飞机高强度钢附件的化学镀镍修复工艺

葛文军，夏成宝，陈名华

（空军第一航空学院航空维修工程系，河南 信阳 464000）

飞机高强度钢附件的化学镀镍修复工艺

葛文军*，夏成宝，陈名华

（空军第一航空学院航空维修工程系，河南 信阳 464000）

采用化学镀镍工艺对飞机座舱作动筒活塞杆(材质为30CrMnSiA钢)进行修复，其流程主要包括打磨、除油、磁粉探伤、喷丸强化、再除油、活化、水洗、化学镀镍、除氢及热处理、修光。化学镀镍的配方及操作条件为：硫酸镍25 ～ 28 g/L，次磷酸钠20 ～ 25 g/L，丙酸2 ～ 3mL/L，乳酸25 ～ 30 mL/L，硫脲稳定剂0.5 ～ 0.8 g/L，含氟化钠的添加剂0.1 ～ 0.2 g/L，温度85 ～ 95 °C，pH 4.3 ～ 5.0。该工艺流程简单、操作方便、成本低，镀层与基体金属的结合强度高，耐磨性好，修复质量满足性能要求，有较好的推广价值。

飞机；高强钢；化学镀镍；修复工艺

1 前言

30CrMnSiA钢是一种很重要的飞机用钢，飞机上许多受力零件和附件(如发动机框架、作动筒活塞杆、油泵柱塞等)都用它制造。为了提高零件的耐磨性，常需外镀铬或镉。但在工作过程中，相对运动仍会产生表面划伤、压痕及磨损等表面损伤，使零件超过规定的配合间隙，影响零件性能，对飞行安全构成威胁。以某型飞机座舱作动筒活塞杆为例，活塞头有密封橡胶圈，粗糙度 Ra≤0.20，与外筒间有严格的配合间隙要求。当其间隙大于0.185 mm时，作动筒的性能将变差，甚至发生渗油、漏油现象。若加大活塞头的外圆尺寸，使其与外筒的配合间隙恢复到0.025 ～ 0.185 mm，即可达到修复标准。传统的修复方法需经过退除铬镀层、重新镀铬、除氢、磨削、精加工等多道工序，不仅麻烦、修复成本高，而且很难保证修复质量。近年来，电刷镀技术被越来越多地应用到零件的再制造中，特别是对于旋转体小零件的修复，不仅工艺简单、成本低廉，而且还有效地防止再镀铬产生的氢脆现象[1]，修复质量得到了大幅度的提高，但刷镀后仍需对零件进行精加工处理，对一些形状复杂的非旋转体零件显得无能为力。而利用化学镀镍修复这类零件却能得心应手，完全可以满足修复要求：(1)化学镀镍层的非晶态结构保证了镀层质量[2]，用化学镀镍代替镀铬，在应用过程中不会出现镀层因应力过大而剥落的现象；(2)克服了电镀和刷镀不适合体积小、形状复杂零件的缺点；(3)氢原子作为还原剂参与了化学反应，虽有极少量的氢原子仍能渗透到Ni–P合金结构中，但通过烘烤除氢，可以消除氢脆现象，其非晶态镀层反而使硬度有大幅度提高；(4)对于精密部件，化学镀镍可克服因受力和过热而引起的变形；(5)化学镀镍层更均匀，厚度更容易控制，降低了镀后精加工处理的难度。

2 试验

实验用活塞头基材为30CrMnSiA，最终热处理为淬火加高温回火。其化学镀镍修复工艺流程如下：打磨—除油—磁粉探伤—喷丸强化—除油—活化—水洗—化学镀镍—除氢及热处理—修光—成品。

2. 1 前处理

(1) 磨削修整。30CrMnSiA钢易发生氢脆，因此不能用强酸腐蚀。可先用砂纸对受损部位进行打磨，打磨量要尽量小，以基体完全暴露为标准，再用金相砂纸打磨修光。修整后精确测量尺寸，并计算出需增加的尺寸及化学镀镍时间。

(2) 除油。如油污不重，可用汽油或丙酮等有机溶剂擦拭，除去零件表面的油污及灰尘。如有较重的油污，可在下列溶液中化学除油(也可进行阳极电化学除油，但不允许阴极除油)：氢氧化钠55 ～ 60 g/L，碳酸钠15 ～ 20 g/L，磷酸钠35 ～ 40 g/L，十二烷基硫酸钠1.0 ～ 1.5 g/L。若修复面积不大，但型面复杂，则需用硝基胶或过氯乙烯胶绝缘遮蔽，以区分待镀表面和非镀表面。

(3) 磁粉探伤。通过磁粉探伤，可搞清楚零件的裂纹位置和疲劳情况，进而确定零件是否具有修复价值。其操作过程为：预处理—选择磁化方法和规范—磁化—浇磁悬液—观察记录—退磁—后处理。

(4) 喷丸强化。零件99.9%的疲劳源于表面[3]，采用喷丸处理可消除零件疲劳及提高零件的抗疲劳强度。

(5) 活化和水洗。用含若丁2 g/L的稀硫酸(质量分数为 5%)溶液对零件进行活化处理，其目的是除去经过其他准备工序至化学镀前时间内表面所生成的氧化物，使表面具有较好的化学活性，提高镀层与基体的结合力。活化时间不应超过1 min，以防氢脆加剧。为了防止酸液污染化学镀镍溶液，确保活化后水洗干净，对形状复杂的零件，可用质量分数为3%的氨水溶液中和处理。

2. 2 化学镀镍

化学镀镍工艺条件为：硫酸镍25 ～ 28 g/L，次磷酸钠20 ～ 25 g/L，丙酸2 ～ 3 mL/L，乳酸25 ～ 30 mL/L，稳定剂(硫脲)0.5 ～ 0.8 g/L，添加剂(含氟化钠)0.1 ～0.2 g/L，pH 4.3 ～ 5.0，温度85 ～ 95 °C。施镀时间由镀层厚度决定。

2. 3 镀后处理

(1) 除氢及热处理。当镀层厚度达到尺寸要求后，停止施镀，除去保护绝缘胶。由于化学镀镍及活化时仍有可能产生轻微的氢脆现象，特别是对于航空零件，因此镀后4 h内要进行除氢处理。可将零件放在200 ～230 °C的电烤箱内烘烤2 ～ 3 h，以确保除氢彻底。除氢的过程也是化学镀镍层的热处理过程，提高热处理温度(380 ～ 400 °C)可大大提高化学镀镍层的硬度[4]，镀层硬度可达到900 ～ 1 050 HV。

(2) 修光。对热处理后的零件进行磨光处理，然后用汽油清洗干净，涂上红油即可。

3 镀层检验

测定修复镀层的硬度、结合力和耐磨性作为评价镀层质量的标准，结果如下。

(1) 镀层硬度。用ПMT-3显微硬度计测定，载荷

0.5 N，加载时间15 s，取3次测试结果的平均值作为镀层的显微硬度。测得基体材料的显微硬度为558 HV，200 °C和400 °C热处理后镀层的显微硬度硬度分别为630 HV和980 HV。上述结果表明，修复的镀层能满足要求。

(2) 结合力。用锉刀法及热震试验检验了镀层的结合力。结果无起皮、脱落现象，表明镀层的结合力良好。

(3) 耐磨性。用M-2000型磨损试验机将修复后的活塞头与新零件做对比实验，载荷500 N，转速400 r/min，时间1 h，20号机油润滑，磨损量用精度为0.1 mg的电光分析天平称量，取 3次结果的平均值。测试结果如下：化学镀镍层的磨损量为18.5 mg/h，新零件的磨损量为21.8 mg/h。说明修复件的耐磨性比新件好。

4 结论

化学镀镍修复工艺不仅克服了槽镀工艺复杂、氢脆严重的缺点，还弥补了电刷镀不适合复杂形状零件的不足，且工艺简单、方便迅速、成本低、修复质量好，完全能满足修复要求。飞机和其他装备上有许多由同样或类似材料组成的附件，采用化学镀镍技术修复，符合当前重环保、讲节约的社会发展要求，具有较好的推广价值。

[1] 梁志杰, 臧永华. 刷镀技术实用指南[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1988: 2-6.

[2] 刘江南. 金属表面工程学[M]. 北京: 兵器工业出版社, 1995: 260-265.

[3] 徐滨士. 表面工程与维修[M]. 北京: 机械工业出版社, 1996: 448-450.

[4] 汪定江, 夏成宝. 航空维修表面工程学[M]. 北京: 航空工业出版社, 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

葛文军（1964–），男，河南信阳人，大学本科，副教授，主要从事表面工程领域的教学与科研。

作者联系方式：(E-mail) gwj0418@126.com。

[ 编辑：温靖邦 ]