内孔零件电镀镉钛工艺改进
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作者:周雁文
摘 要：电镀镉钛合金由于其良好的低氢脆性被广泛用于航空、航天超高强度钢零件表面处理工艺。典型内孔零件材料为超高强度钢30CrMnSiNi2A，要求为内孔精度孔保護，其余面镀镉钛，存在精度孔保护不严虚镀层和环槽无镀层的问题，影响零件质量，造成一次交检合格率低。本论文通过分析电镀镉钛过程，找出具体原因，通过设计保护工装、加强电镀保护方式等方法提升零件质量。
关键词：电镀镉钛 超高强度钢 吹砂
中图分类号：V25 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）04（c）-0047-02
高强度钢30CrMnSiNi2A在航空领域作为飞机起落架零件及重要受力构件得到普遍使用。但是，超高强度钢自身具有高的氢脆敏感性，同时又由于在金属冶炼、机械加工、热处理等工艺过程中表面易产生轻微裂纹，则导致在应力、氢和裂纹的共同作用下，其使用过程中的氢脆断裂成为其最怕发生的断裂方式[1]。因此在表面防护方面，超高强度钢面临很大挑战。
电镀镉钛合金是超高强度钢常用的典型表面防护方式。镉钛合金镀层具有与镉镀层相似的银白色至米黄色。超高强度钢采用该工艺具有以下特点：溶液低氢脆性;浸蚀吸氢少;形成镉钛合金镀层，正是由于钛对氢有强烈的吸附作用，从而阻挡了氢渗入基体金属，从而很大程度上降低了超高强度钢在使用过程中的氢脆断裂[2]。
因此，超高强度钢选择电镀镉钛工艺作为表面防护方法，使得镉钛层具有良好的耐蚀性和低氢脆性。在海水中长期浸泡，其耐蚀性要比镉镀层好。下列将对典型零件的问题处理来详细阐述电镀镉钛合金工艺。
1 问题描述
该内孔零件结构复杂（见图1），要求电镀镉钛时保护孔精度孔φ90H7、φ22H8。电镀镉钛时应保证镀层完整、均匀细致，镀层厚度要求8～12μm，在镉钛生产过程中，由于零件复杂及工艺自身的一些限制性原因，在电镀镉钛过程中经常出现以下问题：（1）电镀镉钛后，经常在装配车间反应内孔φ90H7精度孔虚镀层，影响装配尺寸。（2）由于φ90H7精度孔深度较深（≈180mm），且其中存在两个φ97环槽。由于环槽位置较深，电镀工艺自身的分散能力较差，使得环槽内表面镀层不完整。
2 原因分析
2.1 电镀镉钛工艺流程
溶剂除油→碱清洗→温水洗→冷水洗→干燥→保护→吹砂→保护装挂→冷水洗→活化→冷水洗→电镀镉钛→冷水洗→干燥→除氢烘烤→碱清洗→温水洗→冷水洗→铬酸盐处理→冷水洗→干燥→交检。
2.2 电镀镉钛关键影响因素
通过电镀镉钛工艺流程可以看出，结合内孔电镀镉钛不合格的缺陷为φ90H7精度孔虚镀层及φ97环槽镀层不完整的问题，主要的影响步骤应为吹砂保护、电镀保护和电镀镉钛步骤。以下着重不合格的关键因素进行工艺改进。
2.2.1 环槽镀层不完整的影响因素
由于两段φ97环槽位于三段90H7精度孔的中间部位，深度较深，在电镀镉钛前要进行吹砂处理。但同时90H7精度孔需要吹砂保护，目前使用的保护方法为贴胶带保护。此保护方法简单，易导致精度孔吹砂损伤，同时环槽易吹砂不完整，因此，吹砂方式的不合理易引起环槽镀层不完整。
第二方面，由于环槽较深，环槽位于精度孔的中间部位，采用铜丝简单装挂后，由于电力线在孔内分布不均匀性，孔的心部难以沉积镀层。因此这种不合理的装挂方式很大程度上引起环槽镀层的不完整性。
第三方面，由于电镀镉钛需进行冲击电镀和正常电镀两个步骤，其电流密度范围较宽，为了电镀环槽，通常会使用较大的电流密度，此方法易引起镀层粗糙和镀层厚度不均匀，因此，电镀参数的不合理也会引起环槽镀层不完整。
2.2.2 精度孔虚镀层的影响因素
该零件图纸要求φ90H7精度孔无镀层无损伤，即要求精度孔在各个工序中都进行充分保护。在吹砂过程中，使用简单胶带保护，由于要对精度孔内的环槽进行吹砂，吹砂时的大压力极易损伤精度孔。因此，吹砂方式的不合理易引起精度孔损伤。
第二方面，电镀保护步骤对精度孔进行主要保护，依据文件应采用470保护胶带进行保护。此步骤的执行随工人水平的差异将产生很大差异。
第三方面，由于电镀镉钛的工艺参数变化较大，随电流密度的增大，孔口的电力线密集，易沉积多余镀层。
2.2.3 电镀镉钛不合格的关键影响因素
通过以上分析可以看出，引起内孔电镀镉钛不合格的主要缺陷为φ90H7精度孔虚镀层及φ97环槽镀层不完整这两种缺陷的关键因素为精度孔吹砂保护不到位、环槽吹砂不到位、精度孔电镀保护不到位、环槽电镀方式不合适。进一步归纳，即为工艺流程中吹砂和电镀时方法不适造成的影响，导致零件缺陷的产生，接下来着重从这两方面对该零件电镀镉钛进行工艺改进。
3 改进措施
3.1 吹砂方式改进
由于吹砂方式既影响环槽吹砂的完整性，同时又要保证精度孔不被吹砂，且环槽处于精度孔之间。因此，传统的吹砂方式对该区域吹砂是不适用的。设计工装改进吹砂方式将很好的解决此问题。图2为工装图。
此保护工装材料为45钢，图形和尺寸完全与精度孔和环槽的结构吻合。采用五段式结构，三段保护精度孔，两段外露（图示两处尺寸为30mm的部位），与环槽位置一致。应用此工装再配合470电镀保护胶带，可以在吹砂过程中保护精度孔，同时环槽可以百分百进行吹砂，为后续电镀做好准备。
3.2 电镀方式改进
由于环槽所处位置较深，简单的电镀方式很难保证镀层的完整性和均匀性。因此将通过添加辅助阳极的方式对该环槽部位进行改进。
首先，对精度孔进行保护。要求工人使用470保护胶带对φ90H7精度孔全面保护，以竖贴胶带的方式对精度孔进行细致保护，保护结束后使用硬物将胶带压紧。
第二方面，电镀过程中对环槽部位装挂Φ10mm×200mm镉阳极棒。辅助阳极的使用将很大程度上改善环槽内的电力线分布，可以保证环槽内镀层的完整性。
4 改善结果
将以上优化后的工艺参数纳入工艺文件中，并对操作工人和检验人员进行相关培训，提升了零件的一次交检合格率。
参考文献
[1] 郑瑞庭.电镀实践900例[M].北京：化学工业出版社，2007.
[2] 汤智慧，张晓云，陆峰，等.镀层结构与氢脆关系研究[J].材料工程，2006（10）：37-42.
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