬工艺(罗拉电镀自动线)，其罗拉镀层性能检测结果见表2。

表2 罗拉镀层性能检测结果

图3 罗拉表面网状裂纹

从表2可看出，用KR快速镀铬工艺时，通过双层镀铬工艺(乳白铬+硬铬)可提高镀层厚度，孔隙率明显降低；镀层硬度较高，有明显网状裂纹。

3.3 工艺对比

通过标准镀铬工艺和KR快速镀铬工艺的对比试验发现：① 由于标准镀铬工艺中无镀铬添加剂，其镀层沉积速度变慢，镀层结晶更加细致，硬度和裂纹下降，但生产效率降低；② 在KR快速镀铬工艺下，无论怎样调整温度和电流密度，其镀层微裂纹数量始终约有400条/cm，硬度大于850 HV0.025，均无法达到耐蚀性要求。

鉴于上述结果，要实现控制罗拉耐腐蚀镀铬工艺的开发，必须走标准镀铬工艺的方向。

4 标准双层镀铬工艺

4.1 专用镀铬工装的设计和制作

设计控制罗拉专用镀铬工装，提高1次装槽量及导电面积，提高生产效率，满足槽液保温需求。单挂数量由5节增加到11节，1次装槽量由30节提高到44节，总电流由2500 A提高到3300 A以上，实现电镀过程发热而保温。标准双层镀铬罗拉专用镀铬工装见图4。

4.2 工艺试验

1次电镀(先反镀再正镀)完成后断电30 s，再进行2次电镀(先反镀再正镀)，增加小电流反镀工序，可提高两镀层结合力，避免裂纹同位置持续生长。具体工艺参数：Cr6+离子浓度为279.74 g/L，Cr3+离子浓度为1.63 g/L，SO42-离子浓度为3.50 g/L，单槽装挂量为44节，总面积为96.8 dm2，镀液温度为65 ℃±1 ℃。双层镀铬(乳白铬+硬铬)电镀工艺参数见表3，镀层性能检测结果见表4。