一种应用于核主泵的不锈钢紧固件螺纹表面镀铬工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于装备制造业中的表面处理技术领域，具体涉及一种应用于核主泵的不 锈钢紧固件螺纹表面镀铬工艺。
【背景技术】
[0002] 在AP1000核三代主泵的加工制造中，有两种材料的紧固件需要进行镀铬处理。
[0003] (1)叶轮锁紧螺栓是连接主轴和叶轮的紧固件，锁紧叶轮，存在于一回路介质中， 是重要的连接件。在装配过程中，为了保证叶轮与轴的对中，叶轮锁紧螺栓需要多次拆装， 其螺纹部分的耐磨性是重要保证指标。该螺栓的基体为马氏体不锈钢ASTM A-479403材料， 调质处理状态，表面硬度低。
[0004] (2)吸入导管帽螺钉，是连接泵体和吸入导管的紧固件，存在于一回路介质中。该 螺钉采用ASTM A-479316奥氏体1级应变硬化不锈钢制造，既要保证其具有一定的屈服强 度，又要具有60年不坏的耐腐蚀性能，而且其螺纹部分与奥氏体不锈钢的泵体接触，需要 有一定的硬度差来保证其紧固件的特征。
[0005] 这两种紧固件均使用在一回路介质中，为达到螺纹部分高的硬度和高的耐磨性， 采用镀铬这种表面处理的工艺方法。由于用在核主泵的一回路介质中，该镀铬工艺采用 ASTM美国材料标准及AMS美国航空标准，这些标准的要求均超过中国的国标要求，制造过 程中的控制点多，检验要求严格。因此，必须研制出符合ASTM及AMS标准要求的制造工艺 和检验方案，确保核主泵的顺利制造。
[0006] 不锈钢中的马氏体不锈钢如2Crl3、3Crl3等含铬12%(wt)以上，但不含镍或少量 镍的不锈钢，在大气中会变色而发生腐蚀。为了提高耐蚀性，可镀装饰铬或硬铬。不锈钢 制品与电镀装饰铬合装在一起，外观上有明显差异，为了使外观色泽一致，也常将不锈钢镀 铬。特别是奥氏体不锈钢的硬度低，虽然耐蚀性较好，但不耐磨，为此需镀硬铬，以提高硬 度，增加耐磨性，延长使用寿命。
[0007] 紧固件电镀的质量以其耐腐蚀能力为主要衡量标准，其次是外观。耐腐蚀能力即 是模仿产品工作环境，设置为试验条件，对其加以腐蚀试验。电镀产品的质量从外观、镀层 厚度、镀层分布以及氢脆等几个方面加以控制。
[0008] 螺纹紧固件在电镀加工中，在一批产品中每个紧固件获得的镀层厚度是有差异 的，就是同一个紧固件上的镀层分布也是不均匀的。如螺纹牙顶的镀层厚度比中径、牙底 厚，螺钉、螺栓两端的镀层厚度比中间厚，并且随着长度直径比增加而更加显著。
[0009] 镀铬工艺均镀能力是很差的，电镀时，分布在螺纹不同位置上的电流密度相差较 大，而且电流大的部位沉积效率越高，这不但造成铬层厚度相差大，而且铬层在螺纹底部和 顶部有明显色差。
[0010]目前工程中运用的常规镀铬工艺可达到基本的高硬度、高耐磨性能，但对于镀铬 后螺纹部分的表面颜色、光泽度、膜层的连续均匀性等没有具有的要求，与ASTM及AMS标准 的具体要求具有较大的差距，无法满足AP1000核三代主泵的制造。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题，根据电镀硬铬原理和技术特 点，研究制定一套高质量的不锈钢紧固件螺纹镀铬的工艺，从而达到设计要求的高耐磨性 能和耐腐蚀性能，符合三代主泵的生产要求。
[0012] 本发明所采用的技术方案如下：
[0013] 一种应用于核主泵的不锈钢紧固件螺纹表面镀铬工艺，该工艺步骤如下：
[0014] (1)不锈钢紧固件螺纹表面镀前处理；
[0015] (2)不锈钢紧固件螺纹表面进行活化处理；
[0016] (3)活化处理后的不锈钢紧固件螺纹表面进行电镀铬，电镀过程中，所采用的电 镀液组成为：铬酐230-270g/L，硫酸2-2. 7g/L，三价铬离子2-5g/L，其余为水；电镀工艺参 数为：温度40-60°C，电流密度40-60A/dm2 ;电镀工艺参数优选为：温度40°C时，电流密度 40-45A/dm2 ;温度 50°C时，电流密度 50-55A/dm2 ;温度 60°C时，电流密度 55-60A/dm2。
[0017] 所述不锈钢紧固件为核主泵用叶轮锁紧螺栓或吸入导管帽螺钉；所述叶轮锁紧螺 栓为马氏体不锈钢ASTMA-479403材料；所述吸入导管帽螺钉为ASTMA-479316奥氏体1 级应变硬化不锈钢材料。
[0018] 步骤（1)镀前处理过程为：所述不锈钢紧固件为叶轮锁紧螺栓时，采用酒精对螺 纹区域进行擦拭除油，然后在60-80°C水中清洗；所述不锈钢紧固件为吸入导管帽螺钉时， 采用热碱溶液浸泡除油，热碱浓度控制在40-60g/L，温度控制在60-80°C，通入3-10安培/ 分米 2电流持续除油，然后用热水和冷水进行交替清洗，最后用体积深度为50-70%的盐酸 清除氧化膜，然后用流动冷水清洗。
[0019] 步骤（2)活化处理过程中，活化温度为10-40°c，活化时间为0. 5-2分钟；当所述不 锈钢紧固件为叶轮锁紧螺栓时，在100_150g/L的硫酸中进行活化；当所述不锈钢紧固件为 吸入导管帽螺钉时，在100-150g/L的盐酸中进行活化。
[0020] 步骤（3)所述电镀液中的三价铬离子来源于电镀前溶液中加入的铬酐，分子式是 Cr0 3，铬酐中的铬是六价铬，电镀时六价铬通过电解还原法产生三价铬，铬酸溶液电解时其 阴极氢离子放电析出氢气，具体化学反应为：
[0021 ] 2Cr03+H20 -H2Cr207
[0022] Cr03+H20 -H2Cr04
[0023] 通电后阴极发生如下反应：
[0024] 2H+ + 2e-H2 个
[0025] Cr207 2 十 8H+ 十 6e-Cr203 十 4H20
[0026] 阳极发生如下反应：
[0027] 2H20_4e- 02 丨 +4H+
[0028] Cr207+4H20_6e-Cr207_2+8H.
[0029] 新配镀液采用阴极面积大于阳极面积10倍以上电解，达到要求时，通过阳极电流 密度与阴极电流密度之比基本恒定在大约2 : 1来保持三价铬在2_5g/L，当超出该范围时 用改变阴阳极面积比来调整。
[0030] 所述不锈钢紧固件为核主泵用叶轮锁紧螺栓时，步骤（1)之前其螺纹处表面粗糙 度不超过3. 2 y m ;所述不锈钢紧固件为核主泵用吸入导管帽螺钉时，步骤（1)之前其螺纹 处表面粗糙度不超过1. 6 y m。
[0031] 与现有技术相比，本发明具有以下显著的优点：
[0032] 1、核电站一级设备屏蔽主泵的叶轮锁紧螺栓和吸入导管帽螺钉等紧固件的螺纹 表面通过本发明工艺进行镀铬，增强螺纹部分硬度，保证其耐磨性。
[0033] 2、通过本发明工艺进行镀铬后，螺纹部分表面粗糙度提高，膜层光泽均匀，为亚光 或无光泽镀层，致密性增强，不易生锈，适合在高温环境中使用。
[0034] 3、通过本发明工艺进行镀铬后，镀层平滑连续，附着力强度高，外观一致。
[0035] 4、通过本发明工艺进行镀铬后，螺纹部分基本没有变形，保证加工精度，确保零件 在核电一级设备中的装配精度。
[0036] 5、本发明能够解决螺纹在镀铬后，在无后续加工的情况下，确保了镀层均匀，螺纹 底径、中径与外径镀层厚度控制在图纸要求范围之内。解决零件多次装拆时抗咬合问题）
[0037] 6、本发明工艺在质量控制方面，增加了过程控制、批次零件的破坏性试验和定期 检验，保证核一级设备屏蔽主泵镀铬零件的质量。
【附图说明】：
[0038] 图1为本发明实施例1镀铬后不锈钢螺栓样件。
[0039] 图2为本发明实施例1螺纹镀铬后外观质量。
[0040] 图3为本发明实施例1镀层厚度金相。
[0041]图4为本发明实施例1样件圆周面镀铬层的孔隙度检查。
[0042] 图5为本发明实施例1划痕法和弯曲法检查镀层结合力；其中：(a)划痕法；(b)弯 曲法。
[0043] 图6为本发明实施例1镀铬后的成品件。
[0044] 图7为本发明实施例1螺纹环规检查镀层螺纹。
【具体实施方式】：
[0045] 本发明不锈钢紧固件螺纹表面镀铬的技术要求和检验要求，采用以下标准：
[0046] 技术标准：AMS2460
[0047] 镀铬类型：硬质铬
[0048] 镀铬等级：2b级
[0049] 镀层厚度检验标准：NASM1312-12
[0050] 镀层附着力检验：ASTM B-571
[0051] 螺纹尺寸检验：止通环规
[0052] 实施例1
[0053] 1、本实施例对叶轮锁紧螺栓(马氏体不锈钢ASTM A-479403材料)镀铬工艺流程及 参数：
[0054] (1)有机溶剂除油：视零件表面状态允许采用酒精对电镀区域进行除油。
[0055] (2)装挂：
[0056] A、按图纸或工艺卡片要求进行绝缘或加辅助电极。采用塑料布或3M胶带进行绝 缘。装挂好的零件应保证在电镀过程中不压空气，牢固。
[0057] B、零件应装挂在工夹具上，不能使用工夹具的应用导电良好的铜丝栓挂。
[0058] C、零件装挂后进行导电性检查。