李博，肖文，李濤，王小偉

（中航飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司，陜西 漢中 723200）

Ti55531鈦合金是一種新型高強(qiáng)高韌β型合金，其名義成分為Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-1Zr。與Ti-1023合金相比，Ti55531鈦合金的冶煉和加工成本低，不會(huì)產(chǎn)生明顯的成分偏析，抗拉強(qiáng)度高，擁有良好的淬透性和加工性，適合制造承受大應(yīng)力的零部件，常被用于結(jié)構(gòu)件和起落架、機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)掛架之間的連接裝置，在航空航天工業(yè)中日益受到青睞[1-3]。筆者所在公司某新研型號(hào)飛機(jī)起落架的Ti55531鈦合金零件要求鍍鉻，本文參考TC18鈦合金的電鍍硬鉻工藝制定了3種鍍鉻工藝，并進(jìn)行對(duì)比，以獲得滿足要求的最佳工藝。

1 鍍鉻工藝流程及性能要求

1.1 工藝流程

基材為國(guó)產(chǎn) Ti55531鈦合金，氫含量≤0.015%，其化學(xué)成分(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))為：Al 4.0% ～ 6.0%，Mo 4.5% ～ 6.0%，V 4.5% ～ 6.0%，Cr 2.0% ～ 3.6%，F(xiàn)e 0.2% ～ 0.5%，Zr 0.3% ～ 2.0%，雜質(zhì)≤0.30%，Ti余量。

工藝1：鍍前驗(yàn)收→除油→水洗→吹砂→水洗→裝掛和保護(hù)→除油→水洗→酸腐蝕→水洗→鍍硬鉻→除氫。

工藝2：在鍍硬鉻之前增加鍍?nèi)榘足t工序，其余與工藝1相同。

工藝3：鍍硬鉻之前增加“鍍?nèi)榘足t→真空熱擴(kuò)散退火→吹砂→水洗”工序，其余與工藝1相同。

鍍前處理是為了設(shè)法去除基體表面鈍化膜，抑制新鈍化膜的生成，確保在活化的鈦合金表面鍍鉻[4-6]。鍍后真空熱擴(kuò)散退火是利用金屬鍍層在高溫條件下會(huì)通過(guò)擴(kuò)散與基體形成牢固的金屬鍵的特性來(lái)增強(qiáng)鍍層結(jié)合力[7]。

1.1.1 鍍前驗(yàn)收

零件的表面性能應(yīng)符合HB 5034-1995《零(組)件鍍覆前質(zhì)量要求》的規(guī)定。

1.1.2 除油

氫氧化鈉 60 ～ 80 g/L，碳酸鈉 30 ～ 50 g/L，磷酸鈉 30 ～ 50 g/L，硅酸鈉 10 ～ 30 g/L，溫度 75 ～ 95 °C。

1.1.3 水洗

先在40 ～ 60 °C的溫水中清洗，然后用流動(dòng)水沖洗。清洗后零件表面應(yīng)完全被水浸潤(rùn)，即在30 s內(nèi)有連續(xù)的水膜。

1.1.4 吹砂

吹砂能夠去除鈦合金基體表面的氧化層，并粗化基體表面，實(shí)現(xiàn)基體與鍍層的機(jī)械結(jié)合。在0.3 ～ 0.5 MPa的風(fēng)壓下，分別采用直徑(d)為100 ～ 150 μm和50 ～ 60 μm的氧化鋁進(jìn)行干吹砂，不允許砂滯留在任何部位[8]。吹砂后基體表面粗糙度(Ra)控制在0.2 ～ 0.4 μm范圍內(nèi)為佳。

1.1.5 裝掛和保護(hù)

采用專用或通用夾具裝掛，裝掛時(shí)避免工件重疊以及在電鍍過(guò)程中產(chǎn)生氣袋，保證導(dǎo)電良好。對(duì)內(nèi)孔或其他容易被屏蔽的零件區(qū)域進(jìn)行電鍍時(shí)，應(yīng)根據(jù)零件的幾何外形和特點(diǎn)使用象形輔助陽(yáng)極?？梢圆捎糜袡C(jī)玻璃、塑料薄膜等非金屬材料對(duì)零件非鍍區(qū)域進(jìn)行保護(hù)后再裝掛。

1.1.6 酸腐蝕

69%濃硝酸400 ～ 480 mL/L，40%氫氟酸35 ～ 87 mL/L，十二烷基硫酸鈉(新配槽時(shí)添加)1 g/L，溫度10 ～35 °C，時(shí)間 2 ～ 5 min。

采用美國(guó)Leco ONH836分析儀檢測(cè)酸腐蝕前、后基體的氫含量，要求酸腐蝕后增氫量不大于0.003%。另外酸腐蝕后單面腐蝕量(即厚度差)應(yīng)為5 ～ 10 μm。

1.1.7 鍍鉻

鍍鉻液組成：鉻酸酐225 ～ 250 g/L，濃硫酸2.25 ～ 2.50 g/L。

鍍?nèi)榘足t時(shí)溫度為70 ～ 80 °C，放入鍍槽的零件應(yīng)預(yù)熱，不通電保持2 ～ 5 min。先在100 ～ 150 A/dm2下沖擊鍍1 ～ 2 min，接著降低電流密度至30 ～ 40 A/dm2電鍍1 h，乳白鉻層的厚度即可達(dá)到要求的5 ～ 15 μm。

鍍硬鉻時(shí)溫度為50 ～ 60 °C，放入鍍槽的零件應(yīng)預(yù)熱，不通電保持2 ～ 5 min。先在電流密度5 ～ 10 A/dm2下電鍍 3 ～ 5 min，再逐步提高電流密度至 45 ～ 55 A/dm2電鍍 1.0 ～ 1.5 h，硬鉻層的厚度即可達(dá)到要求的 40 ～ 60 μm。

1.1.8 真空熱擴(kuò)散退火

保持真空度為 0.067 ～ 0.670 Pa，先在 280 ～ 300 °C 下退火 1 h，再在 550 ～ 600 °C 下退火 1 h，隨爐冷卻至 200 ～ 250 °C 后空冷。

1.1.9 除氫

置于(190 ± 10) °C的烘箱中除氫12 h以上。

1.2 鍍層性能檢測(cè)與要求

1.2.1 外觀

乳白鉻為乳白色，表面均勻致密、無(wú)針孔和分層；經(jīng)真空熱擴(kuò)散退火后，乳白鉻應(yīng)為均勻的灰色，無(wú)氧化色和明顯的裂紋網(wǎng)格，允許鍍層發(fā)暗，但不允許有鼓泡和分層。硬鉻為稍帶淺藍(lán)色的亮灰色，表面應(yīng)光滑平整，不允許有樹枝狀結(jié)晶、鼓泡、脫落和分層。

1.2.2 結(jié)合力

按HB 5041-1992《硬鉻、乳白鉻鍍層質(zhì)量檢驗(yàn)》，采用磨削法檢測(cè)鍍層結(jié)合力。進(jìn)行正常加工(磨、研磨、搪磨等)的零件或試樣，在加工后鍍層無(wú)起皮、脫落即認(rèn)為結(jié)合力合格。

1.2.3 顯微硬度

采用HMV-G-FA-D型顯微維氏硬度計(jì)測(cè)試，載荷100 g ，加載時(shí)間10 ～ 15 s，顯微硬度不低于700 HV。

1.2.4 孔隙率

按照HB 5041-1992，采用貼濾紙法檢測(cè)孔隙率，要求孔隙率不超過(guò)5個(gè)/dm2。

2 鍍層性能

為了驗(yàn)證工藝的穩(wěn)定性，分別在4月、5月和6月采用3種工藝對(duì)TC18鈦合金電鍍鉻，并檢測(cè)它們的性能，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同工藝的鍍鉻層性能測(cè)試結(jié)果Table 1 Property testing results of chromium coatings electroplated by different processes

2.1 結(jié)合力

工藝1和工藝2的部分試樣在磨加工后出現(xiàn)鉻鍍層起皮和脫落現(xiàn)象，工藝3的鉻鍍層結(jié)合力全部合格。如圖3所示，采用蔡司AX10金相顯微鏡放大200倍觀察可知，經(jīng)真空退火后部分乳白鉻已擴(kuò)散到鈦合金基體中，因此其結(jié)合力較好。

圖1 真空熱擴(kuò)散后的乳白鉻層的截面金相照片F(xiàn)igure 1 Cross-sectional metallograph of milky white chromium coating after thermal diffusion under vacuum condition

2.2 顯微硬度

采用工藝1、工藝2和工藝3電鍍所得鉻層的平均顯微硬度分別為787、768和796 HV，均高于700 HV，都合格。

2.3 孔隙率

采用工藝1電鍍所得試樣的孔隙率為8個(gè)/dm2，不合格；工藝2和工藝3試樣的孔隙率均為1個(gè)/dm2，都合格。推斷工藝2和工藝3中的乳白鉻鍍層有助于減少鍍層孔隙率。

3 零件的電鍍

綜上可知，采用工藝3電鍍所得的鉻鍍層的各項(xiàng)性能都滿足要求，因此選擇工藝3。圖2為采用該工藝電鍍的某型號(hào)Ti55531鈦合金零件，可見(jiàn)鍍層外觀合格。隨機(jī)取8個(gè)該型號(hào)零件，測(cè)得鍍層平均厚度為40 ～60 μm，交付某研究所進(jìn)行功能性測(cè)試，結(jié)果顯示鉻鍍層的性能完全滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 鍍鉻Ti55531鈦合金零件外觀Figure 2 Appearances of chromium electroplated Ti55531 titanium alloy parts