超高強(qiáng)度鋼材料的大型復(fù)雜零件低氫脆鎘工藝方法的探索與實(shí)踐

徐強(qiáng)

摘 要：首先，超高強(qiáng)度鋼具有高的氫脆敏感性，進(jìn)行電鍍等表面處理時(shí)，容易因滲氫而引起氫脆；第二，對(duì)于形狀復(fù)雜的大型零件而言，由于陽(yáng)極電力線分布不均勻，吸附電流的效率不同等因素，導(dǎo)致厚度不均勻，棱邊凸出部位鎘層發(fā)黑燒焦，針眼及麻點(diǎn)等問(wèn)題；第三，對(duì)于復(fù)雜零件的凹槽、深孔、盲孔等部位，由于窩氣、吹砂時(shí)表面前處理效果不好等問(wèn)題，容易造成零件局部無(wú)鍍層和孔內(nèi)鍍層鼓泡結(jié)合力差的問(wèn)題。文章主要從槽液控制、前處理吹砂、陽(yáng)極的選擇和裝夾、電鍍的工藝方法等方面，介紹大型復(fù)雜零件電鍍的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：超高強(qiáng)度鋼；大型復(fù)雜零件；低氫脆鍍鎘；結(jié)合力；氰化物；陽(yáng)極；吹砂

中圖分類號(hào)：V261.93+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）23-0065-02

前言

起落架是飛機(jī)結(jié)構(gòu)中受力最復(fù)雜并對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)使用和安全具有決定性影響的重要結(jié)構(gòu)部件，超高強(qiáng)度鋼具有強(qiáng)度高、韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍用飛機(jī)和民用飛機(jī)起落架。超高強(qiáng)度鋼具有高的氫脆敏感性，進(jìn)行電鍍等表面處理時(shí)，容易因滲氫而引起氫脆，因此超高強(qiáng)度鋼電鍍需要采取低氫脆工藝。

1 超高強(qiáng)度鋼在低氫脆鎘工序中產(chǎn)生的典型問(wèn)題與故障

（1）生產(chǎn)加工波音公司787飛機(jī)起落架斜撐桿零件過(guò)程

中，因零件屬于大型復(fù)雜零件，在試制中產(chǎn)生厚度不均勻，棱邊凸出部位鎘層發(fā)黑燒焦，孔內(nèi)及型腔局部產(chǎn)生窩氣，針眼及麻點(diǎn)的問(wèn)題。實(shí)際厚度與平均厚度的偏差超過(guò)300%。

（2）在生產(chǎn)加工空中客車公司A340飛機(jī)起落架剎車?yán)瓧U過(guò)程中，零件有一個(gè)直徑Ф56mm，孔深800mm，孔的直徑和長(zhǎng)度比達(dá)到1：14的深盲孔。在電鍍?cè)囍浦挟a(chǎn)生了孔內(nèi)局部無(wú)鎘層和孔內(nèi)鍍層鼓泡結(jié)合力差的問(wèn)題。

2 問(wèn)題原因與分析

（1）低氫脆鍍鎘工藝要求使用比一般電鍍鎘大3-4倍的

電流密度，以使產(chǎn)生的鎘層具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，有利于氫的析出，容易除氫，但同時(shí)也極易在零件局部產(chǎn)生過(guò)大電流，導(dǎo)致邊緣凸出部位發(fā)黑燒焦，結(jié)晶粗糙，結(jié)合力差。

（2）因超高強(qiáng)度鋼氫脆敏感特性，零件被禁止進(jìn)入酸槽活化，因此相較于普通鋼件減少了一個(gè)能有效的增加鍍層與基體金屬結(jié)合力的工序。

（3）輔助陽(yáng)極和外掛鎘板陽(yáng)極，因材料電導(dǎo)率不同，和零件距離遠(yuǎn)近不同，導(dǎo)致電流在陰極表面分布不均，形成“搶電”現(xiàn)象，造成鍍層厚度不均勻，甚至有可能形成低電流密度區(qū)，造成氫脆危害，且因零件復(fù)雜多孔，在孔的軸向平行于液面的情況下，電鍍析氫來(lái)不及排出會(huì)滯留在孔內(nèi)頂部，形成針眼或窩氣。

（4）使用的輔助陽(yáng)極被氧化產(chǎn)生掛灰（即使采用不銹鋼材質(zhì)的陽(yáng)極在使用一段時(shí)間以后也會(huì)產(chǎn)生黃褐色掛灰），降低了導(dǎo)電效率，并且產(chǎn)生的掛灰在電鍍過(guò)程中，溶入電解液中，沉積夾雜在鍍層中影響鍍層質(zhì)量。

（5）深孔電鍍通常使用鋼質(zhì)的不溶性陽(yáng)極，在大電流密度電鍍的過(guò)程中，孔內(nèi)電解溶液溫度不斷升高，短時(shí)間內(nèi)就超過(guò)了槽液溫度上限。鎘金屬離子損耗以后得不到及時(shí)補(bǔ)充，會(huì)嚴(yán)重影響鎘層質(zhì)量。

3 問(wèn)題的解決思路與方法實(shí)踐

（1）低氫脆鍍鎘槽液對(duì)有機(jī)雜質(zhì)極為敏感，λPC值要求控制嚴(yán)格，因此必須加強(qiáng)槽液成份控制，各種工裝陽(yáng)極輔助工具都專槽專用，最大限度避免雜質(zhì)帶入。

（2）采用活性炭濾芯的大功率過(guò)濾泵連續(xù)過(guò)濾的方式和

定期小電流長(zhǎng)時(shí)間通電的方式處理有害雜質(zhì)。

（3）深孔零件的氧化鋁噴砂一般采用直通式的鋼制加長(zhǎng)

管，但對(duì)孔壁的噴砂效果不好，而且孔底部容易過(guò)度噴砂造成零件損傷。因此，新采用了一種內(nèi)孔專用噴砂工裝，加裝了立方氮化硼材料的導(dǎo)引頭。使砂流在噴砂管口成傘狀均勻直接地沖擊內(nèi)孔壁表面。經(jīng)過(guò)電子顯示內(nèi)窺鏡檢查和試片測(cè)試，噴砂效果達(dá)到要求，提高了零件表面粗糙度，從而提高了鍍層與基體金屬的結(jié)合力。

（4）在電鍍?nèi)芤悍弦?，噴砂等前處理工序效果良好的前提下，解決零件厚度不均勻問(wèn)題的主要途徑，就是根據(jù)零件形狀，精確合理的設(shè)計(jì)制作工裝，保證零件外表面電流密度均勻性，并試鍍模擬件，確定適當(dāng)?shù)碾婂儏?shù)與方法

（5）大型零件可以采用二次翻身電鍍的方法。

優(yōu)點(diǎn)一：夾具印槽鍍質(zhì)量比較好，避免電刷鍍，節(jié)約成本。

優(yōu)點(diǎn)二：便于在窩氣處安裝輔助陽(yáng)極補(bǔ)鍍。

優(yōu)點(diǎn)三：在試鍍模擬件時(shí)，發(fā)現(xiàn)零件部分孔在與外表面同時(shí)電鍍時(shí)厚度不均勻，易產(chǎn)生窩氣、針眼，可制做圓柱型有機(jī)玻璃擋塊，絕緣屏蔽，并在零件二次翻身電鍍夾具印的同時(shí)安裝輔助陽(yáng)極施鍍，可以得到質(zhì)量合格的鍍層。

（6）當(dāng)零件外形復(fù)雜使電鍍窩氣的產(chǎn)生無(wú)法避免的情況

下，可設(shè)計(jì)掛具使零件傾斜一個(gè)小的角度，使零件上部及側(cè)部形腔內(nèi)電鍍析氫反應(yīng)產(chǎn)生的氣體能順利排出，并可使零件下部形腔的窩氣區(qū)域盡可能集中，減少窩氣面積。

（7）陽(yáng)極工裝可以通過(guò)有機(jī)玻璃或塑料等絕緣件與陰極

掛具連接定位，方法簡(jiǎn)單，定位牢固。各固定點(diǎn)采用螺紋連接，便于調(diào)整。使一套陽(yáng)極工裝可適應(yīng)同一系列的多個(gè)圖號(hào)產(chǎn)品，降低制作成本。

（8）深孔零件在孔內(nèi)噴砂效果得到保證的前提下，采用內(nèi)外分鍍方式避免“搶電”現(xiàn)象的發(fā)生，保證了孔內(nèi)表面電流密度的均勻性，解決了局部無(wú)鍍層的問(wèn)題。

（9）采用不銹鋼管制作深孔陽(yáng)極，在陽(yáng)極表面積不變的情況下，減輕了陽(yáng)極重量，便于陽(yáng)極定位絕緣支架的安裝，并且通過(guò)焊接管接頭，安裝軟管與鍍槽的槽液循環(huán)過(guò)濾管連接，在電鍍過(guò)程中不斷的將經(jīng)過(guò)過(guò)濾的槽液，注入深孔底部，促使有效成份被消耗了的槽液，隨著反應(yīng)氣體向上排出，同時(shí)降低了孔內(nèi)溫度，使孔內(nèi)電鍍狀態(tài)從根本上有了極大改善。

4 在電鍍過(guò)程中還需注意的問(wèn)題

（1）對(duì)輔助陽(yáng)極產(chǎn)生掛灰的問(wèn)題，只能采取制作備份陽(yáng)極在每次電鍍后更換使用，及時(shí)打磨去除掛灰的辦法。

（2）零件噴砂工序完成后其表面呈現(xiàn)微觀粗糙不平狀態(tài)，在搬運(yùn)和吊裝過(guò)程中，輔助材料如有機(jī)玻璃、塑料等接觸噴砂表面后，因硬度較軟，會(huì)附著其上，在隨后的水膜連續(xù)性檢查中因其不是油污容易被忽略，造成鎘層無(wú)法覆蓋，需電刷鍍修補(bǔ)。因此在鍍前應(yīng)仔細(xì)從多個(gè)角度觀察，清理干凈。

5 產(chǎn)生的效果

（1）在滿足產(chǎn)品材料低氫脆特性要求的前提下顯著提高

了大型復(fù)雜零件的鍍層質(zhì)量，厚度均勻達(dá)到了用戶驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

（2）深孔零件局部無(wú)鍍層和鍍層鼓泡結(jié)合力差的問(wèn)題得

到解決。

（3）夾具印、窩氣的缺陷，原采用除氫后局部電刷鍍工藝修補(bǔ)，效率低、成本高，現(xiàn)采用槽鍍后除氫、整體鈍化，鍍層質(zhì)量和鈍化膜質(zhì)量得到了提高，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）超高強(qiáng)度鋼材料低氫脆鍍鎘典型故障問(wèn)題的解決，為產(chǎn)品批產(chǎn)進(jìn)度提供了保證，積累了經(jīng)驗(yàn)。

（2）電鍍方法和工裝的設(shè)計(jì)思路可以推廣應(yīng)用于其他鍍

種和新產(chǎn)品試制當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡傳 .表面處理技術(shù)手冊(cè)[M].北京工業(yè)大學(xué)出版社，1997（1）：99-102.endprint