起落架外筒內壁過腐蝕修復研究

■ 劉吉飛 王瓊 巨敏 周元彪/大連長豐實業總公司

0 引言

某型飛機起落架修理過程中，發現起落架外筒內壁上端存在過腐蝕。經調查分析，原因是起落架外筒在使用過程中內部充裝了壓縮空氣，飛機起降過程及環境溫度的變化均會使壓縮空氣受熱冷凝而形成水汽，導致大量的水珠凝結于起落架外筒內壁上端，形成局部微電池，長期在該環境條件下使用而引起內壁局部腐蝕（見圖1），腐蝕點深度約0.2 ～0.45mm，嚴重影響了產品的氣密性。如果直接進行鍍鉻修復，在腐蝕點部位無法沉積鉻層，形成“黑砂眼”反而會加速零件使用過程中的腐蝕；如果采用磨削排除腐蝕點后再鍍鉻修復，鉻層厚度不僅超出了表面技術條件要求0.2mm，且鉻層硬度高、內應力大，隨著鉻層厚度的增加，疲勞強度會下降，當鍍鉻層厚度達到200μm 時，疲勞強度約降低30%[1]。

圖1 起落架外筒內壁腐蝕狀態

1 修復工藝分析

氨基磺酸鎳鍍鎳層具有內應力低、延展性好、生產效率高、分散能力和覆蓋能力優良等特點，因此氨基磺酸鎳鍍鎳可作為鍍鉻中間層，鍍鎳后再進行鍍鉻可提高零件的耐磨性[2]。因此針對上述故障，先采用氨基磺酸鎳鍍鎳填平腐蝕部位，然后通過鏜磨除掉多余的鍍鎳層，最后進行鍍鉻、鏜磨恢復到原設計尺寸。

1.1 鍍層質量控制分析

氨基磺酸鎳鍍鎳溶液對于溫度的要求較為嚴格，若溫度太低（≤20℃），會引起電流效率低、沉積緩慢、鍍層易燒焦等現象；若溫度太高（≥60℃），鍍鎳的主鹽氨基磺酸鎳會發生分解，產生大量的不容物Ni(OH)2，影響鍍鎳層的質量，甚至鎳層不沉積[3]。為避免溫度過高或過低引起的鍍層質量問題，電鍍時采用水浴加熱的方式進行槽液加溫，并嚴格控制水浴槽的溫度為（50±5）℃。

Cl-影響陽極的活性及鍍層的內應力，電解液中加入Cl-能有效防止陽極鈍化，增加溶液的電導率和電流密度的使用范圍，從而加快陰極上鎳層的沉積速率。但是Cl-對鍍層內應力的影響也很大，Cl-影響沉積層的內部結構，隨著Cl-含量的增加，鍍層的拉應力增大。嚴格控制Cl-的含量是獲得優良鍍鎳鍍層的前提條件[4]。為防止由于Cl-含量引起的鍍層應力過大或陽極鈍化現象，溶液配置時應嚴格控制NiCl2的加入量（5 ～10g/L），并應定期化驗NiCl2的含量。

電鍍鎳的過程中，鎳陽極消耗量較大，產生的沉渣落在外筒表面會引起鍍鎳層粗糙、起皮等結合力問題。為避免陽極溶解沉渣帶來的鍍層質量問題，電鍍時陽極用尼龍布套保護，并在槽液循環入口處安裝過濾網，電鍍后應及時清理陽極套、過濾網。

起落架外筒吹砂，在裝夾過程中基體會發生鈍化。為獲得結合力良好的鍍層，裝夾完后將電鍍活化用的稀鹽酸通過槽液循環泵灌入起落架外筒內部進行活化處理，再用純水循環清洗干凈后，先進行反向小電流（1 ～2A/dm2）活化20 ～60s，然后立即轉為正向電鍍。

鍍鎳后鎳層還要經過除氫→磨削→消除應力等過程，鎳層會鈍化。鍍鉻前采用180 目金剛玉進行吹砂處理，鍍鉻時先通小電流（10 ～20A/dm2）進行陰極活化處理40 ～90s，再升至正常電流進行電鍍鉻。

1.2 難點分析

1.2.1 象形陽極設計

根據電鍍象形陽極設計原理，結合氨基磺酸鎳鍍鎳陽極消耗量大的特點，設計一套能可持續利用的象形陽極。先將鈦管（φ30mm）鉆孔后制作成鈦網，在鈦網內填滿鎳球（φ5mm ～φ10mm）制成象形陽極，用于保證電鍍鎳的分散能力和覆蓋能力。

起落架外筒腐蝕、損傷嚴重，需要較厚的鎳層來填補缺欠部位。如果以鎳棒制成陽極，會出現陽極溶解較快，難以實現加厚鍍鎳，同時還會出現陽極溶解不均勻，導致鍍層厚度不均勻的情況。因此設計填裝鎳球的鈦網作為陽極，在鍍鎳過程中可以根據陽極的消耗情況隨時補充鎳球。

1.2.2 槽液循環體系設計

采用密封內腔、在內腔內部循環電鍍的技術進行氨基磺酸鎳鍍鎳，將電磁泵、膠管、起落架外筒內腔設計成為一個槽液循環體系，用于實現槽液的循環。即上下各設計制作一個密封堵蓋，將起落架外筒內腔密封，在上堵蓋上開孔接入橡膠管，用泵將槽液從起落架外筒下部小孔打入，由連接膠管的上堵蓋孔循環到槽中，從而代替陰極移動技術，防止因氣泡在起落架外筒內壁的滯留而引起鍍層針孔問題的發生。

2 起落架外筒修復及檢驗

起落架外筒修復工藝流程為：除油→吹砂→裝夾→活化→鍍鎳→除氫→磨削→消除應力→吹砂→裝夾→活化→鍍鉻→除氫→磨削→除油→消除應力→檢驗。

1）除油

采用丙酮、汽油等有機溶劑或超聲波除油方法去除起落架外筒內表面的油污、金屬屑等，并在流動冷水中漂洗后用壓縮空氣將外筒吹干。

2）吹砂

采用180 目剛玉砂、壓力0.2 ～0.6MPa 進行吹砂，去除起落架外筒內壁表面的銹蝕、氧化皮，吹砂后用壓縮空氣吹凈零件表面殘留的砂粒。

3）裝夾

設計制作內孔循環電鍍裝置（見圖2），解決內孔鍍鎳過程中氣泡附著于外筒內表面引起鍍層針孔的問題，同時解決起落架外表面防護問題。用設計制作的密封夾具將起落架外筒內腔密封，同時安裝固定陽極。陽極通過上下堵蓋的中心孔進行定位，避免電鍍鎳時陽極與起落架外筒接觸而出現短路燒蝕問題。

圖2 起落架內孔循環電鍍裝置示意圖

4）活化

為保證鍍鎳層的結合力，使基體處于活化狀態，鍍鎳前應進行活化處理，工藝參數見表1。活化后循環清洗去除殘留的酸液。

表1 活化處理工藝參數

5）鍍鎳

經檢測，腐蝕點最大深度約為200μm，為保證腐蝕點被填平，鍍層厚度至少是腐蝕點深度的1.5 倍，約為300μm。將配制好的氨基磺酸鎳鍍鎳溶液通過循環泵注入起落架外筒內，槽液在內部循環進行鍍鎳。經試驗驗證，電流密度為8A/dm2，鎳層的沉積速率約為60μm/h，因此電鍍時間6h 即可達到所需的厚度。鍍后拆卸夾具并清洗吹干。氨基磺酸鎳鍍鎳工藝參數見表2。

表2 氨基磺酸鎳鍍鎳工藝參數

6） 除氫

按照HB/Z 318《鍍覆前消除應力和鍍覆后除氫處理規范》要求，起落架外筒材料為30CrMnSiNiA，抗拉強度1050 ≤σb＜1300，為避免出現氫脆，需要在電熱恒溫箱中加熱至190℃±10℃進行加溫除氫，時間t≥4h。

7）磨削

采用研磨的方式去除多余的鎳層，磨削過程中應仔細觀察有無鎳層脫落及其他結合力不良現象。磨削至基體后采用內窺鏡檢查是否存在未填平的腐蝕點。若存在未填平的腐蝕點，則按工藝流程再次進行鍍鎳、磨削處理。

8）消除應力

按照HB/Z 318《鍍覆前消除應力和鍍覆后除氫處理規范》要求，起落架外筒材料為30CrMnSiNiA，抗拉強度1050 ≤σb＜1300，為避免磨削應力對鍍鉻質量的影響，需要在電熱恒溫箱中加熱至190℃±10℃進行加溫消除應力處理，時間t≥4h。

9）吹砂

鍍鎳磨削后，零件經過除氫、磨削、消除應力等工序后，鎳層及基體均發生了氧化、鈍化，需要進行吹啥處理除去表面的鈍化層。選擇剛玉砂的顆粒度180 目，壓 力 為0.2 ～0.6MPa，吹砂后用壓縮空氣吹凈零件表面殘留的砂粒。

10）裝夾

將設計制作好的鍍鉻工裝及陽極進行裝夾。

11）活化

為防止裝夾過程中吹砂后的鎳層及基體發生鈍化，影響鍍層結合力，在鍍鉻前需要進行活化處理。但不再采用常規的反鍍陽極活化處理方式，而是利用鍍鉻電流效率低，在小電流條件下不沉積鉻層，只是發生還原反應析氫的特點，采用小電流（10 ～20A/dm2）陰極活處理1 ～2min，使鎳層及基體均被活化，保證鍍鉻層的結合強度。

12）鍍硬鉻

活化后立即將電流密度提升至正常電流進行鍍硬鉻處理。鍍硬鉻厚度為80 ～150μm，鉻層沉積速度25 ～30μm/h，鍍鉻時間為5h，鍍后清洗吹干零件。鍍硬鉻工藝參數如表3 所示。

表3 鍍硬鉻工藝參數

13） 除氫

按照HB/Z 318《鍍覆前消除應力和鍍覆后除氫處理規范》要求，起落架外筒材料為30CrMnSiNiA，抗拉強度1050 ≤σb＜1300，為避免出現氫脆，需要在電熱恒溫箱中加熱至190℃±10℃進行加溫除氫，時間t≥4h。

14）磨削

采用研磨的方式磨削鉻層至成品尺寸，磨削過程中應仔細觀察有無鉻層脫落及其他結合力不良現象。

15） 消除應力

按照HB/Z318《鍍覆前消除應力和鍍覆后除氫處理規范》要求，起落架外筒材料為30CrMnSiNiA，抗拉強度1050 ≤σb＜1300，為避免磨削應力對產品性能的影響，在電熱恒溫箱中加熱至190℃±10℃進行加溫消除應力處理，時間t≥4h。

16）檢驗

磨削過程中應無鍍層掉塊、脫皮等結合力不良問題；采用精度等級為0.01mm 的內徑千分尺測量起落架外筒尺寸，應符合圖樣要求。

3 總結

按上述工藝及修理程序修復后的起落架外筒在鎳層、鉻層磨削過程中均無鍍層脫落、掉塊等結合力不良問題，修復后的起落架外筒尺寸、氣密性經試驗驗證均滿足要求。證明該工藝方法可用于修復起落架外筒內表面的腐蝕點。