超高强度钢材料的大型复杂零件低氢脆镉工艺方法的探索与实践

徐强

摘 要：首先，超高强度钢具有高的氢脆敏感性，进行电镀等表面处理时，容易因渗氢而引起氢脆；第二，对于形状复杂的大型零件而言，由于阳极电力线分布不均匀，吸附电流的效率不同等因素，导致厚度不均匀，棱边凸出部位镉层发黑烧焦，针眼及麻点等问题；第三，对于复杂零件的凹槽、深孔、盲孔等部位，由于窝气、吹砂时表面前处理效果不好等问题，容易造成零件局部无镀层和孔内镀层鼓泡结合力差的问题。文章主要从槽液控制、前处理吹砂、阳极的选择和装夹、电镀的工艺方法等方面，介绍大型复杂零件电镀的一些实践经验。

关键词：超高强度钢；大型复杂零件；低氢脆镀镉；结合力；氰化物；阳极；吹砂

中图分类号：V261.93+1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）23-0065-02

前言

起落架是飞机结构中受力最复杂并对飞机结构使用和安全具有决定性影响的重要结构部件，超高强度钢具有强度高、韧性和抗应力腐蚀性能好等优点，广泛应用于军用飞机和民用飞机起落架。超高强度钢具有高的氢脆敏感性，进行电镀等表面处理时，容易因渗氢而引起氢脆，因此超高强度钢电镀需要采取低氢脆工艺。

1 超高强度钢在低氢脆镉工序中产生的典型问题与故障

（1）生产加工波音公司787飞机起落架斜撑杆零件过程

中，因零件属于大型复杂零件，在试制中产生厚度不均匀，棱边凸出部位镉层发黑烧焦，孔内及型腔局部产生窝气，针眼及麻点的问题。实际厚度与平均厚度的偏差超过300%。

（2）在生产加工空中客车公司A340飞机起落架刹车拉杆过程中，零件有一个直径Ф56mm，孔深800mm，孔的直径和长度比达到1：14的深盲孔。在电镀试制中产生了孔内局部无镉层和孔内镀层鼓泡结合力差的问题。

2 问题原因与分析

（1）低氢脆镀镉工艺要求使用比一般电镀镉大3-4倍的

电流密度，以使产生的镉层具有疏松多孔的结构，有利于氢的析出，容易除氫，但同时也极易在零件局部产生过大电流，导致边缘凸出部位发黑烧焦，结晶粗糙，结合力差。

（2）因超高强度钢氢脆敏感特性，零件被禁止进入酸槽活化，因此相较于普通钢件减少了一个能有效的增加镀层与基体金属结合力的工序。

（3）辅助阳极和外挂镉板阳极，因材料电导率不同，和零件距离远近不同，导致电流在阴极表面分布不均，形成“抢电”现象，造成镀层厚度不均匀，甚至有可能形成低电流密度区，造成氢脆危害，且因零件复杂多孔，在孔的轴向平行于液面的情况下，电镀析氢来不及排出会滞留在孔内顶部，形成针眼或窝气。

（4）使用的辅助阳极被氧化产生挂灰（即使采用不锈钢材质的阳极在使用一段时间以后也会产生黄褐色挂灰），降低了导电效率，并且产生的挂灰在电镀过程中，溶入电解液中，沉积夹杂在镀层中影响镀层质量。

（5）深孔电镀通常使用钢质的不溶性阳极，在大电流密度电镀的过程中，孔内电解溶液温度不断升高，短时间内就超过了槽液温度上限。镉金属离子损耗以后得不到及时补充，会严重影响镉层质量。

3 问题的解决思路与方法实践

（1）低氢脆镀镉槽液对有机杂质极为敏感，λPC值要求控制严格，因此必须加强槽液成份控制，各种工装阳极辅助工具都专槽专用，最大限度避免杂质带入。

（2）采用活性炭滤芯的大功率过滤泵连续过滤的方式和

定期小电流长时间通电的方式处理有害杂质。

（3）深孔零件的氧化铝喷砂一般采用直通式的钢制加长

管，但对孔壁的喷砂效果不好，而且孔底部容易过度喷砂造成零件损伤。因此，新采用了一种内孔专用喷砂工装，加装了立方氮化硼材料的导引头。使砂流在喷砂管口成伞状均匀直接地冲击内孔壁表面。经过电子显示内窥镜检查和试片测试，喷砂效果达到要求，提高了零件表面粗糙度，从而提高了镀层与基体金属的结合力。

（4）在电镀溶液符合要求，喷砂等前处理工序效果良好的前提下，解决零件厚度不均匀问题的主要途径，就是根据零件形状，精确合理的设计制作工装，保证零件外表面电流密度均匀性，并试镀模拟件，确定适当的电镀参数与方法

（5）大型零件可以采用二次翻身电镀的方法。

优点一：夹具印槽镀质量比较好，避免电刷镀，节约成本。

优点二：便于在窝气处安装辅助阳极补镀。

优点三：在试镀模拟件时，发现零件部分孔在与外表面同时电镀时厚度不均匀，易产生窝气、针眼，可制做圆柱型有机玻璃挡块，绝缘屏蔽，并在零件二次翻身电镀夹具印的同时安装辅助阳极施镀，可以得到质量合格的镀层。

（6）当零件外形复杂使电镀窝气的产生无法避免的情况

下，可设计挂具使零件倾斜一个小的角度，使零件上部及侧部形腔内电镀析氢反应产生的气体能顺利排出，并可使零件下部形腔的窝气区域尽可能集中，减少窝气面积。

（7）阳极工装可以通过有机玻璃或塑料等绝缘件与阴极

挂具连接定位，方法简单，定位牢固。各固定点采用螺纹连接，便于调整。使一套阳极工装可适应同一系列的多个图号产品，降低制作成本。

（8）深孔零件在孔内喷砂效果得到保证的前提下，采用内外分镀方式避免“抢电”现象的发生，保证了孔内表面电流密度的均匀性，解决了局部无镀层的问题。

（9）采用不锈钢管制作深孔阳极，在阳极表面积不变的情况下，减轻了阳极重量，便于阳极定位绝缘支架的安装，并且通过焊接管接头，安装软管与镀槽的槽液循环过滤管连接，在电镀过程中不断的将经过过滤的槽液，注入深孔底部，促使有效成份被消耗了的槽液，随着反应气体向上排出，同时降低了孔内温度，使孔内电镀状态从根本上有了极大改善。

4 在电镀过程中还需注意的问题

（1）对辅助阳极产生挂灰的问题，只能采取制作备份阳极在每次电镀后更换使用，及时打磨去除挂灰的办法。

（2）零件喷砂工序完成后其表面呈现微观粗糙不平状态，在搬运和吊装过程中，辅助材料如有机玻璃、塑料等接触喷砂表面后，因硬度较软，会附着其上，在随后的水膜连续性检查中因其不是油污容易被忽略，造成镉层无法覆盖，需电刷镀修补。因此在镀前应仔细从多个角度观察，清理干净。

5 产生的效果

（1）在满足产品材料低氢脆特性要求的前提下显著提高

了大型复杂零件的镀层质量，厚度均匀达到了用户验收标准。

（2）深孔零件局部无镀层和镀层鼓泡结合力差的问题得

到解决。

（3）夹具印、窝气的缺陷，原采用除氢后局部电刷镀工艺修补，效率低、成本高，现采用槽镀后除氢、整体钝化，镀层质量和钝化膜质量得到了提高，节约了生产成本。

6 结束语

（1）超高强度钢材料低氢脆镀镉典型故障问题的解决，为产品批产进度提供了保证，积累了经验。

（2）电镀方法和工装的设计思路可以推广应用于其他镀

种和新产品试制当中。

参考文献：

[1]胡传 .表面处理技术手册[M].北京工业大学出版社，1997（1）：99-102.endprint