內孔零件電鍍鎘鈦工藝改進

周雁文

摘 ? 要：電鍍鎘鈦合金由于其良好的低氫脆性被廣泛用于航空、航天超高強度鋼零件表面處理工藝。典型內孔零件材料為超高強度鋼30CrMnSiNi2A，要求為內孔精度孔保護，其余面鍍鎘鈦，存在精度孔保護不嚴虛鍍層和環槽無鍍層的問題，影響零件質量，造成一次交檢合格率低。本論文通過分析電鍍鎘鈦過程，找出具體原因，通過設計保護工裝、加強電鍍保護方式等方法提升零件質量。

關鍵詞：電鍍鎘鈦 ?超高強度鋼 ?吹砂

中圖分類號：V25 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）04（c）-0047-02

高強度鋼30CrMnSiNi2A在航空領域作為飛機起落架零件及重要受力構件得到普遍使用。但是，超高強度鋼自身具有高的氫脆敏感性，同時又由于在金屬冶煉、機械加工、熱處理等工藝過程中表面易產生輕微裂紋，則導致在應力、氫和裂紋的共同作用下，其使用過程中的氫脆斷裂成為其最怕發生的斷裂方式[1]。因此在表面防護方面，超高強度鋼面臨很大挑戰。

電鍍鎘鈦合金是超高強度鋼常用的典型表面防護方式。鎘鈦合金鍍層具有與鎘鍍層相似的銀白色至米黃色。超高強度鋼采用該工藝具有以下特點：溶液低氫脆性;浸蝕吸氫少;形成鎘鈦合金鍍層，正是由于鈦對氫有強烈的吸附作用，從而阻擋了氫滲入基體金屬，從而很大程度上降低了超高強度鋼在使用過程中的氫脆斷裂[2]。

因此，超高強度鋼選擇電鍍鎘鈦工藝作為表面防護方法，使得鎘鈦層具有良好的耐蝕性和低氫脆性。在海水中長期浸泡，其耐蝕性要比鎘鍍層好。下列將對典型零件的問題處理來詳細闡述電鍍鎘鈦合金工藝。

1 ?問題描述

該內孔零件結構復雜（見圖1），要求電鍍鎘鈦時保護孔精度孔φ90H7、φ22H8。電鍍鎘鈦時應保證鍍層完整、均勻細致，鍍層厚度要求8～12μm，在鎘鈦生產過程中，由于零件復雜及工藝自身的一些限制性原因，在電鍍鎘鈦過程中經常出現以下問題：（1）電鍍鎘鈦后，經常在裝配車間反應內孔φ90H7精度孔虛鍍層，影響裝配尺寸。（2）由于φ90H7精度孔深度較深（≈180mm），且其中存在兩個φ97環槽。由于環槽位置較深，電鍍工藝自身的分散能力較差，使得環槽內表面鍍層不完整。

2 ?原因分析

2.1 電鍍鎘鈦工藝流程

溶劑除油→堿清洗→溫水洗→冷水洗→干燥→保護→吹砂→保護裝掛→冷水洗→活化→冷水洗→電鍍鎘鈦→冷水洗→干燥→除氫烘烤→堿清洗→溫水洗→冷水洗→鉻酸鹽處理→冷水洗→干燥→交檢。

2.2 電鍍鎘鈦關鍵影響因素

通過電鍍鎘鈦工藝流程可以看出，結合內孔電鍍鎘鈦不合格的缺陷為φ90H7精度孔虛鍍層及φ97環槽鍍層不完整的問題，主要的影響步驟應為吹砂保護、電鍍保護和電鍍鎘鈦步驟。以下著重不合格的關鍵因素進行工藝改進。

2.2.1 環槽鍍層不完整的影響因素

由于兩段φ97環槽位于三段90H7精度孔的中間部位，深度較深，在電鍍鎘鈦前要進行吹砂處理。但同時90H7精度孔需要吹砂保護，目前使用的保護方法為貼膠帶保護。此保護方法簡單，易導致精度孔吹砂損傷，同時環槽易吹砂不完整，因此，吹砂方式的不合理易引起環槽鍍層不完整。

第二方面，由于環槽較深，環槽位于精度孔的中間部位，采用銅絲簡單裝掛后，由于電力線在孔內分布不均勻性，孔的心部難以沉積鍍層。因此這種不合理的裝掛方式很大程度上引起環槽鍍層的不完整性。

第三方面，由于電鍍鎘鈦需進行沖擊電鍍和正常電鍍兩個步驟，其電流密度范圍較寬，為了電鍍環槽，通常會使用較大的電流密度，此方法易引起鍍層粗糙和鍍層厚度不均勻，因此，電鍍參數的不合理也會引起環槽鍍層不完整。

2.2.2 精度孔虛鍍層的影響因素

該零件圖紙要求φ90H7精度孔無鍍層無損傷，即要求精度孔在各個工序中都進行充分保護。在吹砂過程中，使用簡單膠帶保護，由于要對精度孔內的環槽進行吹砂，吹砂時的大壓力極易損傷精度孔。因此，吹砂方式的不合理易引起精度孔損傷。

第二方面，電鍍保護步驟對精度孔進行主要保護，依據文件應采用470保護膠帶進行保護。此步驟的執行隨工人水平的差異將產生很大差異。

第三方面，由于電鍍鎘鈦的工藝參數變化較大，隨電流密度的增大，孔口的電力線密集，易沉積多余鍍層。

2.2.3 電鍍鎘鈦不合格的關鍵影響因素

通過以上分析可以看出，引起內孔電鍍鎘鈦不合格的主要缺陷為φ90H7精度孔虛鍍層及φ97環槽鍍層不完整這兩種缺陷的關鍵因素為精度孔吹砂保護不到位、環槽吹砂不到位、精度孔電鍍保護不到位、環槽電鍍方式不合適。進一步歸納，即為工藝流程中吹砂和電鍍時方法不適造成的影響，導致零件缺陷的產生，接下來著重從這兩方面對該零件電鍍鎘鈦進行工藝改進。

3 ?改進措施

3.1 吹砂方式改進

由于吹砂方式既影響環槽吹砂的完整性，同時又要保證精度孔不被吹砂，且環槽處于精度孔之間。因此，傳統的吹砂方式對該區域吹砂是不適用的。設計工裝改進吹砂方式將很好的解決此問題。圖2為工裝圖。

此保護工裝材料為45鋼，圖形和尺寸完全與精度孔和環槽的結構吻合。采用五段式結構，三段保護精度孔，兩段外露（圖示兩處尺寸為30mm的部位），與環槽位置一致。應用此工裝再配合470電鍍保護膠帶，可以在吹砂過程中保護精度孔，同時環槽可以百分百進行吹砂，為后續電鍍做好準備。

3.2 電鍍方式改進

由于環槽所處位置較深，簡單的電鍍方式很難保證鍍層的完整性和均勻性。因此將通過添加輔助陽極的方式對該環槽部位進行改進。

首先，對精度孔進行保護。要求工人使用470保護膠帶對φ90H7精度孔全面保護，以豎貼膠帶的方式對精度孔進行細致保護，保護結束后使用硬物將膠帶壓緊。

第二方面，電鍍過程中對環槽部位裝掛Φ10mm×200mm鎘陽極棒。輔助陽極的使用將很大程度上改善環槽內的電力線分布，可以保證環槽內鍍層的完整性。

4 ?改善結果

將以上優化后的工藝參數納入工藝文件中，并對操作工人和檢驗人員進行相關培訓，提升了零件的一次交檢合格率。

參考文獻

[1] 鄭瑞庭.電鍍實踐900例[M].北京：化學工業出版社，2007.

[2] 湯智慧，張曉云，陸峰，等.鍍層結構與氫脆關系研究[J].材料工程，2006（10）：37-42.