飛機(jī)零件氨基磺酸鹽電鍍鎳修復(fù)工藝

0前言

飛機(jī)的零部件使用高強(qiáng)度鋼較多，對(duì)被磨損或腐蝕的零件，一般采用電鍍硬鉻進(jìn)行修復(fù)。但磨損或腐蝕過(guò)深的零件電鍍硬鉻修復(fù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，如修復(fù)0.5 mm以上尺寸的零件，要超過(guò)100 h，一般來(lái)說(shuō)飛機(jī)零件電鍍24 h必須進(jìn)行除氫，零件電鍍較厚的硬鉻需數(shù)天甚至十幾天時(shí)間，實(shí)際生產(chǎn)是不允許的。如果先電鍍鎳再鍍一層硬鉻則可節(jié)約大量時(shí)間、能源，且鍍層也符合使用要求。氨基磺酸鹽電鍍鎳層具有低應(yīng)力、沉積速度快的特點(diǎn)，適合于飛機(jī)零件的修復(fù)要求。應(yīng)力消除劑可使用鈷鹽或糖精，由于有機(jī)物的分解產(chǎn)物較難控制，現(xiàn)多用鈷鹽。氨基磺酸鹽電鍍鎳可作為其他鍍層的中間層，在基體上電鍍一層鎳層后電鍍硬鉻，從而提高零件的其他性能。飛機(jī)高強(qiáng)度鋼件電鍍時(shí)，鍍前活化必須充分、有效。氨基磺酸鹽電鍍鎳常見(jiàn)的疵病為針孔和起泡。本研究介紹了一種修復(fù)工藝，較好地解決了這些問(wèn)題。

1試驗(yàn)工藝

1.1工藝流程

化學(xué)除油(堿清洗)一水洗一酸洗一水洗一陽(yáng)極活化一水洗一電鍍鎳一水洗一除氫一其他處理。

1.2前處理

硬度高于40 HRC的鐵基合金在電鍍前應(yīng)消

[收稿日期]2005—05—28除應(yīng)力。零件的裝掛應(yīng)保證排液流暢，避免零件之間相互接觸。不要求電鍍鎳的區(qū)域應(yīng)進(jìn)行保護(hù)。

1.2.1  堿清洗

用50～60℃的堿性化學(xué)脫脂液處理10～12min，除去零件表面的油污，以保證零件堿蝕均勻，防止零件產(chǎn)生花斑。脫脂液配方為：60～75 g／LOakite(Oakite是成飛公司針對(duì)波音標(biāo)準(zhǔn)BAC 5749及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求而使用的進(jìn)口堿性清洗劑)。

1.2.2  酸洗

酸洗是為了去除零件表面少量的銹，加入緩蝕劑以防止零件過(guò)腐蝕。

1.2.3  陽(yáng)極活化

此工序?qū)Ω邚?qiáng)度鋼氨基磺酸鹽電鍍鎳工藝是必不可少的，也是較為重要的。為了充分活化零件表面，增加零件基體與鍍鎳層的結(jié)合力，零件必須進(jìn)行陽(yáng)極活化處理：

零件在進(jìn)行活化處理后，其表面應(yīng)是均勻的灰色或黑色；若零件表面活化前已有鎳層，活化處理時(shí)間、電流密度取上限，所得零件表面顏色是較淺的灰色。

在陽(yáng)極電流停止后的30 s內(nèi)進(jìn)行冷水漂洗。

當(dāng)不滿足下述3條件之一時(shí)，應(yīng)從堿清洗開始重新處理零件：

(1)零件表面經(jīng)硫酸-氫氟酸陽(yáng)極活化處理后必須呈均勻的灰色至黑色；

(2)零件從活化槽轉(zhuǎn)移至電鍍槽的時(shí)間最長(zhǎng)時(shí)間不得超過(guò)5 min；

(3)零件表面應(yīng)保持濕潤(rùn)，不允許干燥。

1.3電鍍鎳

1.3.1  沖擊鍍鎳

沖擊鍍鎳是在正式鍍鎳前在較短時(shí)間內(nèi)沉積一層鎳層，該鍍鎳層能增加此后的電鍍鎳層與基體的結(jié)合力。將零件放入氨基磺酸鹽電鍍槽液中沖擊鍍1～3 min，電流密度為9.0～10.5 A／dm²，再將電流密度減少至2.2～3.2 A／dm²施鍍，直至零件溫度達(dá)到槽液溫度(50—60℃)。

若零件基材為PH。鋼，沖擊鍍鎳應(yīng)在含225.0～262.5 g／L氯化鎳、22.5～37.5 g／L鹽酸的室溫槽液中進(jìn)行。此預(yù)鍍鎳優(yōu)點(diǎn)為：Cl-濃度高，活化零件表面的能力強(qiáng)。接通電路，將零件放入鍍鎳槽中作陽(yáng)極(陰極為鎳板)進(jìn)行陽(yáng)極活化，所用電流密度為2.2～5.3 A／dm²；然后換至陰極沖擊電鍍(陽(yáng)極為鎳板)4～5 min，電壓3～7 V。如果發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極沖擊鍍時(shí)PH鋼表面產(chǎn)生斑點(diǎn)或結(jié)合力降低，則只使用陰極沖擊鍍4～5 min。

1.3.2  氨基磺酸鹽電鍍鎳工藝規(guī)范

可以用堿式碳酸鎳和氨基磺酸來(lái)制備氨基磺酸鎳鍍液。每制備1.0 kg氨基磺酸鎳需2.0 kg堿式堿酸鎳和3.2 kg氨基磺酸。配制時(shí)將氨基磺酸溶解在存有2／3去離子水的槽中，加熱至70℃(不得超過(guò)80 ℃，否則會(huì)分解)，在攪拌下加入堿式碳酸鎳，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生C0₂氣體，應(yīng)防止槽液溢出。硼酸在常溫的溶解度較小，可用去離子水在加溫情況下先將其溶解。將已溶好的硼酸和氯化鎳加入槽液中，用去離子水添加至溶液體積。所涉及的化學(xué)反應(yīng)為：

NH₃S0₃+Ni(OH)₂·NiC0₃=2Ni(NH₂S0₃)₂+c0₂ t+H₂0

溶液的pH值用氨基磺酸或碳酸鎳來(lái)調(diào)節(jié)。潤(rùn)濕劑可調(diào)節(jié)溶液的表面張力。同一批電鍍零件的基體材質(zhì)應(yīng)相同。零件溫度達(dá)到槽液溫度后，緩慢提高電壓，直至達(dá)到預(yù)定的電流密度為止。為了防止電鍍表面產(chǎn)生針孔、坑點(diǎn)，應(yīng)采用有效的攪拌方式(壓縮空氣攪拌、陰極移動(dòng))，特別是零件的局部進(jìn)行電鍍時(shí)，攪拌是必不可少的。

1.4除氫

零件應(yīng)在電鍍后10 h內(nèi)進(jìn)行除氫以消除應(yīng)力，防止氫脆，溫度為190℃，時(shí)間不小于23 h。

槽液成分及-r-藝參數(shù)對(duì)鎳層的影響當(dāng)鎳陽(yáng)極在較高的電位下溶解時(shí)，氨基磺酸根陰離子在陽(yáng)極氧化而產(chǎn)生降低應(yīng)力的化合物，這是鍍層應(yīng)力大幅度下降的主要原因。

硼酸是緩沖劑，其作用是穩(wěn)定鍍液的pH值。硼酸的緩沖作用在pH=4～5之間最強(qiáng)，其含量低于20 g／L時(shí)，緩沖作用很弱，一般用量在30～40g／L之間。隨硼酸含量增加，緩沖作用加強(qiáng)，這是因?yàn)殡S著硼酸濃度的提高，有一部分硼酸會(huì)轉(zhuǎn)化成四硼酸：4H₃B0₃-H₂B₂0₇+5H₂0，四硼酸有防止鎳離子在陰極膜中形成氧化物的作用，比硼酸的緩沖作用更好。所以在鍍鎳過(guò)程中硼酸含量以稍高一些為宜。但是硼酸在室溫下只能溶解40g/L左右，加熱雖能增加它的溶解，但在鍍液溫度降低時(shí)，溶解的硼酸又會(huì)結(jié)晶析出，影響鍍層質(zhì)量；此外鍍鎳的陰極電流效率也隨硼酸含量增高而下降。

鍍液中加入氯離子的作用是為鍍液提供陽(yáng)極活化劑。它能夠吸附在陽(yáng)極表面，降低陽(yáng)極電位，去極化作用非常顯著。氯離子阻止了二價(jià)鎳氧化成三價(jià)鎳，從而阻止了鈍化膜的形成。

鍍液的pH：值對(duì)鍍層質(zhì)量影響很大。在鎳的沉積過(guò)程中，由于氫同時(shí)析出，使陰極區(qū)附近的pH值升高，當(dāng)pH>6時(shí)，陰極區(qū)將會(huì)生成氫氧化鎳沉淀，夾雜在鍍層中，使鍍層變脆，孔隙率增加，產(chǎn)生麻點(diǎn)。如果pH值過(guò)低，氫的析出量將增加，鍍層會(huì)產(chǎn)生較多針孔。鍍液的pH值以控制在3.8～5.6之間為宜。

溫度升高可增加鍍液鹽類的溶解度，增大鍍液的電導(dǎo)率，降低陰、陽(yáng)極的極化，從而可以使用較高的電流密度。但溫度升高會(huì)引起鹽類的水解并導(dǎo)致生成氫氧化物沉淀的傾向增加，特別是鐵雜質(zhì)的水解可導(dǎo)致針孔故障，鍍層易鈍化，鍍液的分散能力降低，故溫度宜控制在50～60℃之間。

主鹽(氨基磺酸鹽)含量和槽液溫度升高、攪拌強(qiáng)度加大及pH值降低時(shí)，可以允許采用較高的陰極電流密度。在6～9 A／dm²范圍內(nèi)，隨著陰極電流密度的升高，電流效率有所增加。

攪拌可以提高陰極電流密度，加速氫氣逸出，縮短其滯留在陰極表面的時(shí)間，有效地減少鍍層的針孔和麻點(diǎn)。攪拌的方式有壓縮空氣、陰極移動(dòng)和鍍液循環(huán)過(guò)濾等。

內(nèi)應(yīng)力的變化有以下規(guī)律：隨著溫度的升高內(nèi)應(yīng)力減小；在pH：4.0～4.2范圍內(nèi)內(nèi)應(yīng)力達(dá)到最低值；隨陰極電流密度的提高內(nèi)應(yīng)力增大；鍍液中Ni²⁺含量的變化對(duì)內(nèi)應(yīng)力的影響不大；隨氯化物含量增加內(nèi)應(yīng)力明顯增大。

3小結(jié)

大量試驗(yàn)表明，按此工藝方法處理的零件符合各項(xiàng)技術(shù)要求。鍍鎳層光滑，結(jié)晶細(xì)致均勻，結(jié)合力好，無(wú)氣泡、坑點(diǎn)、節(jié)瘤、多孔和燒傷痕記。照上述工藝處理的4340鋼試片，按BSS 7235的試驗(yàn)方法進(jìn)行反復(fù)彎曲180°折斷試驗(yàn)，鍍層與基體結(jié)合牢固。電鍍2件ASTM F519 la2型缺口拉力試件，按ASTM F519進(jìn)行氫脆消除試驗(yàn)，結(jié)果合格。鍍鎳層內(nèi)應(yīng)力在0～62.068 MPa的技術(shù)要求范圍內(nèi)。

鍍鎳層經(jīng)機(jī)械加工后電鍍硬鉻，各項(xiàng)鍍層性能測(cè)試均為合格。