淺析對飛機鋼零件表面處理過程的質量控制

董化宇

（中航工業質量審核及管理體系認證中心，北京 100028）

當前，飛機結構方面使用的材料主要有金屬和非金屬兩大類。金屬材料有鋼（含不銹鋼）、鋁合金、鈦合金、高溫合金，以及少量的鎂合金、銅合金、鋁鋰合金等。雖然鋼在飛機結構中所占比例逐漸降低，以蘇–27飛機為例，其上鋼零件的重量已不足整機結構重量的十分之一，但鋼所具有的特性是任何其他類別金屬所無法替代的。一些重要的承力件，如飛機起落架支柱、活塞桿、作動筒、平尾大軸、垂尾主梁及部分最重要的接頭、承力螺栓等仍用超高強度鋼制造。

但是，由于鋼易腐蝕的特點，在使用前必須對其進行防護，即表面處理，以提高鋼的耐蝕性和其他性能（如耐磨性等）。表面處理是通過機械和化學的方法處理后，能在產品表面形成一層保護基體的保護層，在自然界中能達到穩定狀態，增強基體的抗蝕性、耐磨性和增加產品的美觀。

影響飛機鋼零件（以下簡稱“鋼零件”）表面處理過程質量的因素有加工方法、設備、檢測、材料、環境和人員等。在表面處理過程中，只有對以上這些因素實施過程控制，才能確保鋼零件表面處理的質量。下面從6個方面探討如何對鋼零件表面處理過程進行質量控制。

1 加工方法

常用的鋼零件表面處理加工方法有電鍍、轉化膜層、熱噴涂、涂裝等4大類。它們的工藝流程通常是：零件驗收—前處理—鍍覆或化學覆蓋—后處理。

1.1 零件驗收的控制

鋼零件在鍍覆或化學覆蓋前應無油污、油漆、機加工劃線涂色、金屬屑，同時還應無銹蝕、斑點、結瘤、毛刺、氧化皮等。經磨削加工、探傷檢查的零件應無剩磁、磁粉及熒光粉等。

為了防止零件中的內應力使鍍層開裂，經機械加工、研磨、冷成形、冷矯形的零件、抗拉強度（σb）大于或等于1 050 MPa的鋼零件，在鍍覆前應進行消除應力處理。

1.2 前處理的控制

前處理主要是對鋼零件表面進行除油、浸蝕（除銹）或吹砂。

除油有溶劑除油、氣相除油、化學除油、電解除油、乳化除油、超聲波清洗等。應對除油時的溶劑或溶液的成份、溫度、電流、時間等實施控制。

侵蝕（除銹）有電解侵蝕、弱侵蝕和強侵蝕。侵蝕（除銹）時應對電流、溶液的成份、時間、溫度等實施控制。

熱噴涂時，用汽油或其它有機溶劑去除鋼零件表面的油脂。通過吹砂去掉零件表面的氧化物及污物。要控制汽油或有機溶劑的清潔度、清洗方法、吹砂時的壓縮空氣壓力、砂粒的直徑及吹砂和熱噴涂時間間隔等。

涂裝時，待涂裝的鋼零件可通過手工除油、機械除銹、吹砂、磷化等方法進行除油和除銹等表面準備，保證零件表面無油、無銹，磷化膜層外觀、耐蝕性等滿足涂裝的要求。

1.3 鍍覆或化學覆蓋的控制

鋼零件在鍍覆或化學覆蓋過程中的工作溫度、電流密度、電壓值、槽液攪拌方式、槽液成分、環境的溫濕度、清潔度等影響零件的表面處理質量。應按工藝說明書（或工藝規程）中規定的工藝參數對鍍覆或化學覆蓋過程實施控制。

1.4 后處理的控制

鋼零件表面處理的后處理有除氫、鈍化、封閉、皂化、填充等。

凡抗拉強度大于或等于1 050 MPa的鋼零件，鍍覆后都要進行除氫處理。具體的加熱溫度和保溫時間根據合金牌號和強度級別確定。另外，鍍覆或化學覆蓋至除氫處理之間的時間間隔也要按有關要求進行控制。

鋼零件鍍鋅、鍍鎘層鈍化時應控制鈍化液的成份、鈍化時間、干燥方法等。鈍化后的干燥溫度不宜超過60℃。

鋼零件磷化膜封閉應控制封閉液的成份、封閉時間等。

鋼零件氧化（發蘭）膜層皂化或填充處理應控制皂化液或填充液的成份、皂化或填充時間等。

2 設備

鋼零件表面處理的設備有槽子、槽液、電源、除氫烘箱、壓縮空氣、儀表、鹽霧試驗箱等。設備是保證表面處理質量的基礎。

2.1 槽子的控制

有嚴格要求的需加溫或冷卻的槽子，應有溫度自動控制和指示裝置。需要攪拌的槽子，應采用機械攪拌、壓縮空氣攪拌或其它形式的攪拌。

2.2 槽液的控制

槽液應定期分析與維護，槽液的分析周期可以實施動態控制。各種槽液成分都應用圖表法進行記錄和控制，要規定范圍、控制范圍和警告范圍。槽液應定期或連續過濾。

2.3 電源的控制

高強度鋼電鍍用整流器的波紋系數要求不大于10%，鍍硬鉻電源的波紋系數要求不大于5%。

2.4 除氫烘箱的控制

除氫烘箱應裝備溫度自動控制、指示和記錄的裝置。除氫烘箱工作區溫度均勻性應達到熱處理Ⅳ類加熱設備的要求。

2.5 壓縮空氣的控制

用于鋼零件表面處理槽液攪拌和零件干燥的壓縮空氣，應經過適當的凈化和過濾，不得有油、水和固體顆粒。

2.6 儀表的控制

鋼零件表面處理過程中所用電流表和電壓表的精度，應不低于1.5級。鍍（膜）層厚度測量儀器應符合GB/T 6463–2005《金屬和其它尤機覆蓋層 厚度測量方法評述》的規定。

2.7 鹽霧試驗箱的控制

耐蝕性試驗用的鹽霧試驗箱應符合GB 6458–1986《金屬覆蓋層 中性鹽霧試驗》、GB 6459–1986《金屬覆蓋層 醋酸鹽霧試驗》、GB 6460–1986《金屬覆蓋層 銅加速醋酸鹽霧試驗》中的有關規定。

3 檢測

鋼零件表面處理的檢測是對保護層進行檢驗或試驗，以驗證保護層是否滿足規定的要求。

3.1 檢驗（試驗）項目

對鋼零件表面處理保護層的檢驗（試驗）主要有外觀、厚度、結合力（附著力）、耐蝕性及其它性能檢驗（試驗）項目。具體的鋼零件表面處理過程的檢驗（試驗）項目詳見表1。

表1 鋼零件表面處理質量檢驗（試驗）項目

3.2 檢驗方法

3.2.1 外觀檢驗

電鍍層外觀檢驗應在天然散射光線或無反射光的白色透射光下進行目視檢驗。光的照度應不低于300lx。關鍵和重要零件應100%檢查，其它零件按GB 12609–2005《電沉積金屬覆蓋層和相關精飾計數檢驗抽樣程序》抽樣檢查。鍍層顏色應符合要求，結晶應均勻、細致。

磷化、化學氧化（發蘭）等轉化膜層的外觀檢驗是對關鍵和重要零件應100%進行，其它零件按GB 12609–2005抽樣進行。導管零件每批抽2%（不少于1根）剖切檢查管內磷化膜、氧化膜質量。磷化膜顏色為灰至灰黑色，化學氧化（發蘭）膜顏色為黑色、褐色、紫色。磷化膜、氧化（發蘭）膜應連續、均勻、完整。

不銹鋼鈍化膜的外觀檢驗的原則是無論大零件或重要零件應100%進行目視檢查。小零件可每批抽5%～10%進行目視檢查。導管零件定期或每批抽樣剖開檢查管內鈍化膜層質量。鈍化膜顏色為銀白、灰白或鋼灰色。

熱噴涂鋅的零件應100%進行外觀檢驗。顏色應是淺灰色至灰白色。熱噴涂層應密實、完整，顆粒應細小、均勻。

涂漆膜層的外觀用目視法檢查。漆膜的顏色和色調應均勻一致。漆膜表面平整、光滑，無流痕、漏噴、粗糙顆粒及橘皮等現象。

干膜潤滑劑膜層的外觀應均勻、光滑、連續。

3.2.2 厚度測量

電鍍層厚度檢驗可用顯微鏡測量法、磁性測量法、陽極溶解庫倫法、量具測量法、稱重法等方法。關鍵和重要零件應100%檢查，其它零件按GB12609–2005抽樣檢查。厚度應符合圖紙或工藝文件的規定。

熱噴涂鋅層厚度檢驗可定期或按批次進行，應符合圖紙或工藝文件的規定。檢驗時抽取2～3個零件（或試件）進行測厚。測厚的方法有儀器測厚法、量具測厚法。

涂漆漆膜和干膜潤滑劑膜層厚度應符合圖紙或技術文件的規定。厚度檢驗按GB/T 13452.2–2008《色漆和清漆 漆膜厚度的測定》的規定進行。

3.2.3 結合力（附著力）檢驗

當新配鍍液或鍍液有較大變化時，必須對電鍍層進行結合力檢驗。在連續生產時必須定期檢驗。

熱噴涂鋅層結合力檢驗可定期或按批次進行抽查，不允許有脫落現象。檢驗方法有錘擊法、落球法。

應對漆膜和干膜潤滑劑膜層的結合力進行檢驗。可采用美國3M公司的250#壓敏膠帶或等效膠帶。經膠帶檢驗后膜層應完整如初。

3.2.4 耐蝕性試驗

電鍍層耐蝕性檢驗是當新配鍍液或鍍液有較大變化時，必須對鍍層進行耐蝕性檢驗。在連續生產時必須定期進行耐蝕性檢驗。耐蝕性檢驗按GB 6458–1986的要求和方法進行。鹽霧試驗的時間應滿足圖紙或工藝文件的規定。

磷化膜層耐蝕性檢驗是在每批零件中抽取2～3件，或用相同材料、相同熱處理狀態、相同粗糙度并與零件同槽磷化的試樣。將零件或試樣浸入3%的氯化鈉溶液中，在15℃～25℃下保持2h。取出零件或試樣（件），檢查其表面，不應有基體金屬銹蝕出現。

化學氧化（發蘭）耐蝕性檢驗是在每批零件中抽取3件，或用相同材料、相同熱處理狀態與所代表批相同條件下氧化的試樣。將試樣（件）用蘸有無水乙醇的棉球擦拭除油（剛處理好的試樣或試片可不除油），再浸入3%的硫酸銅溶液中，在15℃～20℃下保持20s，取出試樣（件），檢查其表面是否有接觸銅出現。

不銹鋼鈍化膜的耐蝕性檢驗是定期從交檢的零件中取1～2個零件進行耐蝕性檢驗。將帶有鈍化膜層的零件或試樣浸在3%氯化鈉溶液中，在15℃～25℃下保持24h，取出零件或試樣檢查表面，應無銹蝕痕跡或銹蝕產物。

3.2.5 氫脆性試驗

電鍍鎘–鈦、鋅、鎘、銅、硬鉻時，當抗拉強度σb≥1 240 MPa的鋼的關鍵、重要件進行電鍍時，必須進行氫脆性試驗。氫脆性試驗是對新配制或調整后的槽液，以及每批零件都要作一次缺口試棒持久試驗，持續200 h不斷為合格。

磷化、化學氧化（發蘭）等轉化膜層，如有要求，抗拉強度σb≥1 300 MPa的關鍵、重要件進行化學氧化（發蘭）時，也應進行氫脆性試驗。

3.2.6 孔隙率檢驗

電鍍硬鉻層有孔隙率要求的零件，應進行鍍層孔隙率檢驗，按GB 12609–2005定期抽樣檢驗，每平方分米面積上氣孔不得多于5個。電鍍裝飾鉻鍍層按GB 12609–2005規定的方法和要求定期進行孔隙率檢驗，每平方厘米面積上氣孔不得多于3個。

用于防止滲碳、滲氮、氰化（碳氮共滲）的電鍍銅鍍層應100%檢驗孔隙率，銅鍍層應無孔隙。其它有孔隙率要求的銅鍍層按技術文件規定檢驗。檢驗方法有貼濾紙法和浸漬法。

3.2.7 其它檢驗項目

電鍍鎘–鈦鍍層中的鈦含量用同槽試片測定。鎘–鈦鍍層內鈦含量范圍應在0.1%～0.7%之間。檢驗方法按HB 5361–1986《隔–鈦電鍍工藝分析方法》進行。

電鍍銅鍍層鈍化膜的質量按HB 5064–1977《銅及銅合金氧化膜層質量檢驗》的規定進行外觀、耐蝕性檢驗。在光照度不低于300lx的光線下采用目視方法，大零件和重要零件應100%、小零件每批抽取5%～10%進行外觀檢驗。耐蝕性檢驗每工作班至少進行一次。

鍍銅層氧化膜的質量按HB 5065–1977的規定進行外觀、韌性和結合力、抗變色性能檢驗。

電鍍硬鉻層有特殊要求的零件，根據工藝文件的規定抽查鉻鍍層的顯微硬度。顯微硬度值不應低于700 HV。

化學氧化（發蘭）每批零件抽取3個進行清洗質量檢驗，不應有殘留堿存在。

磷化膜膜重檢驗是在當有新產品或工藝、槽液配方改變，以及有定期檢驗規定的情況下，應按GB/T 9792–2003《金屬材料上的轉化膜 單位面積膜質量的測定–重量法》進行。膜重應符合有關圖樣和技術文件的規定。

不銹鋼鈍化膜層完整性檢驗是每工作班至少進行一次膜層完整性檢驗。從每批交檢的零件中抽1～2個零件或用與零件同類材料同槽處理的試樣檢驗膜層完整性。

熱噴涂鋅重量檢驗是從一批零件中抽取2～3個進行噴涂前、后的稱重檢查，應符合圖紙或技術文件的規定。

4 材料

飛機鋼零件表面處理所使用材料有水、酸、堿、鹽、各種添加劑、各種金屬的陽極板等。水的水質分類、指標，應符合工藝文件的要求。所用化學藥品和其它材料的規格、標準應在工藝文件中作出明確的規定。專用的化學藥品（如添加劑等）和材料應定點定質供應。化學藥品和其它材料必須有出廠合格證或質量保證單，必要時做入廠復驗。

5 環境

工作環境的溫度和相對濕度對鋼零件涂裝的質量影響較大，因此涂裝時，要對工作環境的溫度和相對濕度按工藝文件的規定實施監督控制。

6 人員

從事飛機鋼零件表面處理過程的操作者、檢驗和試驗人員，應經過培訓、考核并持證上崗。

綜上所述，只有通過控制飛機鋼零件表面處理過程中的各種因素（如加工方法、設備、材料、環境、人員等），嚴格按工藝說明書（或工藝規程）規定的參數進行操作，并對表面處理過程的結果（保護層的質量）進行全面的檢驗（試驗），才能確保鋼零件表面處理的保護層滿足規定的要求，達到預期的效果。