高強度鋼低氫脆鍍鎘鈦工藝的應(yīng)用

1、高強度鋼低氫脆鍍鎘鈦工藝的應(yīng)用涂貴生 王舉 龍聘魁 王顯成 魏漢君貴州龍飛航空附件有限公司四車間摘要：按照鍍鎘鈦工藝槽液配方進(jìn)行槽液的配制，槽液配制好后進(jìn)行試鍍，并對試鍍后的試件進(jìn)行結(jié)合力、耐蝕性、氫脆性、電流效率、鍍層鈦含量等一系列工藝質(zhì)量控制實驗。所有實驗結(jié)果均滿足工藝質(zhì)量控制要求。關(guān)鍵詞：高強度鋼 低氫脆 鍍鎘鈦 1、前言隨著科技的發(fā)展，高強度鋼的應(yīng)用越來越廣泛。同時對高強度鋼表面處理的加工要求也越來越苛刻。表面處理過程中，鋼零件吸收了氫原子，在一定的條件下會出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象。尤其是高強度鋼電鍍時更為常見。研究證明，氫分子不會引起氫脆，而氫原子進(jìn)入鋼里面則會引起氫脆。電鍍時，氫原子集結(jié)于鋼的

2、表面，并向鋼里面擴散。一般是向應(yīng)力最高的部位集結(jié)，并逐步減弱鋼的結(jié)合力。一旦氫原子氫原子聚集足夠多時，則會產(chǎn)生裂紋。同時高應(yīng)力部位氫原子向裂紋尖端運動。這個過程持續(xù)到鋼零件的斷裂。如何降低高強度鋼表面處理的氫脆性已經(jīng)成為一個熱門的研究課題。目前，最常用的一種低氫脆電鍍工藝便是鍍鎘鈦合金。鈦在零件表面沉積時被初生態(tài)氫所還原，需要大量的氫原子，使得進(jìn)入鋼零件中的氫原子顯著減少，從而降低零件的氫脆性。鈦和鎘一樣具有密排六方體晶格結(jié)構(gòu)，少量的鈦可以彌補鎘晶體缺陷，從而提高零件防腐能力。其防護(hù)性能優(yōu)于松孔鍍鎘鍍層，相當(dāng)于氰化鍍鎘鍍層。2、高強度鋼低氫脆鍍鎘鈦工藝2.1槽液配方及工藝條件見表1金屬鈦25g

3、/L金屬鎘1525g/L乙二胺四乙酸3040g/L氨三乙酸100130g/L氯化銨100130g/L醋酸銨2030g/LPH67槽液溫度1535電流密度15A/dm2表12.2槽液的配制氯氧鈦的制備鍍鎘鈦槽液中的金屬鈦是以氯氧鈦的形式加入。氯氧鈦是一種極不穩(wěn)定的化合物，但能在槽液中和其它物質(zhì)進(jìn)行絡(luò)合存在。氯氧鈦可以通過硫酸氧鈦和氨水化學(xué)反應(yīng)來制備。氯氧鈦的制備的質(zhì)量決定著最終槽液的穩(wěn)定性及槽液中的鈦含量。這是鍍鎘鈦槽液配制的技術(shù)難點。首先，將硫酸氧鈦溶于水中，等完全溶解后加入氨水，使其生成氫氧化鈦沉淀。采取虹吸法用大量的去離子水清洗沉淀，去除沉淀中的硫酸根離子。然后使用的確良布過濾、擠干。沉淀

4、的干濕程度必須嚴(yán)格控制，以1克鈦制得3035克為宜。沉淀擠干之后盡快使用鹽酸溶解，這是氯氧鈦制備的之后一步。鹽酸的加入量與之前的沉淀干濕程度相關(guān)，必須嚴(yán)格控制。氯氧鈦是一種極不穩(wěn)定的化合物，不能在空氣中停留太長時間。應(yīng)盡快加入之前其它化學(xué)藥品的水溶液中使其絡(luò)合。鍍鎘鈦槽液的配制按照槽液配方稱取所需的化學(xué)藥品，將所稱取藥品混合，加入適量水?dāng)嚢璩珊隣睢０醇s160ml/L加入氨水，并充攪拌使其溶解。當(dāng)PH值為78左右即停止加氨水。將配制好的氯氧鈦加入槽液中，邊加邊攪拌使其充分絡(luò)合。使用氨水或鹽酸調(diào)整PH值至67。2.3槽液的維護(hù)槽液維護(hù)的重點在于如何穩(wěn)定槽液中的鈦含量，防止鈦鹽的水解。槽液中的鈦含量

5、直接關(guān)系到鎘鈦鍍層中的鈦含量。通過多次試驗結(jié)果得出，只要平時控制好槽液的PH，防止雜質(zhì)的混入等細(xì)節(jié)問題，槽液還是很好維護(hù)的。槽液維護(hù)的主要幾個問題如下：1、鍍鎘鈦槽液配制完成后，使用小電流進(jìn)行通電處理（約0.51A /dm2）校正槽液。通電時間根據(jù)槽液體積大小而定。其目的主要是消除槽液中的有機物和避免鍍層產(chǎn)生掛灰（甚至發(fā)黑）現(xiàn)象。我們在實踐中得到兩條經(jīng)驗：PH值較小時，在未通電校正的槽液中電鍍，鍍層產(chǎn)生掛灰（甚至發(fā)黑）的現(xiàn)象比較嚴(yán)重槽液在電解過程中由淡黃色變成淡清綠色（即Ti4+Ti3+）的速度得快一些。2、應(yīng)嚴(yán)格控制槽液中的PH值67，當(dāng)PH7時鈦鹽會水解生成Ti(OH)4，槽液變混濁，氨氣

6、味很濃，槽液中氫氧化鈦沉淀長時間不能沉淀于槽底。此時可以加入鹽酸調(diào)整PH，并用干凈的的確良布過濾沉淀。當(dāng)PH低于45時，氨三乙酸，乙二胺四乙酸會析出。此時可以加入氨水調(diào)整PH。PH控制最好控制在上中限即6.56.8范圍內(nèi)。3、槽液長期不使用時，要定期測試PH值，防止PH值低于6以下。同時防止外來雜質(zhì)以及Cu2+、Fe3+有機物對鍍層產(chǎn)生的影響。4、適當(dāng)保持溶液面，防止槽液產(chǎn)生過飽和而產(chǎn)生沉淀。經(jīng)定性分析，沉淀物為鈦和鎘的混合物，并以鈦為主。2.4槽液的分析槽液的分析主要的技術(shù)難點在于鈦含量的測定。首先我們繪制了0.1mg/ml和1mg/ml的鈦含量標(biāo)準(zhǔn)曲線。然后通過采用比色法測定鈦含量。槽液分

7、析應(yīng)該定期分析，分析周期可以根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)和槽液的使用情況而定。但PH值需要經(jīng)常測定，最好半月一次。 3、鍍鎘鈦工藝質(zhì)量控制 新配制槽液投入生產(chǎn)使用前，需進(jìn)過工藝質(zhì)量控制試驗。試驗內(nèi)容包括鍍層外觀、結(jié)合力、厚度、耐蝕性、鈦含量、氫脆性等。3.1鎘鈦鍍層外觀試驗材料：30CrMnSiA 規(guī)格：25×100×1板料 數(shù)量：2件試驗條件：電流密度：2A/dm2 槽液溫度：20 電鍍時間：15min試驗方法：目測法試驗結(jié)果：鍍層結(jié)晶細(xì)致、均勻，未鈍化的鎘鈦鍍層顏色為乳白色，經(jīng)過鈍化的鎘鈦鍍層具有完整的彩虹色、黃金色鈍化膜。試驗結(jié)論：鍍鎘鈦鍍層外觀滿足HB5360-86高強度鋼零件低氫

8、脆鍍鎘鈦質(zhì)量檢驗外觀檢測要求，外觀合格。3.2鎘鈦鍍層厚度試驗材料：30CrMnSiA 規(guī)格：25×100×1板料 數(shù)量：2件試驗方法：重量法試驗結(jié)果：見表2鎘鈦鍍層厚度與電流效率測定結(jié)果試片號鍍前重量（g）鍍后重量（g）鍍層重量（g）電流密度（A/dm2）電鍍時間（min）電流效率(%)鍍層厚度（m）1#5.54125.71720.176031574.513.62#5.56085.73960.178831575.813.83#5.46755.62390.156431376.5124#5.27625.45880.182631577.4145#5.57105.71230.14

9、154878.99.86#5.61665.75150.134931077.49.47#6.03526.18750.15235874.510.58#5.75625.89010.133931276.59.39#5.51535.67260.137331278.59.5表2試驗結(jié)論：鍍鎘鈦鍍層厚度具體要求按照產(chǎn)品圖紙規(guī)定進(jìn)行，在電流密度一定的條件下，通過電流密度與厚度的對應(yīng)關(guān)系，嚴(yán)格控制電鍍時間，完全可以保證鍍鎘鈦鍍層厚度要求。3.3鎘鈦鍍層結(jié)合力試驗材料：30CrMnSiA 規(guī)格：25×100×1板料 數(shù)量：2件試驗條件：電流密度：2A/dm2 槽液溫度：20 電鍍時間：15mi

10、n試驗方法：彎曲法 試驗結(jié)果：用5倍放大鏡檢查試片斷裂處，鍍層未與基體金屬分離、無起皮脫落現(xiàn)象。試驗結(jié)論：鍍鎘鈦鍍層外觀滿足HB5360-86高強度鋼零件低氫脆鍍鎘鈦質(zhì)量檢驗結(jié)合力檢測要求，結(jié)合力合格。3.4鎘鈦鍍層耐蝕性試驗材料：30CrMnSiA 規(guī)格：25×100×1板料 數(shù)量：4件試驗條件：電流密度：2A/dm2 槽液溫度：20 電鍍時間：12min試驗方法：GJB150.11-86中性鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)試驗試驗結(jié)果：鍍鎘鈦層在5±1%中性鹽霧試驗中，96小時無白色銹蝕產(chǎn)物，經(jīng)過360小時無紅色銹蝕產(chǎn)物。試驗結(jié)論：符合GJB150.11-86中性鹽霧試驗標(biāo)準(zhǔn)試驗

11、要求。3.5鎘鈦鍍層鈦含量試驗材料：30CrMnSiA 規(guī)格：25×100×1板料 數(shù)量：12件試驗條件：電流密度：3A/dm2 槽液溫度：20 電鍍時間：12min試驗結(jié)果：見表3試驗結(jié)論：高強度鋼低氫脆鍍鎘鈦工藝要求，鎘鈦鍍層中含量范圍應(yīng)該為0.10.7%，抗拉強度b1764MPa的鋼零件，其鍍層鈦含量應(yīng)大于0.2。根據(jù)試驗結(jié)果，我們的鎘鈦鍍層鈦含量均大于0.2%，滿足HB/Z107-86高強度鋼零件低氫脆鍍鎘鈦工藝要求。試片號鍍前重量（g）鍍后重量（g）鍍層重量（g）電流密度（A/dm2）電鍍時間（min）電流效率(%)鍍層厚度（m）1#5.54125.71720.1

12、76031574.513.62#5.56085.73960.178831575.813.83#5.46755.62390.156431376.5124#5.27625.45880.182631577.4145#5.57105.71230.14154878.99.86#5.61665.75150.134931077.49.47#6.03526.18750.15235874.510.58#5.75625.89010.133931276.59.39#5.51535.67260.137331278.59.5表33.6鎘鈦鍍層氫脆性試驗材料：300M鋼、4340鋼、16Co14Ni10Cr2Mo鋼 試棒

13、名稱：缺口拉伸試棒試驗條件：電流密度：2A/dm2 槽液溫度：20 電鍍時間：15min試驗方法：HB5067.1-2005鍍覆工藝氫脆試驗（機械性能部分）采取與檢測產(chǎn)品零件同材料的缺口拉伸試棒同槽電鍍檢測氫脆性。試棒電鍍完成后在190條件下進(jìn)行除氫23小時，然后在持久拉伸試驗機上進(jìn)行靜載荷缺口拉伸試驗，按試棒缺口抗拉強度bh75%加載，持續(xù)200小時不斷裂，氫脆性能合格。試驗結(jié)果：2008年11月、2009年4月、11月、2010年3月、6月我們分別對300M鋼、4340鋼、16Co14Ni10Cr2Mo鋼等超高強度鋼進(jìn)行缺口進(jìn)行靜載荷缺口拉伸試驗，均超過200小時不斷裂。試驗結(jié)論：試驗結(jié)果滿足HB5067.1-2005鍍覆工藝氫脆試驗（機械性能部分）要求，鎘鈦鍍層氫脆性檢測合格。4、高強度鋼低氫脆鍍鎘鈦工藝的應(yīng)用及總結(jié)高強度鋼低氫脆鍍鎘鈦工藝是一種先進(jìn)、可靠、科學(xué)的電鍍工藝。我公司高強度鋼低氫脆鍍鎘鈦從槽液配制、槽液分析到槽液維護(hù)已形成一套完整的工藝。2009年6月通過公司內(nèi)部特殊過程確認(rèn)，并成功應(yīng)用于某型號新機型起落架研制中，并通過各類性能試驗檢測，均無任何問題。2010年3月通過成飛公司專家組的評審，現(xiàn)在成飛某重點型號機