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【簡介】
龔會民1,鄭志敏2,楊文霞1,朱增偉2
（1.成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司制造工程部，四川成都610092;2.南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇南京210016）
摘 要：針對飛機(jī)起落架緩沖器活塞桿鍍鉻層滲漏問題，探討了起落架活塞桿鍍鉻層滲漏的現(xiàn)有解決方法，并采用了一種新的電鍍鉻方法———柔性擠壓電鍍鉻工藝。對所制備的鍍鉻層表面形貌和表面粗糙度進(jìn)行了測試，并與傳統(tǒng)電鍍的鍍鉻層相比較。結(jié)果表明，采用新的電鍍方法能避免鍍鉻層裂紋的產(chǎn)生；并能獲得表面平整光亮的鍍鉻層，降低表面粗糙度。
關(guān)鍵詞：起落架；活塞桿；無裂紋；硬鉻；滲漏
中圖分類號：TG662
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
文章編號： 1671-5276（2011）02-0008-03
0 引言
飛機(jī)起落架的緩沖器在飛機(jī)安全著陸方面起到至關(guān)重要的作用。目前，大部分飛機(jī)都采用空氣/油液式緩沖器。緩沖器以一定量的油液作為工作介質(zhì)，以一定壓力的氣體作為空氣彈簧。其中，緩沖器活塞桿在工作時作往復(fù)運(yùn)動，其表面起到耐磨、防銹的作用[1]。
起落架緩沖器對密封性要求非常嚴(yán)格，所以鍍鉻層不能有任何裂紋和氣孔，以防止?jié)B氣。但是，在使用過程中，鉻層的局部缺陷會引起該區(qū)域內(nèi)應(yīng)力加大，使網(wǎng)紋加寬，在緩沖器高壓區(qū)內(nèi)就形成進(jìn)氣點(diǎn)，低壓區(qū)內(nèi)即成為滲氣點(diǎn)，進(jìn)氣點(diǎn)、暗道和滲氣點(diǎn)連通起來即為整體的滲氣通道，就會產(chǎn)生鉻層滲氣現(xiàn)象。
多年來，由于對鍍鉻層滲氣問題還沒有找到有效的解決方法，在起落架的生產(chǎn)和修理中此問題始終存在。因此，解決飛機(jī)起落架緩沖器活塞桿表面鍍鉻所存在的滲氣問題，一直是亟待解決的工藝問題[2]。國內(nèi)外很早以前就開展了關(guān)于飛機(jī)起落架緩沖器鍍鉻層滲氣問題的研究。
1 解決飛機(jī)起落架滲氣、漏油的現(xiàn)有方法
1.1 涂底漆法[3]
陜西燎原航空機(jī)械制造公司在對波音747飛機(jī)起落架進(jìn)行鍍鉻時，采用去除應(yīng)力→噴丸→蒸汽除沙→噴磨料→冷水洗→硫酸-氫氟酸腐蝕→冷水洗→鍍鉻→冷水洗→除氫→磨削→涂底漆的工藝流程。選用傳統(tǒng)鍍液和鍍鉻工藝參數(shù)，鍍后10 h以內(nèi)進(jìn)行除氫，首先將鍍鉻層磨削至設(shè)計尺寸，然后在鍍鉻面上涂BMS10-11型環(huán)氧底漆，以防止?jié)B氣。
1.2 滲蠟法[4]
空軍第一航空學(xué)院對殲七某型號飛機(jī)起落架減震支柱漏油故障也采用了相似工藝方法進(jìn)行重新鍍鉻修復(fù)，該工藝的過程是將工件放入石蠟溶液中，在一定的壓力下蒸煮120min左右，使石蠟進(jìn)入鉻層的氣孔和網(wǎng)狀組織，冷卻后，去除表面石蠟。使用證明，采用“滲蠟”工藝修復(fù)的減震支柱漏油現(xiàn)象基本消失。
1.3 金剛石碾平法[5]
北京航空材料研究院與沈陽飛機(jī)工業(yè)有限公司采用了周期脈沖電流鍍鉻與金剛石碾平的方法來解決飛機(jī)起落架鍍鉻層滲氣的問題。在鍍鉻之后，用金剛石對鍍鉻層進(jìn)行碾壓，碾壓過程是一種能引起表面層顯著塑性變形但又無金屬切削的一種表面強(qiáng)化方法。
1.4 噴丸與金剛石擠壓法[6]
某工廠、陜西燎原航空機(jī)械造公司和某廠分別對大型運(yùn)輸機(jī)和蘇二七飛機(jī)起落架鍍鉻層滲氣漏油問題，借鑒運(yùn)八、波音起落架的修理技術(shù)，采用了噴丸和金剛石擠壓等表面強(qiáng)化技術(shù)，以提高鍍鉻層的密封性，防止?jié)B氣問題的出現(xiàn)。
1.5 液體拋光法[7]
某廠從1975年開始，用液體拋光法解決產(chǎn)品鉻層滲氣問題。液體拋光與噴丸類似，就是將一定粒度的金剛砂和水混成砂漿，用壓縮空氣作動力，經(jīng)噴槍加速后，高速地噴射到零件表而上。由于一定動能的金剛砂顆粒撞擊零件表面，使零件表面象經(jīng)噴丸加工一樣產(chǎn)生壓應(yīng)力。液體拋光產(chǎn)生的壓應(yīng)力能夠抵消鍍鉻產(chǎn)生的拉應(yīng)力，所以零件表面形不成網(wǎng)紋，即使拉應(yīng)力不能完全被抵消，也能使拉應(yīng)力減小了很多，因此形成的網(wǎng)紋也很細(xì)，這種鉻層經(jīng)氣密性試驗，幾乎沒有滲氣現(xiàn)象。
在大量的試驗中，雖然采取了各種方法，用以解決飛機(jī)起落架緩沖器的滲氣的問題。但無論是滲臘、涂漆工藝還是噴丸、擠壓、磨光工藝都不能從根本上解決滲氣問題。滲臘、涂漆等工藝是通過后處理手段將鉻鍍層中較大的裂紋密封住，而對于微小裂紋可能不起作用。碾壓、噴丸和磨光等表面強(qiáng)化處理過程是通過鉻鍍層的塑性變形，使裂紋收縮，在氣密性試驗時，可能暫時檢測不出滲氣現(xiàn)象，但經(jīng)過實際使用，在環(huán)境和載荷交替作用下，暫時收縮的裂紋成為新裂紋的裂紋源，對起落架產(chǎn)生負(fù)面影響。為了從根本上消除鍍鉻層中的裂紋，提高飛機(jī)起落架的氣密性以及延長飛機(jī)起落架的使用壽命，需要徹底改進(jìn)電鍍工藝方法。本文采用了一種新的電鍍鉻的方法———柔性擠壓電鍍鉻工藝。
2·試驗原理
電鍍鉻的陰極化學(xué)反應(yīng)式如下[8]:
電鍍時，陰極上鉻的析出電位（-1. 1 V），比氫的析出電位（-0. 6 V）和Cr6+還原為Cr3+的還原反應(yīng)電位負(fù)很多，在鍍鉻過程中必然有氫的析出和Cr3+還原反應(yīng)的存在，故鍍鉻的電流效率很低，僅在13% ~18%之間。
圖1為柔性擠壓電鍍鉻原理示意圖。在陰、陽極之間放置球狀硬質(zhì)粒子。在電鍍過程中，做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的陰極會帶動硬質(zhì)粒子運(yùn)動，使粒子產(chǎn)生與陰極表面的相對運(yùn)動，使其不斷磨擦和撞擊陰極表面，陰極附近的水化氫離子H3O+被粒子驅(qū)趕難以接近陰極，提高了析氫過電位。析氫過電位的提高，使氫的析出量降低，進(jìn)入鍍鉻層和基體的氫原子明顯少于傳統(tǒng)鍍鉻工藝，因此減少了鍍鉻層的內(nèi)應(yīng)力，可以避免裂紋的產(chǎn)生。
3·試驗過程
柔性擠壓電鍍具體實施方法如圖2所示。電動機(jī)帶動陰極在的內(nèi)筒中旋轉(zhuǎn)，內(nèi)筒用滌綸濾網(wǎng)密封，內(nèi)筒和芯模之間填充硬質(zhì)粒子。陽極采用純鉛棒。陰極為30CrMnSiA,直徑為d25mm。鍍鉻液為：鉻酐： 250 g/L,硫酸： 2. 5 g/L。電鍍用的電源是采用杭州精測有限公司生產(chǎn)的JC17530型脈沖電源。試驗結(jié)束后，對鍍鉻層的表面形貌和表面粗糙度進(jìn)行測試，所用的儀器分別是光學(xué)工具顯微鏡和MahrPerthometerM1型粗糙度測試儀。
4·結(jié)果分析
4.1 鍍鉻層的表面微觀形貌
圖3和圖4分別為傳統(tǒng)電鍍（溫度為55℃，電流密度為30A/dm2）和柔性擠壓電鍍（溫度55℃，電流密度30A/dm2,頻率1 kHz,占空比30%,轉(zhuǎn)速260 r/min）得到的鍍鉻層的表面微觀形貌圖（放大200倍）。從圖中可以看出，傳統(tǒng)鍍鉻工藝獲得的電鍍層表面晶粒粗大，并伴有顯著的裂紋；而柔性擠壓電鍍工藝所得鍍鉻層微觀表面平整，呈霧狀并且無裂紋。
以上現(xiàn)象的原因可能是在柔性擠壓電鍍過程中，硬質(zhì)粒子不斷地磨擦、撞擊陰極表面，驅(qū)趕和剝離水化氫離子、吸附氫原子和氫氣泡脫離陰極表面，提高了析氫過電位使析氫量減少，避免了氫原子滲入鍍鉻層造成晶格畸變產(chǎn)生，從而減小了內(nèi)應(yīng)力，消除了裂紋。
4.2 鍍鉻層的表面粗糙度
圖5和圖6分別是在陰極芯模的原始粗糙度Ra在0. 8 um的條件下，分別采用柔性擠壓電鍍（溫度為40℃電流密度為30A/dm2,頻率為5 kHz,占空比為30%,轉(zhuǎn)速為260 r/min）和傳統(tǒng)電鍍（溫度為40℃，電流密度為3A/dm2）得到的鍍鉻層的三維輪廓圖。經(jīng)測量，柔性擠壓電鍍的得到鍍鉻層的表面粗糙度在Ra0. 2 um左右，而采用傳統(tǒng)電鍍方法得到的鍍鉻層表面粗糙度在Ra0. 5 um左右，明顯高于柔性擠壓鍍鉻層。導(dǎo)致上述現(xiàn)象的原因可能是硬質(zhì)粒子對陰極的微量磨削和拋光起到了降低鍍鉻層表面粗糙度的作用。
5·結(jié)論
在合理的工藝條件下，柔性擠壓電鍍可以降低鍍鉻層內(nèi)應(yīng)力，避免鍍層裂紋的產(chǎn)生，并降低表面粗糙度。
參考文獻(xiàn)：
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