郝江華，劉 煜

（航空工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，陜西 西安 710089）

在飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造中為了保證飛機(jī)性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及飛行安全，對(duì)承力較大零部件及部分結(jié)構(gòu)件，如飛機(jī)起落架、內(nèi)襟翼滑軌等關(guān)鍵件及重要件選用超高強(qiáng)度鋼材料。然而，超高強(qiáng)度鋼零件的防護(hù)一直是一項(xiàng)難題，不但要求有高耐蝕性外，必須考慮工藝的氫脆敏感性。通過幾十年的實(shí)踐應(yīng)用，證明電鍍鎘鈦是超高強(qiáng)度鋼較為有效的防護(hù)方法。在電鍍鎘鈦合金過程中，伴隨著鎘元素的沉積，鈦在還原成鈦原子時(shí)要消耗大量的氫原子，能阻擋氫滲入基體金屬中，因此只有很少的氫能進(jìn)入金屬基體，鎘鈦鍍層具有一定的孔隙，并易于排氫，同時(shí)鈦對(duì)氫原子轉(zhuǎn)變?yōu)闅浞肿舆€具有促進(jìn)作用，因而使得能進(jìn)入基體的氫原子進(jìn)一步減少[1]，使得該鍍層低氫脆性，可用作高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的良好防護(hù)層。目前我國經(jīng)常采用的是氰化鍍鎘鈦工藝，雖然有較好的防護(hù)性能和低氫脆性，但氰化鍍鎘鈦溶液的穩(wěn)定性較差，對(duì)環(huán)境和人體造成極大危害；按照國家對(duì)高耗能、高污染工藝的淘汰要求，氰化鍍鎘鈦工藝已經(jīng)名列其中，無氰鍍鎘鈦是國內(nèi)超高強(qiáng)度鋼最先進(jìn)的表面防護(hù)工藝之一，具有鍍液不含劇毒氰化物，鈦鹽穩(wěn)定，不需循環(huán)過濾等優(yōu)點(diǎn)，并且鍍層抗腐蝕性能優(yōu)異，工藝低氫脆性能好[2，3]，因此采用無氰工藝代替氰化工藝勢在必行。

1 無氰鍍鎘鈦的工藝研究

1.1 無氰鍍鎘鈦的工藝流程

消除應(yīng)力→有機(jī)溶劑清洗→裝掛與保護(hù)→吹砂→冷水洗→活化→冷水洗→無氰鍍鎘鈦→冷水洗→干燥→除氫烘烤→活化→冷水洗→鉻酸鹽鈍化→冷水洗→干燥→交檢。

1.2 無氰鍍鎘鈦槽液控制范圍及工藝參數(shù)

無氰電鍍鎘鈦槽液主要是在氯化銨-氨羧絡(luò)合物鍍鎘液中加入鈦鹽，使獲得的鎘鈦膜層與氰化電鍍鎘鈦所獲得地膜層具有相似性能。無氰電鍍鎘鈦槽液中不含劇毒氰化物，槽液內(nèi)不加任何光亮劑，槽液穩(wěn)定，不需循環(huán)過濾，操作簡便，鎘鈦膜層較光亮細(xì)致，無氰鍍鎘鈦槽液成分、含量及工藝參數(shù)見表1。

表1 無氰電鍍鎘鈦槽液成分、含量及工藝參數(shù)

表2 無氰鍍鎘鈦鉻酸鹽鈍化槽液成分、含量及工藝參數(shù)

2 無氰鍍鎘鈦的鍍層性能研究

2.1 試驗(yàn)材料

（1）彎曲試樣尺寸：100mm×25mm×1mm材料：30CrMnSiNi2A。

（2）耐蝕性鹽霧試樣尺寸：150mm×100mm×1mm材料：30CrMnSiNi2A。

（3）鍍層鈦含量試樣尺寸：50mm×50mm×1mm材料：銅箔。

（4）氫脆性試樣材料：符合ASTM F519的1a.2型缺口拉伸試樣。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

（1）電源：KDF-200/12型可控硅電源。

（2）陽極：純鎘板（Cd-1）。

（3）恒溫裝置：HH.S11-4-II型電熱恒溫水浴鍋，溫度差可控制在±0.5℃范圍內(nèi)。

（4）PH值：PhS-3C型精密PH計(jì)調(diào)節(jié)鍍液的PH值。

（5）合金鍍層中鈦含量采用退除鍍層方法測定。采用上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的721分光光度計(jì)。

（6）采用sony w50型數(shù)碼照相機(jī)進(jìn)行Cd-Ti合金宏觀形態(tài)記錄。

（7）厚度測試使用無損測量的方法，使用的磁性測厚儀型號(hào)為：TT220。

（8）氫脆性能評(píng)定采用C-3型勞倫司測氫儀及RC-1150高溫蠕變及持久強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)。

（9）耐蝕性能評(píng)定采用Q-FOG/SSP600腐蝕試驗(yàn)箱。

2.3 無氰鎘鈦鍍層的性能

2.3.1 無氰鎘鈦鍍層結(jié)合力

采用2塊尺寸為100mm×25mm×1mm，熱處理強(qiáng)度 為1570MPa～1770MPa的30CrMnSiNi2A板狀試樣，按照1.1節(jié)流程，在表1溶液中進(jìn)行電鍍鎘鈦，鍍層厚度為8μm～12μm，電鍍后在190℃±10℃的溫度下，保溫12小時(shí)±0.5小時(shí)，然后再表2的溶液中進(jìn)行后處理。采用彎曲法將試樣用鉗子夾緊，反復(fù)彎曲180°（向兩面各彎90°）直至斷裂；或沿一直徑等于板材厚度的軸反復(fù)彎曲180°，直至基體金屬折斷，此時(shí)2塊試樣上的鍍層與基體金屬均未分離，用5倍放大鏡檢查時(shí)，鍍層未發(fā)生起皮或脫落現(xiàn)象，符合鍍層結(jié)合力檢測要求。

2.3.2 無氰鎘鈦鍍層耐蝕性

采用2塊尺寸為100mm×150mm×1mm，熱處理強(qiáng)度 為1570MPa～1770MPa的30CrMnSiNi2A板狀試樣，按照1.1節(jié)流程，在表1溶液中進(jìn)行電鍍鎘鈦，鍍層厚度為8μm～12μm，電鍍后在190℃±10℃的溫度下，保溫12小時(shí)±0.5小時(shí)，然后在表2的溶液中進(jìn)行后處理。鹽霧試驗(yàn)之前應(yīng)室溫老化至少24小時(shí)。按ASTM B117鹽霧設(shè)備操作規(guī)范對(duì)2塊試樣進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，結(jié)果表明，除距試樣表面邊緣3mm外，試樣在鹽霧中連續(xù)暴露96小時(shí)之后，試樣表面未出現(xiàn)白色腐蝕產(chǎn)物；繼續(xù)試驗(yàn)360小時(shí)之后，2塊試樣表面未出現(xiàn)基體金屬的任何腐蝕產(chǎn)物（紅銹），符合鍍層耐蝕性檢測要求。

2.3.3 無氰鎘鈦鍍層鈦含量

無氰鎘鈦鍍層鈦含量測試方法：

采用2塊尺寸為50mm×50mm×1mm的T2銅箔試樣，先使用丙酮對(duì)試樣進(jìn)行手工有機(jī)溶劑除油，然后按照水洗→活化→冷水洗→無氰鍍鎘鈦→冷水洗→干燥流程，在表1溶液中進(jìn)行電鍍鎘鈦，電鍍時(shí)間30分鐘，使用TT220鍍層測厚儀檢測，2塊試樣上的鍍層厚度均超過12μm。按照結(jié)合波音BAC5804低氫脆電鍍鎘-鈦合金[4]鍍層鈦含量測試要求，進(jìn)行鍍層鈦含量測定，經(jīng)測定2塊試樣的鍍層鈦含量分別為0.28%、0.34%，符合BAC5804中規(guī)定的鍍層鈦含量0.1%～0.7%。

2.3.4 氫脆性

按照BACA5804低氫脆電鍍鎘-鈦合金12.5.1節(jié)的要求進(jìn)行氫脆性試驗(yàn)，采用符合ASTM F519的1a.2型缺口拉伸試樣，將試樣對(duì)稱的固定在掛架上，除接觸點(diǎn)外，其余部分掛架進(jìn)行保護(hù)，用靈敏度為0.2A的電流表檢測電流，在表1溶液中進(jìn)行電鍍鎘鈦，鍍層厚度為8μm～12μm，并放置1小時(shí)～3小時(shí)，在191℃±10℃的溫度下，保溫12小時(shí)±0.5小時(shí)，然后再表2的溶液中進(jìn)行后處理；按ASTM F519進(jìn)行加載試驗(yàn)，2個(gè)試樣連續(xù)加載缺口極限強(qiáng)度規(guī)定的75%±2%的載荷精力抗拉試驗(yàn)，且持續(xù)加載200小時(shí)后均未出現(xiàn)斷裂或裂紋現(xiàn)象；加載完成后，取出1個(gè)試樣沿長度方向截取，在80倍～100倍的放大條件下觀察缺口，發(fā)現(xiàn)缺口鍍層覆蓋完整，符合BACA5804氫脆性要求。

3 結(jié)論

（1）本文通過對(duì)無氰鍍鎘鈦工藝流程、槽液成分、工藝參數(shù)進(jìn)行研究，確定無氰鍍鎘鈦工藝流程為：無氰鍍鎘鈦的工藝流程：消除應(yīng)力→有機(jī)溶劑清洗→裝掛與保護(hù)→吹砂→冷水洗→活化→冷水洗→無氰鍍鎘鈦→冷水洗→干燥→除氫烘烤→活化→冷水洗→鉻酸鹽鈍化→冷水洗→干燥→交檢，無氰鍍鎘鈦工藝的槽液成分及工藝參數(shù)為表1所示。

（2）本文通過對(duì)無氰鍍鎘鈦工藝試驗(yàn)鍍層結(jié)合力、耐蝕性、鈦含量、氫脆性的測試，完全符合超高強(qiáng)度鋼防護(hù)后的性能要求，達(dá)到氰化鍍鎘鈦的鍍層性能要求，完全可以代替氰化鍍鎘鈦工藝，實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度鋼防護(hù)工藝的環(huán)保型。