鈦合金鍍?nèi)榘足t預(yù)鍍層的隱患分析與預(yù)防

李成龍 劉玉燕 劉吉飛 張起富 南偉（大連長(zhǎng)豐實(shí)業(yè)總公司，遼寧大連116038）

0 引言

鈦合金比強(qiáng)度高、力學(xué)性能好，但硬度低，耐磨性差，航空修理多使用鍍硬鉻提高其硬度和耐磨性。在鈦合金鍍硬鉻之前需進(jìn)行鍍?nèi)榘足t打底，由于乳白鉻預(yù)鍍層的孔隙率比硬鉻鍍層低，其硬度也比硬鉻鍍層低，可對(duì)需要良好氣密性的零件進(jìn)行防護(hù)，不容易出現(xiàn)鍍鉻網(wǎng)紋，隨著厚度的增加而氣孔率減少。

從鍍硬鉻的特性上分析，由于硬鉻沉積過程中，晶粒間存在較大應(yīng)力，易出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋，但實(shí)際生產(chǎn)中，要控制乳白鉻不出現(xiàn)網(wǎng)紋，以減少鍍鉻網(wǎng)紋的增加和延伸，使得鍍鉻網(wǎng)紋控制在性能允許的范圍內(nèi)。本次研究采用鈦合金鍍鉻后的熒光探傷、金相檢測(cè)和SEM 掃描電鏡檢測(cè)，分析網(wǎng)紋產(chǎn)生原因以及影響，同時(shí)分析乳白鉻后熱處理對(duì)結(jié)合強(qiáng)度的影響，由于熱處理后會(huì)形成氧化物，需進(jìn)行吹砂處理，因乳白鉻層較軟，硬度只有（400～500）HV，本次試驗(yàn)優(yōu)化吹砂的工藝參數(shù)，保證乳白鉻預(yù)鍍層完整，提高鍍硬鉻的前處理質(zhì)量。

1 試驗(yàn)結(jié)果與分析

1.1 乳白鉻網(wǎng)紋分析

按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試片1#～20#、試棒1#～20#進(jìn)行鍍?nèi)榘足t處理。其中，試片1#～10#、試棒1#～10#繼續(xù)鍍鉻處理，其他試驗(yàn)件同槽處理后待用。經(jīng)過熒光探傷發(fā)現(xiàn)，試棒2#、3#、4#、7#、9#的邊緣處網(wǎng)紋明顯，試片1#、4#、5#、6#邊緣部位也存在相對(duì)試棒微小的網(wǎng)紋。圖1為試棒的熒光探傷照片，網(wǎng)紋只出現(xiàn)在試棒的電鍍根部，即臨近絕緣區(qū)域，試片網(wǎng)紋也相對(duì)集中在邊緣。采用S-4800冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，觀察試片鍍鉻層截面形貌，從圖2中可以看出明顯的鍍鉻網(wǎng)紋，網(wǎng)紋從乳白鉻預(yù)鍍層和鈦合金基體的截面處開始，并進(jìn)一步延伸。

檢測(cè)試片11#～20#、試棒11#～20#邊緣處的乳白鉻預(yù)鍍層厚度，試棒的厚度為（18～33）μm，試片的厚度（24～37）μm，進(jìn)行熒光探傷檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，乳白鉻厚度超過25μm，逐漸可觀察出網(wǎng)紋，當(dāng)接近30μm后網(wǎng)紋明顯。記錄位置，繼續(xù)吹砂、鍍鉻處理，經(jīng)過熒光探傷以及SEM 掃描電鏡檢測(cè)，鍍鉻網(wǎng)紋現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)，與1#～10#網(wǎng)紋狀態(tài)相近。

由于厚度增加導(dǎo)致網(wǎng)紋增多，所以要降低鍍層厚度。保持電流密度及溫度等參數(shù)不變，采用陰極保護(hù)分散電流方式，縮短乳白層預(yù)鍍層厚度，對(duì)試片21#～30#、試棒21#～30#進(jìn)行鍍?nèi)榘足t處理。檢測(cè)試棒發(fā)現(xiàn)，試棒鍍?nèi)榘足t邊緣的厚度（17～22）μm，試片邊緣厚度為（12～23）μm，再次熒光探傷未發(fā)現(xiàn)網(wǎng)紋，鍍鉻后的掃描電鏡圖像顯示出網(wǎng)紋明顯減少，尤其是未發(fā)生在鍍?nèi)榘足t的過程中，這說明厚度降低可以保證乳白鉻無裂紋故障出現(xiàn)，同時(shí)減少鍍鉻裂紋。

圖1 試棒邊緣處網(wǎng)紋

圖2 試片截面SEM形貌

1.2 乳白鉻結(jié)合強(qiáng)度分析

利用退鍍?cè)嚰芯空婵諢釘U(kuò)散退火對(duì)乳白鉻預(yù)鍍層的結(jié)合強(qiáng)度影響，選取試片15件鍍?nèi)榘足t后進(jìn)行真空熱擴(kuò)散退火再進(jìn)行鍍鉻，與直接鍍鉻的15件試片進(jìn)行結(jié)合強(qiáng)度對(duì)比，乳白鉻平均厚度為15μm。

采用拉拔法（拉伸速度1mm/min）測(cè)試兩組乳白鉻層的結(jié)合強(qiáng)度，直接鍍鉻的結(jié)合強(qiáng)度為（14～21）MPa，經(jīng)過熱處理的結(jié)合強(qiáng)度為（16～26）MPa，結(jié)合強(qiáng)度相接近，未體現(xiàn)明顯的結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)。在避免鍍層過氧化的前提下，實(shí)際生產(chǎn)中可執(zhí)行工藝要求“TC1、TC2的鈦合金零件鍍?nèi)榘足t之后可不進(jìn)行熱擴(kuò)散退火”。

1.3 乳白鉻厚度損失分析

實(shí)際生產(chǎn)中，采取60 目剛玉砂在（0.3～0.5）MPa 的壓力下進(jìn)行吹砂處理，乳白鉻均存在一定的厚度損失，損失約（5～15）μm，較厚的鍍層因存在應(yīng)力，吹砂后漏出底層，產(chǎn)品的中間位置厚度較薄，更容易漏底層。鍍鉻前，鍍?nèi)榘足t預(yù)鍍層厚度應(yīng)為（5～15）μm，吹砂前應(yīng)提高厚度余量，同時(shí)避免厚度增加鍍鉻網(wǎng)紋，所以應(yīng)控制鍍?nèi)榘足t在（15～25）μm，通過試驗(yàn)選取最佳的砂粒目數(shù)和吹砂壓力，保證厚度損失最小、結(jié)合力效果最優(yōu)。

針對(duì)不同位置的鍍?nèi)榘足t吹砂試驗(yàn)，壓力增加，厚度明顯降低，采用較低壓力操作更易控制厚度，用60目砂粒吹砂后，厚度降低最多，用180目砂粒吹砂后，雖然厚度降低最少，但部分試件的乳白鉻表面出現(xiàn)吹砂不均勻、需要重復(fù)吹砂進(jìn)而影響結(jié)合力的問題，采用0.2MPa～0.3MPa、120目的吹砂效果最佳，即使乳白鉻氧化稍重，增加吹砂時(shí)間，也無明顯的損失和漏出底層現(xiàn)象，厚度均滿足（5～15）μm的要求。

2 結(jié)語

（1）由于鍍鉻層存在應(yīng)力，鍍鉻的網(wǎng)狀裂紋是不可避免的。但是，當(dāng)乳白鉻預(yù)鍍層厚度超過25μm時(shí)，乳白鉻層陸續(xù)出現(xiàn)網(wǎng)紋，并隨著厚度的增加，數(shù)量明顯增多，這會(huì)影響鍍硬鉻后的網(wǎng)紋數(shù)量，軸類零件鍍?nèi)榘足t可設(shè)置陰極保護(hù)，分散尖端電流，控制鍍?nèi)榘足t在（15～25）μm。

（2）經(jīng)過熱擴(kuò)散處理的乳白鉻預(yù)鍍層，鍍鉻后的結(jié)合強(qiáng)度與未經(jīng)熱處理無明顯差異，針對(duì)TC1、TC2的鈦合金零件鍍?nèi)榘足t之后可不進(jìn)行熱擴(kuò)散退火。

（3）由于吹砂會(huì)去除較軟的乳白鉻層，乳白鉻損失約（5～15）μm,所以吹砂前應(yīng)控制鍍層厚度在（15～25）μm，電鍍前應(yīng)利用120目的剛玉砂在0.2MPa～0.3MPa進(jìn)行吹砂處理，減少鍍層損失，以滿足（5～15）μm的厚度要求。