活塞环多层铬基网格嵌入超硬耐磨粒子镀层镀液及电镀法 【技术领域】
本发明涉及一种活塞环镀层及电镀方法，具体说是一种活塞环多层铬基网格嵌入超硬耐磨粒子镀层镀液及电镀方法。
背景技术
活塞环是发动机的重要零件，直接关系到发动机的工作性能和使用寿命，而活塞环外圆表面处理又是活塞环加工过程中至关重要的工序。为提高活塞环的耐磨性、减摩性，目前较通行的活塞环表面处理是喷钼、镀硬铬、火焰喷涂、铬层表面渗陶等。德国有一种称为CKS的材料，该材料在铬基中嵌入陶瓷粒子，它实质上是综合了多网纹小平台，镶嵌硬质相等表面处理方法的优点，它的耐磨性优于镀铬、喷钼和等离子喷涂，而气缸套磨损相对较低。
在国内，ZL02148600.X专利所公开的《铬基陶瓷复合镀层加工方法及其活塞环》，其产品性能类似于CKS。
目前国内已有采用直接电源和复合电渡方法生产多层铬基网格嵌入超硬耐磨粒子镀层的生产工艺，此工艺能够在多层铬基网格中嵌入SiC、Al2O3、金刚石等微粒。但上述工艺存在两个缺点：1、电源采用普通可控硅直流电源，控制每一层镀层质量困难；2、生产此种镀层须采用特种阳极，溶液中三价铬极难控制。
【发明内容】
发明目的：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种活塞环多层铬基网格嵌入超硬耐磨粒子镀层所用的镀液。
本发明的另一目的是提供一种使用上述镀液进行电镀的方法。
技术方案：本发明所述的活塞环多层铬基网格嵌入超硬耐磨粒子镀层所用的镀液，其组分和每升镀液中的含量是：CrO3100～400克、硫酸分析纯1-4克、乙基磺酸6～10克、铅盐0.5～1克、超硬粒子20～30克，其余为去离子水。
在不加入铅盐的情况下，电镀过程会不断产生三价铬，在较短的时间内溶液中三价铬含量急骤产生，当含量超过10克/升时，电镀质量直线下降，最终无法进行电镀，因此本发明在配制镀液时加入了铅盐。镀液中加入铅盐后在阳极表面会产生一层PbO2薄膜，三价铬在PbO2薄膜催化作用下会转化为六价铬，从而使三价铬稳定控制在1～10克/升，使电镀能够正常进行。
使用上述镀液对活塞环进行电镀的方法，包括以下步骤：
1、按上述所述的组分和每升镀液中的含量配制镀液；
2、搅拌镀液使超硬粒子悬浮在镀液中；
3、加热镀液，使镀液温度上升至50～70℃；
4、老化镀液，镀液温度保持50～70℃；
5、将装夹有活塞环的电镀芯轴放入镀液中，打正向直流电流，在活塞环外圆面覆盖一层硬铬层；
6、打反向直流电流反向电解活塞环表面的硬铬层，即反刻硬铬层使其形成微裂纹；
7、停止输出电流5～30秒，使超硬粒子进入网格裂纹；
8、再输出正向电流进行正向电镀，将已嵌入粒子的网格裂纹封闭住，从而将粒子固定住；
根据活塞环所需镀层厚度的不同，重复上述步骤5～8，直到镀层厚度达到要求。
步骤1中，所述的超硬粒子选自SiC、Al2O3或金刚石，或其它硬质粒子，其尺寸为0.0005～0.005mm。
步骤2中，采用机械法搅拌镀液使超硬粒子悬浮在镀液中。
步骤3中，采用加热管加热镀液。
步骤5中，施镀的电流密度为30～100A/Dm2，施镀时间10～60分钟，形成镀层厚度约0.01～0.08mm。
步骤6中，反刻的电流密度可以同于步骤5中的密度，也可以不同，反刻时间为1～120秒，反刻所形成的网格裂纹深约0.008、宽约0.005～0.02mm。
由于硬铬层内应力大，表面存在网格裂纹，打反向电流时裂纹处的铬层先溶解，因此在步骤6中，只要控制好反向电流的大小和时间就能产生合适深度和宽度的网格裂纹。
步骤8中，施镀的电流密度为30～100A/Dm2，施镀时间为10～60分钟，镀层厚度约0.02mm。
通过重复上述步骤5～8，最终形成的镀层厚度可达0.04～0.45mm。
本发明采用计算机控制自动换向直流电源，自动换向直流电源在机算机的控制下可按需要实施正镀、反刻、停止，从而使每一层镀层产生合适的网格裂纹，并产生层状结构。由于计算机控制自动换向直流电源可由公知技术实现且不属于本发明的保护范围，因此对其不再详述。
本发明所采用的电镀设备，包括正向阴极座、正向阳极座、反向阴极座、正向阳极、反向阴极、加热管、冷却管、搅拌泵等，均系现有技术，故在此也不再赘述。
有益效果：本发明具有如下优点：1、采用计算机控制自动换向直流电源可按需要方便地控制每一层的厚度、裂纹的宽度与深度等。2、通过在镀液中加入铅盐使镀液中的三价铬稳定控制在1～10克/升。3、能够在多层铬基网格中嵌入SiC、Al2O3、金刚石等微粒，用本发明加工的活塞环可以达到如下技术指标：1)表面硬度达到900HV0.1～1200HV0.1；2)表面微裂纹密度为40～100裂纹/mm；3)超硬微粒在镀层中的体积百分比为1～6％。
【具体实施方式】
实施例1：
1、镀液的组分和配比：CrO3 350克/升、硫酸分析纯3.5克/升、催化剂乙基磺酸8克/升、铅盐0.8克/升、SiC 25克/升、其余为去离子水，按以上比例配溶液3m3。
2、用搅拌泵搅拌溶液，使SiC粒子悬浮于溶液中。
3)加热镀液，使镀液温度上升至70℃。
4)老化溶液，使溶液中三价铬含量为5克/升，镀液温度保持70℃；
5)计算机控制自动换向直流电源以85A/Dm2的电流密度施镀10分钟，镀层厚约0.01～0.02mm。
6)计算机控制自动换向直流电源以50A/Dm2的电流密度反刻100秒，网格裂纹深约0.008mm，宽约0.01mm。
7)计算机控制自动换向直流电源停止输出电流30秒，使尺寸为0.0005～0.005mm的SiC粒子嵌入裂纹。
8)计算机控制自动换向直流电源以30A/Dm2的电流密度施镀10分钟，镀层厚约0.01～0.02mm
9)重复6～8步骤14次直至镀层厚度达0.19mm。
电镀结束后取镀液化验，三价铬含量为5克/升，三价铬没有上升。
实施例2：
1、镀液的组分和配比：CrO3 150克/升、硫酸分析纯1.5克/升、催化剂乙基磺酸6克/升、铅盐0.5克/升、Al2O3 20克/升、其余为去离子水，按以上比例配溶液3m3。
2、用搅拌泵搅拌溶液使Al2O3粒子悬浮于溶液中。
3)加热镀液，使镀液温度上升至：65℃。
4)老化溶液，使溶液中三价铬含量为3克/升，镀液温度保持65℃。
5)计算机控制自动换向直流电源以75A/Dm2的电流密度施镀15分钟，镀层厚约0.01～0.02mm。
6)计算机控制自动换向直流电源以60A/Dm2的电流密度反刻80秒，网格裂纹深约0.008mm，宽约0.01mm。
7)计算机控制自动换向直流电源停止输出电流10秒，使尺寸为0.0005～0.005mm的Al2O3粒子嵌入裂纹。
8)计算机控制自动换向直流电源以60A/Dm2的电流密度施镀15分钟，镀层厚约0.01～0.02mm。
重复6～8步骤直至镀层厚度达0.45mm。
电镀结束后取镀液化验，三价铬含量为3克/升，三价铬没有上升。
实施例3：
1、镀液的组分和配比：CrO3 100克/升、硫酸分析纯1克/升、催化剂乙基磺酸6克/升、铅盐0.6克/升、SiC 20克/升、其余为去离子水，按以上比例配溶液3m3。
2、用机械法搅拌溶液，使SiC粒子悬浮于溶液中。
3)加热镀液，使镀液温度上升至50℃。
4)老化溶液，使溶液中三价铬含量为1克/升，镀液温度保持50℃；
5)计算机控制自动换向直流电源以100A/Dm2的电流密度施镀30分钟，镀层厚约0.02～0.06mm。
6)计算机控制自动换向直流电源以80A/Dm2的电流密度反刻10秒，网格裂纹深约0.008mm，宽约0.005-0.02mm。
7)计算机控制自动换向直流电源停止输出电流5秒，使尺寸为0.0005～0.005mm的SiC粒子嵌入裂纹。
8)计算机控制自动换向直流电源以100A/Dm2的电流密度施镀60分钟，镀层厚约0.01～0.02mm
10)重复6～8步骤直至镀层厚度达0.30mm。
电镀结束后取镀液化验，三价铬含量为1克/升，三价铬没有上升。
实施例4：
1、镀液的组分和配比：CrO3 400克/升、硫酸分析纯4克/升、催化剂乙基磺酸10克/升、铅盐1克/升、金刚石30克/升、其余为去离子水，按以上比例配溶液3m3。
2、用搅拌泵搅拌溶液使金刚石粒子悬浮于溶液中。
3)加热镀液，使镀液温度上升至：60℃。
4)老化溶液，使溶液中三价铬含量为2克/升，镀液温度保持60℃。
5)计算机控制自动换向直流电源以30A/Dm2的电流密度施镀60分钟，镀层厚约0.06～0.08mm。
6)计算机控制自动换向直流电源以80A/Dm2的电流密度反刻120秒，网格裂纹深约0.008mm，宽约0.005-0.02mm。
7)计算机控制自动换向直流电源停止输出电流20秒，使尺寸为0.0005～0.005mm的Al2O3粒子嵌入裂纹。
8)计算机控制自动换向直流电源以50A/Dm2的电流密度施镀60分钟，镀层厚约0.01～0.02mm。
重复6～8步骤直至镀层厚度达0.20mm。
电镀结束后取镀液化验，三价铬含量为2克/升，三价铬没有上升。