飛機(jī)高強(qiáng)度鋼附件的化學(xué)鍍鎳修復(fù)工藝

葛文軍，夏成寶，陳名華

（空軍第一航空學(xué)院航空維修工程系，河南 信陽 464000）

飛機(jī)高強(qiáng)度鋼附件的化學(xué)鍍鎳修復(fù)工藝

葛文軍*，夏成寶，陳名華

（空軍第一航空學(xué)院航空維修工程系，河南 信陽 464000）

采用化學(xué)鍍鎳工藝對飛機(jī)座艙作動(dòng)筒活塞桿(材質(zhì)為30CrMnSiA鋼)進(jìn)行修復(fù)，其流程主要包括打磨、除油、磁粉探傷、噴丸強(qiáng)化、再除油、活化、水洗、化學(xué)鍍鎳、除氫及熱處理、修光。化學(xué)鍍鎳的配方及操作條件為：硫酸鎳25 ～ 28 g/L，次磷酸鈉20 ～ 25 g/L，丙酸2 ～ 3mL/L，乳酸25 ～ 30 mL/L，硫脲穩(wěn)定劑0.5 ～ 0.8 g/L，含氟化鈉的添加劑0.1 ～ 0.2 g/L，溫度85 ～ 95 °C，pH 4.3 ～ 5.0。該工藝流程簡單、操作方便、成本低，鍍層與基體金屬的結(jié)合強(qiáng)度高，耐磨性好，修復(fù)質(zhì)量滿足性能要求，有較好的推廣價(jià)值。

飛機(jī)；高強(qiáng)鋼；化學(xué)鍍鎳；修復(fù)工藝

1 前言

30CrMnSiA鋼是一種很重要的飛機(jī)用鋼，飛機(jī)上許多受力零件和附件(如發(fā)動(dòng)機(jī)框架、作動(dòng)筒活塞桿、油泵柱塞等)都用它制造。為了提高零件的耐磨性，常需外鍍鉻或鎘。但在工作過程中，相對運(yùn)動(dòng)仍會(huì)產(chǎn)生表面劃傷、壓痕及磨損等表面損傷，使零件超過規(guī)定的配合間隙，影響零件性能，對飛行安全構(gòu)成威脅。以某型飛機(jī)座艙作動(dòng)筒活塞桿為例，活塞頭有密封橡膠圈，粗糙度 Ra≤0.20，與外筒間有嚴(yán)格的配合間隙要求。當(dāng)其間隙大于0.185 mm時(shí)，作動(dòng)筒的性能將變差，甚至發(fā)生滲油、漏油現(xiàn)象。若加大活塞頭的外圓尺寸，使其與外筒的配合間隙恢復(fù)到0.025 ～ 0.185 mm，即可達(dá)到修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的修復(fù)方法需經(jīng)過退除鉻鍍層、重新鍍鉻、除氫、磨削、精加工等多道工序，不僅麻煩、修復(fù)成本高，而且很難保證修復(fù)質(zhì)量。近年來，電刷鍍技術(shù)被越來越多地應(yīng)用到零件的再制造中，特別是對于旋轉(zhuǎn)體小零件的修復(fù)，不僅工藝簡單、成本低廉，而且還有效地防止再鍍鉻產(chǎn)生的氫脆現(xiàn)象[1]，修復(fù)質(zhì)量得到了大幅度的提高，但刷鍍后仍需對零件進(jìn)行精加工處理，對一些形狀復(fù)雜的非旋轉(zhuǎn)體零件顯得無能為力。而利用化學(xué)鍍鎳修復(fù)這類零件卻能得心應(yīng)手，完全可以滿足修復(fù)要求：(1)化學(xué)鍍鎳層的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)保證了鍍層質(zhì)量[2]，用化學(xué)鍍鎳代替鍍鉻，在應(yīng)用過程中不會(huì)出現(xiàn)鍍層因應(yīng)力過大而剝落的現(xiàn)象；(2)克服了電鍍和刷鍍不適合體積小、形狀復(fù)雜零件的缺點(diǎn)；(3)氫原子作為還原劑參與了化學(xué)反應(yīng)，雖有極少量的氫原子仍能滲透到Ni–P合金結(jié)構(gòu)中，但通過烘烤除氫，可以消除氫脆現(xiàn)象，其非晶態(tài)鍍層反而使硬度有大幅度提高；(4)對于精密部件，化學(xué)鍍鎳可克服因受力和過熱而引起的變形；(5)化學(xué)鍍鎳層更均勻，厚度更容易控制，降低了鍍后精加工處理的難度。

2 試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)用活塞頭基材為30CrMnSiA，最終熱處理為淬火加高溫回火。其化學(xué)鍍鎳修復(fù)工藝流程如下：打磨—除油—磁粉探傷—噴丸強(qiáng)化—除油—活化—水洗—化學(xué)鍍鎳—除氫及熱處理—修光—成品。

2. 1 前處理

(1) 磨削修整。30CrMnSiA鋼易發(fā)生氫脆，因此不能用強(qiáng)酸腐蝕?？上扔蒙凹垖κ軗p部位進(jìn)行打磨，打磨量要盡量小，以基體完全暴露為標(biāo)準(zhǔn)，再用金相砂紙打磨修光。修整后精確測量尺寸，并計(jì)算出需增加的尺寸及化學(xué)鍍鎳時(shí)間。

(2) 除油。如油污不重，可用汽油或丙酮等有機(jī)溶劑擦拭，除去零件表面的油污及灰塵。如有較重的油污，可在下列溶液中化學(xué)除油(也可進(jìn)行陽極電化學(xué)除油，但不允許陰極除油)：氫氧化鈉55 ～ 60 g/L，碳酸鈉15 ～ 20 g/L，磷酸鈉35 ～ 40 g/L，十二烷基硫酸鈉1.0 ～ 1.5 g/L。若修復(fù)面積不大，但型面復(fù)雜，則需用硝基膠或過氯乙烯膠絕緣遮蔽，以區(qū)分待鍍表面和非鍍表面。

(3) 磁粉探傷。通過磁粉探傷，可搞清楚零件的裂紋位置和疲勞情況，進(jìn)而確定零件是否具有修復(fù)價(jià)值。其操作過程為：預(yù)處理—選擇磁化方法和規(guī)范—磁化—澆磁懸液—觀察記錄—退磁—后處理。

(4) 噴丸強(qiáng)化。零件99.9%的疲勞源于表面[3]，采用噴丸處理可消除零件疲勞及提高零件的抗疲勞強(qiáng)度。

(5) 活化和水洗。用含若丁2 g/L的稀硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5%)溶液對零件進(jìn)行活化處理，其目的是除去經(jīng)過其他準(zhǔn)備工序至化學(xué)鍍前時(shí)間內(nèi)表面所生成的氧化物，使表面具有較好的化學(xué)活性，提高鍍層與基體的結(jié)合力?；罨瘯r(shí)間不應(yīng)超過1 min，以防氫脆加劇。為了防止酸液污染化學(xué)鍍鎳溶液，確?；罨笏锤蓛簦瑢π螤顝?fù)雜的零件，可用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的氨水溶液中和處理。

2. 2 化學(xué)鍍鎳

化學(xué)鍍鎳工藝條件為：硫酸鎳25 ～ 28 g/L，次磷酸鈉20 ～ 25 g/L，丙酸2 ～ 3 mL/L，乳酸25 ～ 30 mL/L，穩(wěn)定劑(硫脲)0.5 ～ 0.8 g/L，添加劑(含氟化鈉)0.1 ～0.2 g/L，pH 4.3 ～ 5.0，溫度85 ～ 95 °C。施鍍時(shí)間由鍍層厚度決定。

2. 3 鍍后處理

(1) 除氫及熱處理。當(dāng)鍍層厚度達(dá)到尺寸要求后，停止施鍍，除去保護(hù)絕緣膠。由于化學(xué)鍍鎳及活化時(shí)仍有可能產(chǎn)生輕微的氫脆現(xiàn)象，特別是對于航空零件，因此鍍后4 h內(nèi)要進(jìn)行除氫處理?？蓪⒘慵旁?00 ～230 °C的電烤箱內(nèi)烘烤2 ～ 3 h，以確保除氫徹底。除氫的過程也是化學(xué)鍍鎳層的熱處理過程，提高熱處理溫度(380 ～ 400 °C)可大大提高化學(xué)鍍鎳層的硬度[4]，鍍層硬度可達(dá)到900 ～ 1 050 HV。

(2) 修光。對熱處理后的零件進(jìn)行磨光處理，然后用汽油清洗干凈，涂上紅油即可。

3 鍍層檢驗(yàn)

測定修復(fù)鍍層的硬度、結(jié)合力和耐磨性作為評價(jià)鍍層質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果如下。

(1) 鍍層硬度。用ПMT-3顯微硬度計(jì)測定，載荷

0.5 N，加載時(shí)間15 s，取3次測試結(jié)果的平均值作為鍍層的顯微硬度。測得基體材料的顯微硬度為558 HV，200 °C和400 °C熱處理后鍍層的顯微硬度硬度分別為630 HV和980 HV。上述結(jié)果表明，修復(fù)的鍍層能滿足要求。

(2) 結(jié)合力。用銼刀法及熱震試驗(yàn)檢驗(yàn)了鍍層的結(jié)合力。結(jié)果無起皮、脫落現(xiàn)象，表明鍍層的結(jié)合力良好。

(3) 耐磨性。用M-2000型磨損試驗(yàn)機(jī)將修復(fù)后的活塞頭與新零件做對比實(shí)驗(yàn)，載荷500 N，轉(zhuǎn)速400 r/min，時(shí)間1 h，20號機(jī)油潤滑，磨損量用精度為0.1 mg的電光分析天平稱量，取 3次結(jié)果的平均值。測試結(jié)果如下：化學(xué)鍍鎳層的磨損量為18.5 mg/h，新零件的磨損量為21.8 mg/h。說明修復(fù)件的耐磨性比新件好。

4 結(jié)論

化學(xué)鍍鎳修復(fù)工藝不僅克服了槽鍍工藝復(fù)雜、氫脆嚴(yán)重的缺點(diǎn)，還彌補(bǔ)了電刷鍍不適合復(fù)雜形狀零件的不足，且工藝簡單、方便迅速、成本低、修復(fù)質(zhì)量好，完全能滿足修復(fù)要求。飛機(jī)和其他裝備上有許多由同樣或類似材料組成的附件，采用化學(xué)鍍鎳技術(shù)修復(fù)，符合當(dāng)前重環(huán)保、講節(jié)約的社會(huì)發(fā)展要求，具有較好的推廣價(jià)值。

[1] 梁志杰, 臧永華. 刷鍍技術(shù)實(shí)用指南[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 1988: 2-6.

[2] 劉江南. 金屬表面工程學(xué)[M]. 北京: 兵器工業(yè)出版社, 1995: 260-265.

[3] 徐濱士. 表面工程與維修[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1996: 448-450.

[4] 汪定江, 夏成寶. 航空維修表面工程學(xué)[M]. 北京: 航空工業(yè)出版社, 2006: 96-98.

Electroless nickel plating process for repairing high-strength steel parts of airplane //

GE Wen-jun*, XIA Cheng-bao, CHEN Ming-hua

Electroless nickel plating process was applied to repairing of the piston rod made of 30CrMnSiA steel in actuating cylinder of airplane cabin. The process flow is mainly composed of polishing, degreasing, magnetic particle inspection, shot-blasting strengthening, secondary degreasing, activating, rinsing, electroless nickel plating, hydrogen exhaustion/heat treatment, and finishing. The bath composition and operation conditions of electroless nickel plating are as follows: nickel sulfate 25-28 g/L, sodium hypophosphite 20-25 g/L, propionic acid 2-3 mL/L, lactic acid 25-30 mL/L, thiourea stabilizer 0.5-0.8 g/L, NaF-containing additive 0.1-0.2 g/L, temperature 85-95 °C, and pH 4.3-5.0. The process has advantages of simple procedure, easy operation and low cost. The coatings obtained are well adhered to substrates and have good wear resistance, meeting the performance requirements. The process is recommended to be applied.

airplane; high-strength steel; electroless nickel plating; repairing process

Department of Aviation Maintenance, the First Aeronautical Institute of the Air Force, Xinyang 464000, China

TQ153.12

A

1004 – 227X (2011) 05 – 0025 – 02

2010–11–26

2010–12–11

葛文軍（1964–），男，河南信陽人，大學(xué)本科，副教授，主要從事表面工程領(lǐng)域的教學(xué)與科研。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) gwj0418@126.com。

[ 編輯：溫靖邦 ]