1、前言

鈦合金具有很高的強度質(zhì)量比及耐蝕性，在航空產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用?鈦合金硬度低?耐磨性能差，對于有耐磨性能要求的軸類?桶類零件，需在鈦合金表面進行鍍鉻，以提高其表面硬度和耐磨性能?鈦是非?；顫姷慕饘?，與空氣中的氧和氮易生成薄而致密的鈍化膜，這層鈍化膜會阻礙電鍍的進行?為避免鈍化膜對鈦合金電鍍鉻的影響，多采用轉(zhuǎn)化膜+預(yù)鍍層工藝對鈦合金進行前處理?

目前，在生產(chǎn)中應(yīng)用較多的電鍍鉻前處理工藝為活化+氫化處理+鍍?nèi)榘足t，但在實際零件生產(chǎn)中，受多種因素影響，鈦合金電鍍鉻零件產(chǎn)品合格率仍不穩(wěn)定?且氫化處理工藝采用純硫酸與純鹽酸配制高純酸液，溶液去除量大，危險性高，使用時溫度控制范圍較窄，既容易影響到零件尺寸，又容易造成安全事故?為優(yōu)化鈦合金電鍍前處理工藝，避免氫化處理工藝存在的缺陷，對理論上膜層穩(wěn)定性更好的氟化處理工藝進行了研究?

2、試驗

2.1試驗配方

表1 轉(zhuǎn)化膜工藝配方

鑒于除油?吹砂?預(yù)鍍層(鍍?nèi)榘足t)?熱處理工藝為鈦合金電鍍通用處理工藝，且按照以往生產(chǎn)經(jīng)驗，也未發(fā)生過只有鍍硬鉻層脫落，乳白鉻層未脫落現(xiàn)象，因此，鈦合金鍍鉻前處理工藝主要研究對象為活化工藝及轉(zhuǎn)化膜工藝?

現(xiàn)有零件均為經(jīng)過了精密機械加工的零件，且經(jīng)過吹砂，氧化膜較薄，因此可不采用活化工藝，而是在吹砂后直接進行轉(zhuǎn)化膜工藝?轉(zhuǎn)化膜工藝配方見表1,活化工藝配方見表2?

表2 活化工藝配方

2.2選型試驗方案

鈦合金鍍鉻工藝主要應(yīng)用于有一定耐磨要求的鈦合金表面的防護，從設(shè)計指標(biāo)上主要要求其具有較高的結(jié)合強度?對基體的疲勞影響較小，從工藝上其處理工藝主要要求其對基體的去除量較小?因此采用TC2?TC6?TC18圓柱試料?棒狀試料進行試驗，分別考察每組試驗中試料的基體去除量?電鍍后鍍層結(jié)合力(熱震法)?

基體去除量：在處理前?后對試樣進行稱重，計算基體表面去除量?

熱震法測結(jié)合力：將試樣加熱到300℃,保溫0.5h,放入室溫水中驟冷?

試樣圖片見圖1?圖2?

2.3 性能對比試驗方案

采用脈沖加熱熱導(dǎo)氫測定儀測定試樣氫含量，試樣鍍鉻層厚度 80 ～ 100μm，試樣尺寸為 4mm×4mm×2mm。按照 HB5143《金屬室溫拉伸試驗方法》對電鍍鉻后的試樣進行拉伸，試樣光桿區(qū)域鍍鉻層厚度 80 ～100μm，試樣如圖 3 所示。

3、結(jié)果與討論

3.1選型試驗結(jié)果

在選型試驗中，采用ASTMB481-68高濃度的硝酸氫氟酸活化工藝(活化工藝3)?重鉻酸鉀-氫氟酸轉(zhuǎn)化膜工藝時(轉(zhuǎn)化膜工藝5),反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生大量氣泡-氮氧化物紅煙，去除量較大(活化工藝單面去除量>2μm,轉(zhuǎn)化膜工藝單面去除量>4μm)?且考慮到氫氟酸有較大安全風(fēng)險，硝酸?重鉻酸鉀屬于易制爆化學(xué)品，采購及存儲存在一定困難，未進行后續(xù)試驗?

表3 TC2材料選型試驗結(jié)果

表4 TC6材料選型試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明對于TC2材料，不采用活化工藝時，采用各種轉(zhuǎn)化膜工藝均不能獲得結(jié)合力良好的鍍層；采用磷酸鈉-氟化鈉-醋酸配方時，均不能獲得結(jié)合力良好的乳白鉻層；采用鹽酸-氫氟酸活化或硝酸-氫氟酸活化?RLD-1100轉(zhuǎn)化膜時，均可獲得結(jié)合力良好的鍍層?但考慮到硝酸-氫氟酸活化溶液濃度較高，且需使用易制爆品硝酸，最終選擇鹽酸-氫氟酸活化+RLD-1100轉(zhuǎn)化膜作為優(yōu)選工藝?

對于TC6?TC18材料，不采用活化工藝時，采用RLD-1100轉(zhuǎn)化膜時，也可獲得結(jié)合力良好的鍍層?采用磷酸鈉-氟化鈉-醋酸轉(zhuǎn)化膜時，均不能獲得結(jié)合力良好的鍍鉻層，不采用硝酸-氫氟酸活化工序，可避免使用易制爆品硝酸及危險性較大的氫氟酸，去除量及吸氫量也更小，最終選擇RLD-1100轉(zhuǎn)化膜作為優(yōu)選工藝?

3.2氫化處理與氟化處理性能對比試驗結(jié)果

氫含量?結(jié)合強度?抗拉強度試驗(含斷面收縮率?斷后伸長率)結(jié)果分別見表6?表7?表8?

表5 TC18材料選型試驗結(jié)果

表6 基體氫含量

表7 鍍層結(jié)合強度

表8：抗拉強度試驗結(jié)果

由表6可知，TC2?TC6?TC18鈦合金電鍍鉻后，基體氫含量數(shù)值均未超過0.015%的要求值，但數(shù)值均相對較高?理論上氟化處理時間更短，酸液濃度更低，基體含氫量應(yīng)更低，但電鍍鉻時間長?電流效率低，是基體吸氫的主要來源，且電鍍鉻層厚度可能有一定波動，因此決定基體氫含量的更多是鍍鉻工序，可認(rèn)為經(jīng)2種前處理工藝后基體含氫量基本相當(dāng)?

由表7可知，TC2?TC6?TC18鈦合金鍍鉻層的結(jié)合強度均在60~66MPa范圍內(nèi)，采原氟化處理工藝電鍍的鍍層結(jié)合強度與采用氫化工藝電鍍的鍍層結(jié)合強度基本相當(dāng)，沒有明顯差距?

由表8可知，對于TC2?TC6?TC18鈦合金，不論采用何種前處理工藝，基體的抗拉強度均會有所下降?經(jīng)2種前處理工藝處理后，TC2材料基體抗拉強度基本一致?經(jīng)2種前處理工藝處理后，經(jīng)氫化處理的TC6鈦合金基體的抗拉強度稍高于經(jīng)氟化處理工藝處理的基體，經(jīng)氫化處理的TC18鈦合金基體的抗拉強度稍低于經(jīng)氟化處理工藝處理的基體?對于TC2?TC6?TC18鈦合金，不論采用何種前處理工藝，伸長率和斷面收縮率均會有所下降?經(jīng)2種前處理工藝處理后，3種材料的伸長率和斷面收縮率均相差很小，且滿足伸長率≥10%,斷面伸縮率≥23%的要求?考慮到試棒尺寸存在一定偏差?鍍層厚度也存在一定偏差，可能導(dǎo)致的基體抗拉強度變化，可認(rèn)為經(jīng)2種前處理工藝后電鍍鉻的基體抗拉強度基本相當(dāng)，伸長率?斷面收縮率基本相當(dāng)，沒有明顯差距?

4、結(jié)語

對于TC2材料，采用鹽酸-氫氟酸活化+RLD-1100氟化處理液，可獲得結(jié)合強度良好的鈦合金鍍鉻鍍層?對于TC6?TC18材料直接采用RLD-1100氟化處理液，即可獲得結(jié)合強度良好的鈦合金鍍鉻鍍層?采用RLD-1100氟化處理并電鍍的基體，其基體含氫量?抗拉強度與采用氟化處理并電鍍的基體性能相當(dāng)?

參考文獻:

[1]孫志華，劉佑厚，張曉云等。鈦及鈦合金的電鍍工藝述評[J].腐蝕與防護，2005,26(11):493-496.

[2]湯智慧，王長亮，貢興嘉等。電鍍硬鉻工藝對TC6鈦合金性能的影響研究[J].航空材料學(xué)報，2012,32(4):49-52.

[3]李博。提高鈦合金零件鍍鉻層結(jié)合力的方法[J].電鍍與精飾，2014,36(3):26-28.

[4]楊鵬，趙金航，王娟。提高鈦合金零件鍍鉻結(jié)合力[J].電鍍與精飾，2015,37(8):28-31.

[5]郭初陽，郭喜軍，王永紅等。鈦合金零件鍍鉻工藝及控制研究[J].新技術(shù)新工藝，2015,10:96-99.

相關(guān)鏈接