郭初陽(yáng)，郭喜軍，王永紅，劉 聰

(駐西飛公司軍事代表室，陜西 西安 710089)

鈦合金零件鍍鉻工藝及控制研究

郭初陽(yáng)，郭喜軍，王永紅，劉 聰

(駐西飛公司軍事代表室，陜西 西安 710089)

鈦合金材料具有比強(qiáng)度高，變形系數(shù)小，熱強(qiáng)性、低溫韌性、抗腐蝕性和焊接性能好等優(yōu)點(diǎn)，被越來(lái)越多地用于飛機(jī)制造業(yè)。鍍鉻技術(shù)作為一種特殊過(guò)程在航空制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，最常見(jiàn)的就是飛機(jī)起落架零件鍍鉻。目前，國(guó)內(nèi)的起落架零件制造大多是在高強(qiáng)度鋼表面鍍鉻，而鈦合金零件鍍鉻的應(yīng)用非常少見(jiàn)，主要是由于鍍鉻工藝屬于特殊過(guò)程，其工藝質(zhì)量受到諸多方面影響并且不易評(píng)定，況且鈦合金材料剛剛興起，國(guó)內(nèi)對(duì)其鍍鉻工藝質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn)幾乎為零。通過(guò)不斷嘗試研究，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，將飛機(jī)起落架鈦合金零件鍍鉻工藝流程細(xì)化，從材料、設(shè)備、人員、工藝和加工環(huán)境等方面進(jìn)行控制，完善并優(yōu)化了工藝條件，提高了加工效率，節(jié)約了制造成本，保證了工藝質(zhì)量。

鈦合金；鍍鉻；工藝；控制

飛機(jī)起落架是飛機(jī)在地面停放、滑行和起降滑跑時(shí)，用于支持飛機(jī)質(zhì)量并吸收撞擊能量的裝置。傳統(tǒng)飛機(jī)起落架的承力件和緊固件大多由30CrMnSiNi2A、23Co13Ni11Cr3MoE等超高強(qiáng)度鋼制成，鈦合金材料因其具有比強(qiáng)度高、變形系數(shù)小和質(zhì)量輕等優(yōu)勢(shì)， 近幾年逐漸受到飛機(jī)起落架制造業(yè)的青睞[1-2]；但由于鈦合金材料鍍鉻質(zhì)量受到原材料、設(shè)備、工藝和人員技能等多方面因素的影響，鍍鉻過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)鉻層外觀質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、結(jié)合力不足和厚度不易控制等問(wèn)題，導(dǎo)致鈦合金鍍鉻的工藝質(zhì)量難以保證。為進(jìn)一步提高鈦合金零件的鍍鉻質(zhì)量，對(duì)鈦合金鍍鉻工藝進(jìn)行了優(yōu)化并加強(qiáng)了控制，提高了其工藝水平和生產(chǎn)效率，最終獲得合格產(chǎn)品。其控制內(nèi)容如圖1所示。

圖1 鈦合金零件鍍鉻控制

1 材料控制

為預(yù)防零件缺陷，鈦合金材料必須進(jìn)行入廠檢驗(yàn)，以確保材料符合性能要求。其中主要檢查材料標(biāo)識(shí)、合格證、試驗(yàn)情況、規(guī)格、數(shù)量、毛坯件全尺寸和力學(xué)性能等內(nèi)容。在鈦合金零件鍍鉻過(guò)程中，需要使用的化學(xué)材料見(jiàn)表1。

表1 鈦合金零件鍍鉻所需材料

2 設(shè)備控制

鈦合金鍍鉻所使用的儀表必須經(jīng)過(guò)檢定并處于檢定有效期內(nèi)，所使用的設(shè)備、儀器必須具備相關(guān)合格證明文件。盛裝槽液(包括漂洗水)的化學(xué)反應(yīng)槽應(yīng)采用鋼槽體內(nèi)襯軟聚氯乙烯薄板結(jié)構(gòu)形式，亦可采用其他耐槽液腐蝕的材料，但應(yīng)保證在一定時(shí)間內(nèi)不會(huì)造成對(duì)槽體的腐蝕。除油槽、腐蝕槽、電鍍槽和溫(熱)水槽都應(yīng)配有槽邊排風(fēng)裝置。需加熱的反應(yīng)槽必須安裝溫度指示控制裝置，電鍍槽安裝加熱和冷卻裝置，使實(shí)際工作溫度不得低于溫度儀表量程的50%。

鈦合金鍍鉻通電時(shí)，電源的紋波系數(shù)≤5%，指針式電壓表和電流表的精度不得低于0.5級(jí)，數(shù)字式電壓表和電流表的精度不得低于讀數(shù)的5%。在最小和最大預(yù)期的電鍍槽載荷條件下，沖擊和電鍍過(guò)程中電源必須保證輸出電流不中斷。電鍍直流電在電流要求范圍內(nèi)的紋波系數(shù)<5%；優(yōu)選無(wú)極控制的三相全波整流器。鍍層厚度儀的精度必須能夠保證鍍層厚度測(cè)定值與實(shí)際厚度之差在±10%以內(nèi)。禁止使用水銀溫度計(jì)測(cè)量槽溫。

3 制造控制

3.1 通用要求

電鍍硬鉻工藝一般在鈦合金零件熱處理和機(jī)械操作(例如機(jī)械加工、釬焊、焊接、噴丸強(qiáng)化、成型和制孔)完成后進(jìn)行。操作開(kāi)始前，先檢查設(shè)備和溶液狀態(tài)，確認(rèn)合格后方可進(jìn)行鍍鉻。電鍍前應(yīng)攪拌電鍍?nèi)芤?，使溫度梯度和濃度梯度最小化，可通過(guò)使用鍍鉻抑霧劑(F-53B)減少?gòu)碾婂冦t槽向環(huán)境空氣中擴(kuò)散的正六價(jià)鉻的量。需鍍鉻的鈦合金零件鍍前Ra≤0.8 μm，除非鍍后進(jìn)行磨削，否則鈦合金零件鍍前表面粗糙度值應(yīng)比零件圖樣要求降低一級(jí)，Ra≤0.1 μm的零件可按圖樣規(guī)定的要求直接加工。電鍍鉻時(shí)，按需要使用鉛板、鉛銻板、鉛陽(yáng)板和鍍鉛的仿形陽(yáng)極，在停止電鍍操作后，應(yīng)及時(shí)將陽(yáng)極從電鍍?nèi)芤褐腥〕霾⑾磧?，鉛陽(yáng)極上的沉淀層不得進(jìn)入電鍍?nèi)芤?。零件在除油和活化之后必須獲得水膜連續(xù)表面，若不連續(xù)則必須重新清洗。按需要使用仿形陽(yáng)極、輔助陰極、金屬膠帶和遮蔽物，輔助陰極必須無(wú)污染，保證所用的油、蠟、脂和其他材料不與預(yù)浸蝕溶液或鍍鉻溶液發(fā)生理化反應(yīng)。禁止零件在濕工序進(jìn)行干燥，控制零件在水中清洗時(shí)間≤2 min。

3.2 工藝流程及操作要求

3.2.1 鍍前檢查

鈦合金零件鍍鉻前必須進(jìn)行燒傷檢查，在確認(rèn)零件未燒傷后方可進(jìn)行鍍鉻，鍍鉻表面不能有毛刺、金屬屑、油污和傷痕等缺陷，零件的尺寸和表面粗糙度應(yīng)符合要求。

3.2.2 預(yù)除油

鈦合金零件預(yù)除油工序可在表2溶液中進(jìn)行。

表2 鈦合金零件預(yù)除油溶液

預(yù)除油結(jié)束后，零件在40～50 ℃的環(huán)境下用流動(dòng)溫水洗1～2 min；之后在≤35 ℃的環(huán)境下用流動(dòng)冷水洗1～2 min，水洗后進(jìn)行水膜連續(xù)性檢查，在30 s內(nèi)水膜不斷裂為合格；最后零件用清潔干燥的壓縮空氣吹干，并進(jìn)行噴砂處理，對(duì)鍍鉻面吹氧化鋁，氧化鋁粒度為100～150目，風(fēng)壓控制在0.3～0.5 MPa，吹氧化鋁到氫化處理的時(shí)間間隔≤6 d。

3.2.3 絕緣和裝掛

零件非鍍鉻區(qū)用絕緣材料絕緣，保護(hù)表面和非保護(hù)表面的邊界應(yīng)均勻，非鍍鉻區(qū)不得外露。為獲得均勻鉻層，零件應(yīng)安裝于通用或?qū)Ｓ脢A具上，保證零件與掛具接觸的表面清潔且相互貼緊。掛裝時(shí)避免零件在電鍍過(guò)程中產(chǎn)生氣袋，對(duì)內(nèi)孔要求鍍鉻的零件應(yīng)內(nèi)裝陽(yáng)極。為避免掛具與零件的接觸部位過(guò)熱，掛具導(dǎo)電部分應(yīng)具備足夠的散熱截面積。常見(jiàn)材料的電流負(fù)荷為：黃銅≤2.5 A/mm2，銅≤3.0 A/mm2，鋼≤1.5 A/mm2。為避免腐蝕后污染槽液，銅或銅合金掛具應(yīng)充分絕緣；復(fù)雜型面零件鍍鉻可使用輔助陽(yáng)極、陰極和屏蔽物，輔助陰極由鈦合金制成；屏蔽物可用氟塑料、有機(jī)玻璃等化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的材料制作。零件掛入槽后，應(yīng)保持其下端面距槽底≥100 mm，且上端面距液面≥50 mm。

3.2.4 氫化處理

TC1、TC2鈦合金零件按照表3溶液進(jìn)行氫化處理。TC6、TC18鈦合金零件按照表4溶液進(jìn)行氫化處理。

表3 TC1、TC2鈦合金氫化處理溶液

注：1 L溶液最多處理10 dm2鈦合金零件表面。

表4 TC6、TC18鈦合金氫化處理溶液

注：1 L溶液最多處理5 dm2鈦合金零件表面。

3.2.5 鍍?nèi)榘足t

電鍍?nèi)榘足t的零件應(yīng)在鍍鉻槽中不通電預(yù)熱2～5 min，在鍍鉻前1～2 min用高電流密度沖擊，零件外表面的沖擊電流密度控制在100～150 A/dm2，零件內(nèi)表面的沖擊電流密度控制在150～300 A/dm2，然后電流密度逐漸降至30～40 A/dm2，乳白鉻層厚度為5～15 μm。電鍍?nèi)榘足t溶液成分見(jiàn)表5。

表5 電鍍?nèi)榘足t的溶液配方及工藝參數(shù)

待零件在流動(dòng)冷水中完全洗去電解液后，在溫度≥50 ℃的熱水中清洗。零件洗凈后拆卸，同時(shí)去除絕緣物，拆卸后的零件在溫度為100～110 ℃的干燥箱中干燥，或用干燥清潔的壓縮空氣吹干。

3.2.6 真空熱擴(kuò)散退火

真空熱擴(kuò)散退火是為改善乳白鉻層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，其熱處理?xiàng)l件應(yīng)滿足6.66×10-2～6.66×10-1Pa的真空度要求。第1階段熱處理溫度控制在280～300 ℃，時(shí)間為1 h；第2階段熱處理溫度控制在750～770 ℃，時(shí)間為1 h；之后零件隨爐冷卻至200～250 ℃，然后空冷。

3.2.7 噴砂處理

在保證噴砂質(zhì)量和生產(chǎn)安全的條件下，采用干噴砂。石英砂或剛玉砂的顆粒尺寸≤0.3 mm，風(fēng)壓控制在0.3～0.5 MPa。

3.2.8 活化處理

將鈦合金零件在鍍鉻槽中預(yù)熱，不通電預(yù)熱3～5 min，預(yù)熱后在鍍硬鉻槽中活化乳白鉻層?；罨瘻囟瓤刂圃?0～60 ℃，陽(yáng)極電流密度為30～40 A/dm2，活化時(shí)間為20～60 s。

3.2.9 鍍硬鉻

鈦合金零件在下列組分(見(jiàn)表6)的溶液中按規(guī)定進(jìn)行鍍硬鉻。零件應(yīng)在鍍鉻槽中預(yù)熱，不通電保持3～5 min。在開(kāi)始鍍鉻的3～5 min內(nèi)，設(shè)定的電流密度為5～10 A/dm2，以后逐步提高電流密度至額定值。在鍍鉻過(guò)程中，溫度波動(dòng)保持在±2 ℃。在溫度為55 ℃、電流密度為50 A/dm2時(shí)，鉻的沉積速度為30 μm/h。鍍鉻的時(shí)間持續(xù)到獲得規(guī)定的鍍層為止。

表6 鍍硬鉻溶液組分

4 維護(hù)控制

4.1 鍍鉻溶液控制

鍍鉻溶液的分析項(xiàng)目及周期見(jiàn)表7。

表7 溶液的主要分析項(xiàng)目及周期

4.2 電鍍槽液的調(diào)整與維護(hù)

進(jìn)行鍍鉻時(shí)，鉻酐與硫酸比值控制在約為100，生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)控制三價(jià)鉻含量在3～8 g/L。當(dāng)三價(jià)鉻含量過(guò)低時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)補(bǔ)充；當(dāng)三價(jià)鉻含量過(guò)時(shí)高，應(yīng)及時(shí)將三價(jià)鉻轉(zhuǎn)化為六價(jià)鉻。溶液中有硝酸根時(shí)，通常先將硫酸根沉淀除去，待硝酸根分解完后再加上硫酸至規(guī)定含量。溶液中硫酸含量過(guò)高時(shí)，可用碳酸鋇、氫氧化鈉或鉻酸鋇消除多余的硫酸。溶液中的鐵、銅、鎳雜質(zhì)含量過(guò)高時(shí)，溶液應(yīng)部分或全部更換。合格電鍍槽要掛標(biāo)牌，標(biāo)明成分、溫度范圍和下次分析的日期，不合格的槽液要掛牌禁用。使用設(shè)備應(yīng)滿足要求，未經(jīng)鑒定或校準(zhǔn)、超過(guò)有效使用期、鑒定或校驗(yàn)不合格的設(shè)備和儀表，應(yīng)停止使用，并掛牌禁用，對(duì)合格設(shè)備掛合格標(biāo)簽。

5 質(zhì)量控制

5.1 外觀

鍍鉻層呈現(xiàn)亮灰色，光滑平整，不允許出現(xiàn)樹(shù)枝狀結(jié)晶、鼓泡、脫落和分層等缺陷。鍍鉻零件應(yīng)100%進(jìn)行外觀檢查，鉻層無(wú)肉眼可見(jiàn)的裂紋。

外觀允許出現(xiàn)的缺陷：1)輕微的水印，由于零件材質(zhì)不均或表面狀態(tài)不同，同一零件上有不均勻的顏色和光澤；2)非工作面上的夾具印，經(jīng)過(guò)磨削加工能排除的缺陷(如粗糙、針孔等)，允許局部鉻層界限向有鉻區(qū)或無(wú)鉻區(qū)位移1 mm。

外觀不允許出現(xiàn)的缺陷：粗糙、燒焦、起泡、脫落；樹(shù)枝狀結(jié)晶；局部無(wú)鍍層；未洗凈的鉻酐痕跡。

5.2 厚度

鍍鉻層厚度應(yīng)符合工藝要求，部分零件深孔、槽、縫的內(nèi)表面的鉻層厚度不作要求，有特殊要求按技術(shù)文件執(zhí)行。選通用或?qū)Ｓ昧烤邷y(cè)量零件同一位置的鍍前、鍍后尺寸，其差值即為鉻層厚度，也可選用鉻層測(cè)厚儀直接進(jìn)行檢測(cè)，其誤差應(yīng)小于規(guī)定鉻層的10%。

5.3 結(jié)合力

每批零件鍍鉻前要用鈦合金試件做鉻層結(jié)合力試驗(yàn)，試件尺寸為100 mm×25 mm×1 mm或φ10 mm×100 mm，試件所采用的材料、溶液、設(shè)備和工藝應(yīng)與鍍鉻零件一致。新配鍍液或添加電鍍液>50%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行結(jié)合力檢查。連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，每2個(gè)月進(jìn)行1次結(jié)合力試驗(yàn)，不連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，每次生產(chǎn)前進(jìn)行結(jié)合力試驗(yàn)。

6 人員控制

鈦合金鍍鉻使用的部分材料具有毒性或腐蝕性。操作時(shí)，應(yīng)保證通風(fēng)條件，并配備防護(hù)用具。操作者應(yīng)嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行操作，并在相關(guān)記錄卡上認(rèn)真做好原始記錄，檢驗(yàn)人員負(fù)責(zé)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的巡回檢查，保證工藝文件的正確執(zhí)行，并在原始記錄上加蓋印章。操作人員和檢驗(yàn)人員應(yīng)經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)并持有操作證和崗位合格證。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鈦合金鍍鉻的材料、設(shè)備、工藝、人員和加工環(huán)境等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，完善并優(yōu)化了工藝條件，有效提高了工藝質(zhì)量，達(dá)到了提高效率、節(jié)約成本的目的。

[1] 郭初陽(yáng)，王曉平，胡愈剛. 鈦合金零件噴丸工藝及質(zhì)量控制[J].新技術(shù)新工藝，2013(9):86-88.

[2] 王曉平，郭初陽(yáng)，周亮. 鈦合金零件的機(jī)械加工工藝和質(zhì)量控制[J].新技術(shù)新工藝，2013(9):91-93.

責(zé)任編輯鄭練

ProcessandControlResearohofTitaniumAlloyPartsChromePlating

GUO Chuyang, GUO Xijun, WANG Yonghong, LIU Cong

(The Military Representative Office of Xi’an Aircraft Industry Company Ltd., Xi’an 710089, China)

Titanium alloy material has high strength ratio, small deformation coefficient, hot strong resistance, low temperature toughness, corrosion resistance and good welding performance advantage. So it has been more and more used in the aircraft manufacturing. As a kind of special process, chromium plating technology is widely used in the field of aviation manufacturing，the most common is the aircraft landing gear parts chromium plating. At present, the domestic landing gear parts manufacturing is mostly in the high strength steel surface chromium plating，and it is hard to see the application of titanium alloy chromium plating， because that the chrome plating process is a kind of special process，the quality is affected by many aspects and it’s hard to evaluate. Besides, the titanium alloy material has just been widely used, we almost have no experience about how to control the quality during titanium alloy parts chromium plating. The factory has tried and researched again and again, combined with production practice, elaborated the landing gear titanium alloy parts chromium plating process, controlled the quality from the material, equipment, people, technology and the processing environment of chrome plating, so as to optimize the process conditions, improve the machining efficiency, reduce the manufacturing cost and ensure the process quality.

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TG 178

:A

郭初陽(yáng)(1989-)，男，助理工程師，主要從事國(guó)內(nèi)多型飛機(jī)研制生產(chǎn)的質(zhì)量監(jiān)督和檢驗(yàn)驗(yàn)收等方面的研究。

2015-02-09