董化宇

（中航工業(yè)質(zhì)量審核及管理體系認(rèn)證中心，北京 100028）

當(dāng)前，飛機(jī)結(jié)構(gòu)方面使用的材料主要有金屬和非金屬兩大類。金屬材料有鋼（含不銹鋼）、鋁合金、鈦合金、高溫合金，以及少量的鎂合金、銅合金、鋁鋰合金等。雖然鋼在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中所占比例逐漸降低，以蘇–27飛機(jī)為例，其上鋼零件的重量已不足整機(jī)結(jié)構(gòu)重量的十分之一，但鋼所具有的特性是任何其他類別金屬所無(wú)法替代的。一些重要的承力件，如飛機(jī)起落架支柱、活塞桿、作動(dòng)筒、平尾大軸、垂尾主梁及部分最重要的接頭、承力螺栓等仍用超高強(qiáng)度鋼制造。

但是，由于鋼易腐蝕的特點(diǎn)，在使用前必須對(duì)其進(jìn)行防護(hù)，即表面處理，以提高鋼的耐蝕性和其他性能（如耐磨性等）。表面處理是通過(guò)機(jī)械和化學(xué)的方法處理后，能在產(chǎn)品表面形成一層保護(hù)基體的保護(hù)層，在自然界中能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，增強(qiáng)基體的抗蝕性、耐磨性和增加產(chǎn)品的美觀。

影響飛機(jī)鋼零件（以下簡(jiǎn)稱“鋼零件”）表面處理過(guò)程質(zhì)量的因素有加工方法、設(shè)備、檢測(cè)、材料、環(huán)境和人員等。在表面處理過(guò)程中，只有對(duì)以上這些因素實(shí)施過(guò)程控制，才能確保鋼零件表面處理的質(zhì)量。下面從6個(gè)方面探討如何對(duì)鋼零件表面處理過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量控制。

1 加工方法

常用的鋼零件表面處理加工方法有電鍍、轉(zhuǎn)化膜層、熱噴涂、涂裝等4大類。它們的工藝流程通常是：零件驗(yàn)收—前處理—鍍覆或化學(xué)覆蓋—后處理。

1.1 零件驗(yàn)收的控制

鋼零件在鍍覆或化學(xué)覆蓋前應(yīng)無(wú)油污、油漆、機(jī)加工劃線涂色、金屬屑，同時(shí)還應(yīng)無(wú)銹蝕、斑點(diǎn)、結(jié)瘤、毛刺、氧化皮等。經(jīng)磨削加工、探傷檢查的零件應(yīng)無(wú)剩磁、磁粉及熒光粉等。

為了防止零件中的內(nèi)應(yīng)力使鍍層開(kāi)裂，經(jīng)機(jī)械加工、研磨、冷成形、冷矯形的零件、抗拉強(qiáng)度（σb）大于或等于1 050 MPa的鋼零件，在鍍覆前應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力處理。

1.2 前處理的控制

前處理主要是對(duì)鋼零件表面進(jìn)行除油、浸蝕（除銹）或吹砂。

除油有溶劑除油、氣相除油、化學(xué)除油、電解除油、乳化除油、超聲波清洗等。應(yīng)對(duì)除油時(shí)的溶劑或溶液的成份、溫度、電流、時(shí)間等實(shí)施控制。

侵蝕（除銹）有電解侵蝕、弱侵蝕和強(qiáng)侵蝕。侵蝕（除銹）時(shí)應(yīng)對(duì)電流、溶液的成份、時(shí)間、溫度等實(shí)施控制。

熱噴涂時(shí)，用汽油或其它有機(jī)溶劑去除鋼零件表面的油脂。通過(guò)吹砂去掉零件表面的氧化物及污物。要控制汽油或有機(jī)溶劑的清潔度、清洗方法、吹砂時(shí)的壓縮空氣壓力、砂粒的直徑及吹砂和熱噴涂時(shí)間間隔等。

涂裝時(shí)，待涂裝的鋼零件可通過(guò)手工除油、機(jī)械除銹、吹砂、磷化等方法進(jìn)行除油和除銹等表面準(zhǔn)備，保證零件表面無(wú)油、無(wú)銹，磷化膜層外觀、耐蝕性等滿足涂裝的要求。

1.3 鍍覆或化學(xué)覆蓋的控制

鋼零件在鍍覆或化學(xué)覆蓋過(guò)程中的工作溫度、電流密度、電壓值、槽液攪拌方式、槽液成分、環(huán)境的溫濕度、清潔度等影響零件的表面處理質(zhì)量。應(yīng)按工藝說(shuō)明書(shū)（或工藝規(guī)程）中規(guī)定的工藝參數(shù)對(duì)鍍覆或化學(xué)覆蓋過(guò)程實(shí)施控制。

1.4 后處理的控制

鋼零件表面處理的后處理有除氫、鈍化、封閉、皂化、填充等。

凡抗拉強(qiáng)度大于或等于1 050 MPa的鋼零件，鍍覆后都要進(jìn)行除氫處理。具體的加熱溫度和保溫時(shí)間根據(jù)合金牌號(hào)和強(qiáng)度級(jí)別確定。另外，鍍覆或化學(xué)覆蓋至除氫處理之間的時(shí)間間隔也要按有關(guān)要求進(jìn)行控制。

鋼零件鍍鋅、鍍鎘層鈍化時(shí)應(yīng)控制鈍化液的成份、鈍化時(shí)間、干燥方法等。鈍化后的干燥溫度不宜超過(guò)60℃。

鋼零件磷化膜封閉應(yīng)控制封閉液的成份、封閉時(shí)間等。

鋼零件氧化（發(fā)蘭）膜層皂化或填充處理應(yīng)控制皂化液或填充液的成份、皂化或填充時(shí)間等。

2 設(shè)備

鋼零件表面處理的設(shè)備有槽子、槽液、電源、除氫烘箱、壓縮空氣、儀表、鹽霧試驗(yàn)箱等。設(shè)備是保證表面處理質(zhì)量的基礎(chǔ)。

2.1 槽子的控制

有嚴(yán)格要求的需加溫或冷卻的槽子，應(yīng)有溫度自動(dòng)控制和指示裝置。需要攪拌的槽子，應(yīng)采用機(jī)械攪拌、壓縮空氣攪拌或其它形式的攪拌。

2.2 槽液的控制

槽液應(yīng)定期分析與維護(hù)，槽液的分析周期可以實(shí)施動(dòng)態(tài)控制。各種槽液成分都應(yīng)用圖表法進(jìn)行記錄和控制，要規(guī)定范圍、控制范圍和警告范圍。槽液應(yīng)定期或連續(xù)過(guò)濾。

2.3 電源的控制

高強(qiáng)度鋼電鍍用整流器的波紋系數(shù)要求不大于10%，鍍硬鉻電源的波紋系數(shù)要求不大于5%。

2.4 除氫烘箱的控制

除氫烘箱應(yīng)裝備溫度自動(dòng)控制、指示和記錄的裝置。除氫烘箱工作區(qū)溫度均勻性應(yīng)達(dá)到熱處理Ⅳ類加熱設(shè)備的要求。

2.5 壓縮空氣的控制

用于鋼零件表面處理槽液攪拌和零件干燥的壓縮空氣，應(yīng)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)膬艋瓦^(guò)濾，不得有油、水和固體顆粒。

2.6 儀表的控制

鋼零件表面處理過(guò)程中所用電流表和電壓表的精度，應(yīng)不低于1.5級(jí)。鍍（膜）層厚度測(cè)量?jī)x器應(yīng)符合GB/T 6463–2005《金屬和其它尤機(jī)覆蓋層 厚度測(cè)量方法評(píng)述》的規(guī)定。

2.7 鹽霧試驗(yàn)箱的控制

耐蝕性試驗(yàn)用的鹽霧試驗(yàn)箱應(yīng)符合GB 6458–1986《金屬覆蓋層 中性鹽霧試驗(yàn)》、GB 6459–1986《金屬覆蓋層 醋酸鹽霧試驗(yàn)》、GB 6460–1986《金屬覆蓋層 銅加速醋酸鹽霧試驗(yàn)》中的有關(guān)規(guī)定。

3 檢測(cè)

鋼零件表面處理的檢測(cè)是對(duì)保護(hù)層進(jìn)行檢驗(yàn)或試驗(yàn)，以驗(yàn)證保護(hù)層是否滿足規(guī)定的要求。

3.1 檢驗(yàn)（試驗(yàn)）項(xiàng)目

對(duì)鋼零件表面處理保護(hù)層的檢驗(yàn)（試驗(yàn)）主要有外觀、厚度、結(jié)合力（附著力）、耐蝕性及其它性能檢驗(yàn)（試驗(yàn)）項(xiàng)目。具體的鋼零件表面處理過(guò)程的檢驗(yàn)（試驗(yàn)）項(xiàng)目詳見(jiàn)表1。

表1 鋼零件表面處理質(zhì)量檢驗(yàn)（試驗(yàn)）項(xiàng)目

3.2 檢驗(yàn)方法

3.2.1 外觀檢驗(yàn)

電鍍層外觀檢驗(yàn)應(yīng)在天然散射光線或無(wú)反射光的白色透射光下進(jìn)行目視檢驗(yàn)。光的照度應(yīng)不低于300lx。關(guān)鍵和重要零件應(yīng)100%檢查，其它零件按GB 12609–2005《電沉積金屬覆蓋層和相關(guān)精飾計(jì)數(shù)檢驗(yàn)抽樣程序》抽樣檢查。鍍層顏色應(yīng)符合要求，結(jié)晶應(yīng)均勻、細(xì)致。

磷化、化學(xué)氧化（發(fā)蘭）等轉(zhuǎn)化膜層的外觀檢驗(yàn)是對(duì)關(guān)鍵和重要零件應(yīng)100%進(jìn)行，其它零件按GB 12609–2005抽樣進(jìn)行。導(dǎo)管零件每批抽2%（不少于1根）剖切檢查管內(nèi)磷化膜、氧化膜質(zhì)量。磷化膜顏色為灰至灰黑色，化學(xué)氧化（發(fā)蘭）膜顏色為黑色、褐色、紫色。磷化膜、氧化（發(fā)蘭）膜應(yīng)連續(xù)、均勻、完整。

不銹鋼鈍化膜的外觀檢驗(yàn)的原則是無(wú)論大零件或重要零件應(yīng)100%進(jìn)行目視檢查。小零件可每批抽5%～10%進(jìn)行目視檢查。導(dǎo)管零件定期或每批抽樣剖開(kāi)檢查管內(nèi)鈍化膜層質(zhì)量。鈍化膜顏色為銀白、灰白或鋼灰色。

熱噴涂鋅的零件應(yīng)100%進(jìn)行外觀檢驗(yàn)。顏色應(yīng)是淺灰色至灰白色。熱噴涂層應(yīng)密實(shí)、完整，顆粒應(yīng)細(xì)小、均勻。

涂漆膜層的外觀用目視法檢查。漆膜的顏色和色調(diào)應(yīng)均勻一致。漆膜表面平整、光滑，無(wú)流痕、漏噴、粗糙顆粒及橘皮等現(xiàn)象。

干膜潤(rùn)滑劑膜層的外觀應(yīng)均勻、光滑、連續(xù)。

3.2.2 厚度測(cè)量

電鍍層厚度檢驗(yàn)可用顯微鏡測(cè)量法、磁性測(cè)量法、陽(yáng)極溶解庫(kù)倫法、量具測(cè)量法、稱重法等方法。關(guān)鍵和重要零件應(yīng)100%檢查，其它零件按GB12609–2005抽樣檢查。厚度應(yīng)符合圖紙或工藝文件的規(guī)定。

熱噴涂鋅層厚度檢驗(yàn)可定期或按批次進(jìn)行，應(yīng)符合圖紙或工藝文件的規(guī)定。檢驗(yàn)時(shí)抽取2～3個(gè)零件（或試件）進(jìn)行測(cè)厚。測(cè)厚的方法有儀器測(cè)厚法、量具測(cè)厚法。

涂漆漆膜和干膜潤(rùn)滑劑膜層厚度應(yīng)符合圖紙或技術(shù)文件的規(guī)定。厚度檢驗(yàn)按GB/T 13452.2–2008《色漆和清漆 漆膜厚度的測(cè)定》的規(guī)定進(jìn)行。

3.2.3 結(jié)合力（附著力）檢驗(yàn)

當(dāng)新配鍍液或鍍液有較大變化時(shí)，必須對(duì)電鍍層進(jìn)行結(jié)合力檢驗(yàn)。在連續(xù)生產(chǎn)時(shí)必須定期檢驗(yàn)。

熱噴涂鋅層結(jié)合力檢驗(yàn)可定期或按批次進(jìn)行抽查，不允許有脫落現(xiàn)象。檢驗(yàn)方法有錘擊法、落球法。

應(yīng)對(duì)漆膜和干膜潤(rùn)滑劑膜層的結(jié)合力進(jìn)行檢驗(yàn)。可采用美國(guó)3M公司的250#壓敏膠帶或等效膠帶。經(jīng)膠帶檢驗(yàn)后膜層應(yīng)完整如初。

3.2.4 耐蝕性試驗(yàn)

電鍍層耐蝕性檢驗(yàn)是當(dāng)新配鍍液或鍍液有較大變化時(shí)，必須對(duì)鍍層進(jìn)行耐蝕性檢驗(yàn)。在連續(xù)生產(chǎn)時(shí)必須定期進(jìn)行耐蝕性檢驗(yàn)。耐蝕性檢驗(yàn)按GB 6458–1986的要求和方法進(jìn)行。鹽霧試驗(yàn)的時(shí)間應(yīng)滿足圖紙或工藝文件的規(guī)定。

磷化膜層耐蝕性檢驗(yàn)是在每批零件中抽取2～3件，或用相同材料、相同熱處理狀態(tài)、相同粗糙度并與零件同槽磷化的試樣。將零件或試樣浸入3%的氯化鈉溶液中，在15℃～25℃下保持2h。取出零件或試樣（件），檢查其表面，不應(yīng)有基體金屬銹蝕出現(xiàn)。

化學(xué)氧化（發(fā)蘭）耐蝕性檢驗(yàn)是在每批零件中抽取3件，或用相同材料、相同熱處理狀態(tài)與所代表批相同條件下氧化的試樣。將試樣（件）用蘸有無(wú)水乙醇的棉球擦拭除油（剛處理好的試樣或試片可不除油），再浸入3%的硫酸銅溶液中，在15℃～20℃下保持20s，取出試樣（件），檢查其表面是否有接觸銅出現(xiàn)。

不銹鋼鈍化膜的耐蝕性檢驗(yàn)是定期從交檢的零件中取1～2個(gè)零件進(jìn)行耐蝕性檢驗(yàn)。將帶有鈍化膜層的零件或試樣浸在3%氯化鈉溶液中，在15℃～25℃下保持24h，取出零件或試樣檢查表面，應(yīng)無(wú)銹蝕痕跡或銹蝕產(chǎn)物。

3.2.5 氫脆性試驗(yàn)

電鍍鎘–鈦、鋅、鎘、銅、硬鉻時(shí)，當(dāng)抗拉強(qiáng)度σb≥1 240 MPa的鋼的關(guān)鍵、重要件進(jìn)行電鍍時(shí)，必須進(jìn)行氫脆性試驗(yàn)。氫脆性試驗(yàn)是對(duì)新配制或調(diào)整后的槽液，以及每批零件都要作一次缺口試棒持久試驗(yàn)，持續(xù)200 h不斷為合格。

磷化、化學(xué)氧化（發(fā)蘭）等轉(zhuǎn)化膜層，如有要求，抗拉強(qiáng)度σb≥1 300 MPa的關(guān)鍵、重要件進(jìn)行化學(xué)氧化（發(fā)蘭）時(shí)，也應(yīng)進(jìn)行氫脆性試驗(yàn)。

3.2.6 孔隙率檢驗(yàn)

電鍍硬鉻層有孔隙率要求的零件，應(yīng)進(jìn)行鍍層孔隙率檢驗(yàn)，按GB 12609–2005定期抽樣檢驗(yàn)，每平方分米面積上氣孔不得多于5個(gè)。電鍍裝飾鉻鍍層按GB 12609–2005規(guī)定的方法和要求定期進(jìn)行孔隙率檢驗(yàn)，每平方厘米面積上氣孔不得多于3個(gè)。

用于防止?jié)B碳、滲氮、氰化（碳氮共滲）的電鍍銅鍍層應(yīng)100%檢驗(yàn)孔隙率，銅鍍層應(yīng)無(wú)孔隙。其它有孔隙率要求的銅鍍層按技術(shù)文件規(guī)定檢驗(yàn)。檢驗(yàn)方法有貼濾紙法和浸漬法。

3.2.7 其它檢驗(yàn)項(xiàng)目

電鍍鎘–鈦鍍層中的鈦含量用同槽試片測(cè)定。鎘–鈦鍍層內(nèi)鈦含量范圍應(yīng)在0.1%～0.7%之間。檢驗(yàn)方法按HB 5361–1986《隔–鈦電鍍工藝分析方法》進(jìn)行。

電鍍銅鍍層鈍化膜的質(zhì)量按HB 5064–1977《銅及銅合金氧化膜層質(zhì)量檢驗(yàn)》的規(guī)定進(jìn)行外觀、耐蝕性檢驗(yàn)。在光照度不低于300lx的光線下采用目視方法，大零件和重要零件應(yīng)100%、小零件每批抽取5%～10%進(jìn)行外觀檢驗(yàn)。耐蝕性檢驗(yàn)每工作班至少進(jìn)行一次。

鍍銅層氧化膜的質(zhì)量按HB 5065–1977的規(guī)定進(jìn)行外觀、韌性和結(jié)合力、抗變色性能檢驗(yàn)。

電鍍硬鉻層有特殊要求的零件，根據(jù)工藝文件的規(guī)定抽查鉻鍍層的顯微硬度。顯微硬度值不應(yīng)低于700 HV。

化學(xué)氧化（發(fā)蘭）每批零件抽取3個(gè)進(jìn)行清洗質(zhì)量檢驗(yàn)，不應(yīng)有殘留堿存在。

磷化膜膜重檢驗(yàn)是在當(dāng)有新產(chǎn)品或工藝、槽液配方改變，以及有定期檢驗(yàn)規(guī)定的情況下，應(yīng)按GB/T 9792–2003《金屬材料上的轉(zhuǎn)化膜 單位面積膜質(zhì)量的測(cè)定–重量法》進(jìn)行。膜重應(yīng)符合有關(guān)圖樣和技術(shù)文件的規(guī)定。

不銹鋼鈍化膜層完整性檢驗(yàn)是每工作班至少進(jìn)行一次膜層完整性檢驗(yàn)。從每批交檢的零件中抽1～2個(gè)零件或用與零件同類材料同槽處理的試樣檢驗(yàn)?zāi)油暾浴?/p>

熱噴涂鋅重量檢驗(yàn)是從一批零件中抽取2～3個(gè)進(jìn)行噴涂前、后的稱重檢查，應(yīng)符合圖紙或技術(shù)文件的規(guī)定。

4 材料

飛機(jī)鋼零件表面處理所使用材料有水、酸、堿、鹽、各種添加劑、各種金屬的陽(yáng)極板等。水的水質(zhì)分類、指標(biāo)，應(yīng)符合工藝文件的要求。所用化學(xué)藥品和其它材料的規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在工藝文件中作出明確的規(guī)定。專用的化學(xué)藥品（如添加劑等）和材料應(yīng)定點(diǎn)定質(zhì)供應(yīng)?；瘜W(xué)藥品和其它材料必須有出廠合格證或質(zhì)量保證單，必要時(shí)做入廠復(fù)驗(yàn)。

5 環(huán)境

工作環(huán)境的溫度和相對(duì)濕度對(duì)鋼零件涂裝的質(zhì)量影響較大，因此涂裝時(shí)，要對(duì)工作環(huán)境的溫度和相對(duì)濕度按工藝文件的規(guī)定實(shí)施監(jiān)督控制。

6 人員

從事飛機(jī)鋼零件表面處理過(guò)程的操作者、檢驗(yàn)和試驗(yàn)人員，應(yīng)經(jīng)過(guò)培訓(xùn)、考核并持證上崗。

綜上所述，只有通過(guò)控制飛機(jī)鋼零件表面處理過(guò)程中的各種因素（如加工方法、設(shè)備、材料、環(huán)境、人員等），嚴(yán)格按工藝說(shuō)明書(shū)（或工藝規(guī)程）規(guī)定的參數(shù)進(jìn)行操作，并對(duì)表面處理過(guò)程的結(jié)果（保護(hù)層的質(zhì)量）進(jìn)行全面的檢驗(yàn)（試驗(yàn)），才能確保鋼零件表面處理的保護(hù)層滿足規(guī)定的要求，達(dá)到預(yù)期的效果。