活塞环、活塞环端面电镀用夹具及活塞环端面电镀方法与流程

1.本发明涉及活塞环加工技术领域，具体而言，涉及一种活塞环、活塞环端面电镀用夹具及活塞环端面电镀方法。


背景技术：

2.目前车用发动机正向高爆压、高egr、低燃料消耗及低废气排放等方向发展，特别是气体机和生物燃料发动机工作过程中，缸套内有大量腐蚀性气体和水汽，活塞环表面镀层的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性对发动机整体燃油消耗、功率输出和排放尤为重要。
3.现有的活塞环外圆厚膜dlc(类金刚石碳)镀层可以充分满足发动机全生命周期的耐磨、耐腐蚀、耐高温性等要求，但活塞环下端面不强化的厚膜dlc活塞环随着发动机工作时间的延长，活塞环下端面易于出现异常磨损，漏气量会变大，无法满足发动机全生命周期的的使用要求。
4.为此，目前通常通过进行端面快速镀铬以提升活塞环端面的耐磨性能；但是由于活塞环的外圆已有的dlc镀层是一种碳膜，其导电性能极差，导致活塞环端面难以正常沉积镀铬层。


技术实现要素：

5.本发明解决的问题是现有的活塞环端面难以正常沉积镀铬层。
6.为解决上述问题，本发明提供一种活塞环端面电镀用夹具，包括阴极板、定位圈以及定位板；其中，
7.所述定位圈设置于所述阴极板的内侧；
8.所述定位圈包括底板与侧板；
9.所述定位板设置于所述底板上；
10.所述定位板与所述侧板围合构成活塞环的容纳腔；
11.所述定位圈以及所述定位板的材质均为金属。
12.可选地，所述定位圈以及所述定位板的材质均为不锈钢或碳钢。
13.本发明的另一目的在于提供一种活塞环端面电镀方法，包括如下步骤：
14.s1：将活塞环装夹于如上所述的活塞环端面电镀用夹具内；
15.s2：利用复合电镀液对所述夹具内的所述活塞环的端面进行电镀；
16.s3：电镀完成后，将所述活塞环从所述夹具内卸下，并对所述活塞环端面的镀层进行检查。
17.可选地，所述复合电镀液包括浓度为300g/l～450g/l的铬酸酐、浓度为5g/l～8g/l的硫酸、浓度为6g/l～20g/l的甲基磺酸、浓度为0.5g/l～2g/l的氟表面活性剂、浓度为5g/l～15g/l的固体颗粒。
18.可选地，所述固体颗粒的粒径范围为0.1μm～3μm。
19.可选地，所述固体颗粒选自陶瓷颗粒与金刚石颗粒中的至少一种。
20.可选地，所述陶瓷颗粒选自氧化铝颗粒、氮化硅颗粒、氮化硼颗粒、碳化硅颗粒、碳化硼颗粒中的至少一种。
21.可选地，所述电镀过程包括：
22.s21：刻蚀：电流密度为10a/dm2～30a/dm2，时间为20s～60s；
23.s22：打底：电流密度为120a/dm2～160a/dm2，时间为120s～300s；
24.s23：网刻：电流密度为30a/dm2～80a/dm2，时间为40s～80s；
25.s24：电镀：电流密度为150a/dm2～250a/dm2，时间为100s～200s。
26.本发明的再一目的在于提供一种活塞环，通过如上所述的活塞环端面电镀方法进行电镀。
27.可选地，所述活塞环的端面镀有铬基陶瓷/金刚石复合镀层；所述铬基陶瓷/金刚石复合镀层的厚度范围为0.015mm～0.035mm。
28.与现有技术相比，本发明提供的活塞环端面电镀用夹具具有如下优势：
29.本发明提供的活塞环端面电镀用夹具，通过设置金属材质的定位圈与定位板，提高了活塞环外圆面dlc镀层与夹具之间的导电性能，从而能够在活塞环的端面上正常沉积镀层，避免电镀过程中出现打弧现象，有利于实现批量化生产。
附图说明
30.图1为本发明中活塞环端面用电镀夹具与活塞环的装配简图；
31.图2为本发明中楔形活塞环的结构简图；
32.图3为本发明中梯形活塞环的结构简图；
33.图4为本发明中矩形活塞环的结构简图。
34.附图标记说明：
35.1-阴极板；2-定位圈；21-底板；22-侧板；3-定位板；4-活塞环；41-dlc镀层；42-sdc复合镀层。
具体实施方式
36.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第一特征之“上”或之“下”，可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征的正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
38.目前对外圆面镀有dlc镀层的活塞环的端面进行镀铬时，活塞环的端面难以正常沉积镀铬层，且容易出现打弧现象，导致无法进行批量生产。
39.为解决现有的活塞环端面难以正常沉积镀铬层的问题，本发明提供一种活塞环端面电镀用夹具，参见图1所示，该夹具包括阴极板1、定位圈2以及定位板3；其中，定位圈2设置于阴极板1的内侧，且定位圈2与阴极板1相抵接；定位圈2包括底板21与侧板22，本技术优选侧板22为圆环状结构，侧板22的外壁与阴极板1相接触，侧板22的内壁直径根据活塞环4的尺寸而定；底板21与侧板22垂直连接，该底板21可以与侧板22通过焊接等方式相连，本技术优选底板21与侧板22为一体结构；定位板3设置于底板21上，通过定位板3与侧板22围合构成活塞环4的容纳腔；为便于进行电镀，本技术优选定位板3以及底板21的中心位置均设置有通孔；对活塞环4的端面进行电镀时，将活塞环4放置于该容纳腔内，本技术优选该活塞环4的外圆面镀有类金刚石碳(dlc)镀层；将该活塞环4放置于容纳腔中时，将活塞环4上待电镀的端面朝外放置，活塞环4外圆面的dlc镀层与侧板22的内壁贴紧，活塞环4上的另一端面与定位板3相接触；进一步的，本技术优选定位圈2以及定位板3的材质均为金属，以便于利用金属导电的特性，解决因活塞环4外圆面上沉积的dlc镀层导电能力差而导致的活塞环4端面难以正常沉积镀铬层的问题。
40.本发明提供的活塞环端面电镀用夹具，通过设置金属材质的定位圈2与定位板3，提高了活塞环4外圆面dlc镀层与夹具之间的导电性能，从而能够在活塞环4的端面上正常沉积镀层，避免电镀过程中出现打弧现象，有利于实现批量化生产。
41.进一步的，本技术优选定位圈2以及定位板3的材质均为非铜，且耐铬酸腐蚀的金属材料；具体的，本技术优选定位圈2以及定位板3的材质均为不锈钢或碳钢。
42.本发明的另一目的在于提供一种活塞环端面电镀方法，该电镀方法包括如下步骤：
43.s1：将活塞环4装夹于如上所述的活塞环端面电镀用夹具内；
44.s2：利用复合电镀液对夹具内的活塞环4的端面进行电镀；
45.s3：电镀完成后，将活塞环4从夹具内卸下，并对活塞环4端面的镀层进行检查。
46.本技术优选步骤s1中的活塞环4，外圆面镀有dlc镀层，该dlc镀层采用相应的现有技术进行制备；为保证电镀效果，在将活塞环4装夹于夹具之前，还包括对活塞环4进行清洗的步骤，本技术优选采用超声波和脱脂剂对活塞环4进行清洗，以便于除去活塞环4环体上的油污；并优选清洗过程中，超声波电流为1a～3a，清洗温度范围为50℃～80℃。
47.并且，电镀完成，将活塞环4从夹具上卸下后，还包括对活塞环4的端面进行抛光处理的步骤。
48.本发明提供的活塞环端面电镀方法，通过采用设置有金属材质的定位圈2与定位板3的夹具，提高了活塞环4外圆面dlc镀层与夹具之间的导电性能，从而能够在活塞环4的端面上正常沉积镀层，避免电镀过程中出现打弧现象，有利于实现批量化生产。
49.为提高活塞环4下端面的耐磨性能，本技术优选复合电镀液包括浓度为300g/l～450g/l的铬酸酐、浓度为5g/l～8g/l的硫酸、浓度为6g/l～20g/l的甲基磺酸、浓度为0.5g/l～2g/l的氟表面活性剂、浓度为5g/l～15g/l的固体颗粒。
50.本技术提供的复合电镀液，通过各组分以及夹具的协同作用，能够在活塞环4的下端面沉积一层复合镀层，提高活塞环4下端面的耐磨性和耐高温性；在复合电镀液中添加含氟表面活性剂，降低了镀铬溶液的表面张力，使得粘附性极强的铬酐不会随着上升的水蒸气逸出，减少铬酸雾的挥发；具体的，该方法通过表面活性剂降低镀铬溶液的表面张力，将
镀铬溶液表面张力由70dyne/cm降低至35dyne/cm以下，使粘附性极强的铬酸酐不会随上升的水蒸气从槽液表面逸出，减少铬酸雾挥发，铬酸酐消耗量下降5％以上，同时电流效率提升2％以上，环保性好；通过硫酸等催化剂合理匹配，阴极电流密度提高到150a/dm2以上，通过电流密度合理优化细化了镀层结晶，该镀层经抛光后镀层粗糙度rz2以下，满足国ⅵ及生物燃料发动机活塞环下端面的密封需求。
51.本技术优选固体颗粒的粒径范围为0.1μm～3μm，并进一步优选固体颗粒选自陶瓷颗粒与金刚石颗粒中的至少一种；其中陶瓷颗粒选自氧化铝颗粒、氮化硅颗粒、氮化硼颗粒、碳化硅颗粒、碳化硼颗粒中的至少一种。
52.本技术中的电镀过程及相应的电镀参数包括：
53.s21：刻蚀：电流密度为10a/dm2～30a/dm2，时间为20s～60s；
54.s22：打底：电流密度为120a/dm2～160a/dm2，时间为120s～300s；
55.s23：网刻：电流密度为30a/dm2～80a/dm2，时间为40s～80s；
56.s24：电镀：电流密度为150a/dm2～250a/dm2，时间为100s～200s。
57.通过上述活塞环端面电镀方法，在活塞环4的端面得到铬基陶瓷/金刚石(sdc)复合镀层；为保证镀层厚度，本技术优选电镀过程中重复步骤s23、s24一到两次，以使活塞环4的端面的镀层由1～2层单元复合层组成，该镀层的总厚度为0.015mm～0.0035mm，活塞环4下端面的耐磨性能比一般的镀铬层提高了30％以上。
58.本发明的另一目的在于提供一种活塞环，该活塞环通过如上所述的活塞环端面电镀方法进行电镀。
59.本发明提供的活塞环，通过上述电镀方法，在活塞环4的下端面得到沉积镀层，避免电镀过程中出现打弧现象，有利于实现批量化生产；提高了活塞环4下端面的耐磨性能，满足活塞环下端面的密封需求。
60.本技术中的活塞环4，参见图2～图4所示，可以为楔形活塞环、梯形活塞环、或者矩形活塞环；活塞环4的基体可以为铸铁或钢质；该活塞环4的外圆面上镀有dlc镀层41，并优选dlc镀层41的厚度范围为0.02mm～0.035mm；活塞环4的端面镀有铬基陶瓷/金刚石复合镀层，即sdc复合镀层42；并优选铬基陶瓷/金刚石复合镀层的厚度范围为0.015mm～0.035mm。
61.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
62.实施例1
63.本实施例提供一种活塞环端面电镀方法，该方法包括如下步骤：
64.s0：采用电流为1a的超声波，浓度为4g/l的市售碱性除油剂，浓度为8g/l的市售碱性防锈剂，于80℃条件下，对外圆面镀有dlc镀层的球磨铸铁活塞环进行清洗，除去活塞环4基体上的油污，得到清洗后的活塞环；
65.s1：将清洗后的活塞环装夹于夹具中侧板22与定位板3围合构成的容纳腔中，确保活塞环外圆面上的dlc镀层与侧板22接触良好，且活塞环的上端面与定位板3接触良好；
66.s2：采用包括浓度为350g/l的铬酸酐、浓度为6g/l的硫酸、浓度为6g/l的甲基磺酸、浓度为1g/l的氟表面活性剂，以及浓度为10g/l、粒径为0.1μm的氮化硅陶瓷颗粒，余量为去离子水的复合电镀液，于如下电镀条件下，对活塞环的端面进行电镀：
67.s21：刻蚀：电流密度为30a/dm2，时间为20s；
68.s22：打底：电流密度为160a/dm2，时间为180s；
69.s23：网刻：电流密度为40a/dm2，时间为50s；
70.s24：电镀：电流密度为160a/dm2，时间为200s；
71.s3：电镀完成后，将活塞环从夹具内卸下，并对活塞环端面的sdc复合镀层进行检查；
72.s4：用抛光轮在sdc复合镀层表面抛光1个往复。
73.对抛光后的活塞环进行检测，端面处的sdc复合镀层由1层单元复合层组成，sdc复合镀层的厚度为0.015mm～0.02mm；镀层硬度为920hv；镀层粗糙度rz1.6。
74.使用x荧光光谱仪检查sdc复合镀层中陶瓷含量，氮化硅含量2.2％(w/w)。
75.对活塞环进行摩擦磨损测试，活塞环上sdc复合镀层磨损量比镀铬层降低25％以上。
76.实施例2
77.本实施例提供一种活塞环端面电镀方法，该方法包括如下步骤：
78.s0：采用电流为3a的超声波，浓度为4g/l的市售碱性除油剂，浓度为8g/l的市售碱性防锈剂，于50℃条件下，对外圆面镀有dlc镀层的球磨铸铁活塞环进行清洗，除去活塞环4基体上的油污，得到清洗后的活塞环；
79.s1：将清洗后的活塞环装夹于夹具中侧板22与定位板3围合构成的容纳腔中，确保活塞环外圆面上的dlc镀层与侧板22接触良好，且活塞环的上端面与定位板3接触良好；
80.s2：采用包括浓度为350g/l的铬酸酐、浓度为6g/l的硫酸、浓度为6g/l的甲基磺酸、浓度为1g/l的氟表面活性剂，以及浓度为12g/l、粒径为3μm的金刚石颗粒，余量为去离子水的复合电镀液，于如下电镀条件下，对活塞环的端面进行电镀：
81.s21：刻蚀：电流密度为30a/dm2，时间为20s；
82.s22：打底：电流密度为160a/dm2，时间为180s；
83.s23：网刻：电流密度为40a/dm2，时间为50s；
84.s24：电镀：电流密度为160a/dm2，时间为200s；
85.重复步骤s23、s24两次；
86.s3：电镀完成后，将活塞环从夹具内卸下，并对活塞环端面的sdc复合镀层进行检查；
87.s4：用抛光轮在sdc复合镀层表面抛光1个往复。
88.对抛光后的活塞环进行检测，端面处的sdc复合镀层由2层单元复合层组成，sdc复合镀层的厚度为0.025mm～0.03mm；镀层硬度为920hv；镀层粗糙度rz1.6。
89.使用x荧光光谱仪检查sdc复合镀层中金刚石含量，金刚石含量1.8％(w/w)。
90.对活塞环进行摩擦磨损测试，活塞环上sdc复合镀层磨损量比镀铬层降低40％以上。
91.实施例3
92.本实施例提供一种活塞环端面电镀方法，该方法包括如下步骤：
93.s0：采用电流为3a的超声波，浓度为4g/l的市售碱性除油剂，浓度为8g/l的市售碱性防锈剂，于70℃条件下，对外圆面镀有dlc镀层的球磨铸铁活塞环进行清洗，除去活塞环4基体上的油污，得到清洗后的活塞环；
94.s1：将清洗后的活塞环装夹于夹具中侧板22与定位板3围合构成的容纳腔中，确保活塞环外圆面上的dlc镀层与侧板22接触良好，且活塞环的上端面与定位板3接触良好；
95.s2：采用包括浓度为300g/l的铬酸酐、浓度为5g/l的硫酸、浓度为20g/l的甲基磺酸、浓度为0.5g/l的氟表面活性剂，以及浓度为5g/l、粒径为1.5μm的金刚石颗粒，余量为去离子水的复合电镀液，于如下电镀条件下，对活塞环的端面进行电镀：
96.s21：刻蚀：电流密度为10a/dm2，时间为60s；
97.s22：打底：电流密度为120a/dm2，时间为300s；
98.s23：网刻：电流密度为30a/dm2，时间为80s；
99.s24：电镀：电流密度为150a/dm2，时间为200s；
100.重复步骤s23、s24两次；
101.s3：电镀完成后，将活塞环从夹具内卸下，并对活塞环端面的sdc复合镀层进行检查；
102.s4：用抛光轮在sdc复合镀层表面抛光1个往复。
103.检测过程参见实施例1中相关内容。
104.实施例4
105.本实施例提供一种活塞环端面电镀方法，该方法包括如下步骤：
106.s0：采用电流为3a的超声波，浓度为4g/l的市售碱性除油剂，浓度为8g/l的市售碱性防锈剂，于70℃条件下，对外圆面镀有dlc镀层的球磨铸铁活塞环进行清洗，除去活塞环4基体上的油污，得到清洗后的活塞环；
107.s1：将清洗后的活塞环装夹于夹具中侧板22与定位板3围合构成的容纳腔中，确保活塞环外圆面上的dlc镀层与侧板22接触良好，且活塞环的上端面与定位板3接触良好；
108.s2：采用包括浓度为450g/l的铬酸酐、浓度为8g/l的硫酸、浓度为15g/l的甲基磺酸、浓度为2g/l的氟表面活性剂，以及浓度为15g/l、粒径为3μm的金刚石颗粒，余量为去离子水的复合电镀液，于如下电镀条件下，对活塞环的端面进行电镀：
109.s21：刻蚀：电流密度为20a/dm2，时间为40s；
110.s22：打底：电流密度为140a/dm2，时间为120s；
111.s23：网刻：电流密度为50a/dm2，时间为60s；
112.s24：电镀：电流密度为250a/dm2，时间为100s；
113.s3：电镀完成后，将活塞环从夹具内卸下，并对活塞环端面的sdc复合镀层进行检查；
114.s4：用抛光轮在sdc复合镀层表面抛光1个往复。
115.检测过程参见实施例1中相关内容。
116.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。