钛合金镀乳白铬预镀层的隐患分析与预防

2020-06-15李成龙刘玉燕刘吉飞张起富南伟大连长丰实业总公司辽宁大连116038

化工管理 2020年14期

李成龙刘玉燕刘吉飞张起富南伟（大连长丰实业总公司，辽宁大连116038）

0 引言

钛合金比强度高、力学性能好，但硬度低，耐磨性差，航空修理多使用镀硬铬提高其硬度和耐磨性。在钛合金镀硬铬之前需进行镀乳白铬打底，由于乳白铬预镀层的孔隙率比硬铬镀层低，其硬度也比硬铬镀层低，可对需要良好气密性的零件进行防护，不容易出现镀铬网纹，随着厚度的增加而气孔率减少。

从镀硬铬的特性上分析，由于硬铬沉积过程中，晶粒间存在较大应力，易出现网状裂纹，但实际生产中，要控制乳白铬不出现网纹，以减少镀铬网纹的增加和延伸，使得镀铬网纹控制在性能允许的范围内。本次研究采用钛合金镀铬后的荧光探伤、金相检测和SEM 扫描电镜检测，分析网纹产生原因以及影响，同时分析乳白铬后热处理对结合强度的影响，由于热处理后会形成氧化物，需进行吹砂处理，因乳白铬层较软，硬度只有（400～500）HV，本次试验优化吹砂的工艺参数，保证乳白铬预镀层完整，提高镀硬铬的前处理质量。

1 试验结果与分析

1.1 乳白铬网纹分析

按技术标准对试片1#～20#、试棒1#～20#进行镀乳白铬处理。其中，试片1#～10#、试棒1#～10#继续镀铬处理，其他试验件同槽处理后待用。经过荧光探伤发现，试棒2#、3#、4#、7#、9#的边缘处网纹明显，试片1#、4#、5#、6#边缘部位也存在相对试棒微小的网纹。图1为试棒的荧光探伤照片，网纹只出现在试棒的电镀根部，即临近绝缘区域，试片网纹也相对集中在边缘。采用S-4800冷场发射扫描电镜，观察试片镀铬层截面形貌，从图2中可以看出明显的镀铬网纹，网纹从乳白铬预镀层和钛合金基体的截面处开始，并进一步延伸。

检测试片11#～20#、试棒11#～20#边缘处的乳白铬预镀层厚度，试棒的厚度为（18～33）μm，试片的厚度（24～37）μm，进行荧光探伤检测发现，乳白铬厚度超过25μm，逐渐可观察出网纹，当接近30μm后网纹明显。记录位置，继续吹砂、镀铬处理，经过荧光探伤以及SEM 扫描电镜检测，镀铬网纹现象复现，与1#～10#网纹状态相近。

由于厚度增加导致网纹增多，所以要降低镀层厚度。保持电流密度及温度等参数不变，采用阴极保护分散电流方式，缩短乳白层预镀层厚度，对试片21#～30#、试棒21#～30#进行镀乳白铬处理。检测试棒发现，试棒镀乳白铬边缘的厚度（17～22）μm，试片边缘厚度为（12～23）μm，再次荧光探伤未发现网纹，镀铬后的扫描电镜图像显示出网纹明显减少，尤其是未发生在镀乳白铬的过程中，这说明厚度降低可以保证乳白铬无裂纹故障出现，同时减少镀铬裂纹。

图1 试棒边缘处网纹

图2 试片截面SEM形貌

1.2 乳白铬结合强度分析

利用退镀试件研究真空热扩散退火对乳白铬预镀层的结合强度影响，选取试片15件镀乳白铬后进行真空热扩散退火再进行镀铬，与直接镀铬的15件试片进行结合强度对比，乳白铬平均厚度为15μm。

采用拉拔法（拉伸速度1mm/min）测试两组乳白铬层的结合强度，直接镀铬的结合强度为（14～21）MPa，经过热处理的结合强度为（16～26）MPa，结合强度相接近，未体现明显的结合强度优势。在避免镀层过氧化的前提下，实际生产中可执行工艺要求“TC1、TC2的钛合金零件镀乳白铬之后可不进行热扩散退火”。

1.3 乳白铬厚度损失分析

实际生产中，采取60 目刚玉砂在（0.3～0.5）MPa 的压力下进行吹砂处理，乳白铬均存在一定的厚度损失，损失约（5～15）μm，较厚的镀层因存在应力，吹砂后漏出底层，产品的中间位置厚度较薄，更容易漏底层。镀铬前，镀乳白铬预镀层厚度应为（5～15）μm，吹砂前应提高厚度余量，同时避免厚度增加镀铬网纹，所以应控制镀乳白铬在（15～25）μm，通过试验选取最佳的砂粒目数和吹砂压力，保证厚度损失最小、结合力效果最优。

针对不同位置的镀乳白铬吹砂试验，压力增加，厚度明显降低，采用较低压力操作更易控制厚度，用60目砂粒吹砂后，厚度降低最多，用180目砂粒吹砂后，虽然厚度降低最少，但部分试件的乳白铬表面出现吹砂不均匀、需要重复吹砂进而影响结合力的问题，采用0.2MPa～0.3MPa、120目的吹砂效果最佳，即使乳白铬氧化稍重，增加吹砂时间，也无明显的损失和漏出底层现象，厚度均满足（5～15）μm的要求。