郭伟1 周少华1 付军锋2
1山西航天清华装备有限责任公司
2火箭军装备部驻呼和浩特地区军事代表室
摘要：在设备生产中，为了减缓金属结构的腐蚀速度，专门在金属表面制作电镀铬层，以此保证航天装备能够拥有良好的稳定性。在此之上，本文简要分析了研究电镀铬层厚度与组织及性能关系的必要性，并从表面应力、晶粒尺寸、硬度等三项指标上进行深度论述，继而帮助装备生产人员合理设计电镀铬层厚度。
关键词：电镀铬层；组织性能；生长速率
前言：结合相关研究成果，电镀铬层厚度差异也会影响航天装备元器件的使用年限。一般而言，在电镀铬层镀铬过程中，常通过铜层、厚铜层、亮镍层等步骤完成镀铬操作，最终可避免装备表面出现腐蚀现象。而在不同类型的电镀铬层中，其厚度存在具体标准，经由厚度与组织、性能的关联度的研究，可总结出相关经验，以供同行业借鉴，最终发挥出电镀铬层最大效用。
1、研究电镀铬层厚度与组织及性能关系的必要性
电镀铬层厚度的增加往往能够优化金属结构的耐腐性。然而，通过相关调查可发现：一味增加电镀铬层厚度，将诱发开裂后果，促使电镀铬层失去原有稳定性。若在航天装备生产中，对其金属表面应用电镀铬层，关于其厚度的确定未能找到最合适的标准，很难真正体现出电镀铬层的优势。因此，本次研究活动是为了深层次分析电镀铬层厚度与电镀铬层性能、组织的关联性，并通过对比不同厚度下其相关指标的差异结果，为电镀铬层的厚度提出相应的控制标准。从以往研究成果中可了解到：电镀铬层的厚度差异也会与电镀效果产生深远影响。考虑到电镀铬层是按照由外到内逐步腐蚀的方式侵害金属表面，故而对于电镀铬层内部金属，需要为其提供适宜厚度的保护层。通常在装饰镀铬层中，其厚度多设置在0.5μm到1μm范围内，若磨损度较大，可适当增厚为2μm。而镀硬铬层厚度多在5μm到80μm之间，镀乳白铬层则处于30μm到60μm范围内。若电镀铬层水域多孔性镀铬层，则应保持在100μm或者150μm。因此，面对不同电镀铬层类型，其厚度要求不一致。经过对本次研究数据的分析，可更全面的了解电镀铬层最佳厚度值[1]。
2、研究不同厚度电镀铬层的组织及性能影响差异
在研究不同厚度电镀铬层下，其组织及性能差异时，还需要在本次研究活动中提前设准备好对应的研究材料，并且按照科学的实验步骤对其进行讨论，以此得出相关结论，验证电镀铬层厚度与组织性能的重大关联。其中研究活动中的研究材料包括钢板、三种不同镀液等，关于钢板应选择同一种材质的钢板，其厚度应保持在2.5mm，其宽度可设为25mm，长需保持在50mm，然后判断在60℃的实验条件下，为其应用硫酸、三氧化二铬、三氧化铬镀液，经过光学显微镜可调整电镀铬层厚度值，其中关于电镀铬层生长速率的计算，可参照下述公式求取：
D、t分别指代的是电镀铬层厚度与沉积时间。而在不同厚度电镀铬层基础上，可归纳出以下三项组织性能出现了相应的变化：
2.1表面应力的变化，电镀铬层在其厚度不同的情况下，其表面应力也会呈现出差异。所谓的表面应力指的是电镀铬层表面拉应力。结合相关实验数据，在电镀厚度不断上升时，其表面应力曲线图出现波动。其中在10μm厚度下，表面应力在250MPa左右。
而在14μm厚度下，其表面应力表现出正相关关系，其表面应力也逐渐升高，且出现第一个峰值450Mpa，而后在20μm厚度下，其表面应力明显没有前两次的测量结果高，甚至在其达到16.03μm时，出现最小应力值，即162.92MPa。同时，从表面应力与电镀铬层厚度的关联曲线图中，在其超过26.03μm后，再次出现回转情况，即表面应力值增大。至于多组厚度实验中，在其达到46.02μm厚度情况下，表现出的应力值是整组实验中的最高值，超过了457.93MPa。从上述数据结果中可总结出：表面应力值的变化与其厚度变化具备一定关联。究其根本原因，是源于电镀铬层在不同厚度下，其形成的沉积时间不一致，而且电镀铬工艺还会在镀铬成分分解出氢元素，而后转化为氢元素与电镀铬层融合在一起，造成电镀铬层体积发生收缩。随着电镀铬层体积的不同变化，表面应力将在电镀铬层体积变化下发生改变，所以，在其体积超出标准范围后，会导致电镀铬层失去原有的平衡度，呈现出开裂趋势。因此，可通过电镀铬层的抗拉强度，判断其表面应力的变化规律，这样才能确保在测量电镀铬层厚度时，能够找到一个最佳厚度值，避免单纯追求防腐蚀效果，而造成电镀铬层超出厚度极限值，发生电镀铬层失效情况。基于此，相关人员在电镀铬层操作中，还需要充分意识到电镀铬层厚度与表面应力的关系，并控制好镀铬厚度，以免失去原有的镀铬效果，不利于电镀铬层工艺的应用[2]。
2.2晶粒尺寸的变化，在不同厚度下，对电镀铬层的晶粒尺寸进行测量，也会知晓厚度同电镀铬层组织结构的影响程度。从多组实验数据分析结果可发现：随着电镀铬层厚度值的改变，由小到大过程中，晶粒尺寸整体分布值在34.687μm以下，且最小值为2.2568μm。同时，单纯从晶粒尺寸上进行关注，显然无法给出更为全面的研究成果。所以，还可对电镀铬层晶粒整体数量进行测量，最终能够了解到：在其厚度增加情况下，数量增多，但平均值并未增加反而有所变小。其中以12μm的晶粒为主要分布尺寸。同时，经过晶粒最大尺寸的晶粒面积分数予以分析时，其中2μm到4μm晶粒面积占比较大。晶粒尺寸在厚度变化中，它并未形成正相关关系，但出于一种渐变状态。例如在10μm厚度下，晶粒的平均尺寸是在8μm以上，但在15μm厚度下，其晶粒尺寸高于10μm厚度的晶粒尺寸，但在20μm厚度中，它的晶粒尺寸变小，直到30μm厚度增加后，晶粒尺寸再次变大，且在临近40μm厚度期间达到晶粒尺寸的峰值。通过对晶粒尺寸的变化规律进行分析，需根据不同晶粒尺寸确定最优化厚度值。
2.3电镀铬层硬度变化，电镀铬层工艺在实际应用中，也会在其厚度变化情况下，对硬度造成一定影响。硬度与电镀铬层性能关联密切。所以，若能通过对厚度的有效控制，强化其强度性能，可促使电镀铬层产生显著的电镀效果。从本次研究活动中可发现：在其厚度由10μm逐渐上升为90μm过程中，电镀铬层强度表现出持续增强状态，这就表明，适当增加电镀铬层厚度，在其强度性能方面将产生积极影响。例如在80.45μm厚度下，其强度接近85HV。由此证实电镀铬层在不同厚度指标下，其组织、性能将有所突破，尤其在强度性能上，将表现出相应的上升优势。其中三项指标间也将有所关联。例如在其表面应力变小时，它的强度也会随之减小。晶粒尺寸变小，会导致强度变大。基于此，在考量厚度最佳值时，理应综合考量上述多则指标峰值范围，掌握具体规律。关于表面应力组织的控制，多以波形图为变化主导趋势。至于晶粒尺寸，不同厚度下，还需参照组织形态进行判定。强度处于增强状态，但增速不同，需从中找到最优标准。
结论：综上所述，在机械装备生产过程中，电镀铬层工艺的应用，往往能够优化装备性能，延长其使用年限。对此，若在不同厚度电镀铬层下，通过对表面应力、晶粒尺寸、硬度的影响程度，实现电镀铬层厚度合理设计，确保电镀铬层在装备生产环节展现出显著价值，为工业制造业长远发展指明方向。
参考文献：
[1]詹瑞秋,吴益文,汪宏斌,等.不同厚度电镀铬层的组织及性能[J].机械工程材料,2018,42(03):43-47.
[2]吴扬,崔楠,张颖.碳钢基体环保型三价铬镀铬工艺及镀铬层性能[J].电镀与环保,2019,39(05):1-4.