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。鈦是非常活潑的金屬，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
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。
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。
鍍層結(jié)合強度需按照標準HB5476《熱噴涂涂層結(jié)合強度試驗方法》進行檢測。采用片狀試樣進行測試，在試樣待測區(qū)域電鍍80～100μm的鍍鉻層，采用FM1000膠進行膠粘，接觸面連接時應(yīng)對接垂直。溢出的膠粘劑應(yīng)采用丙酮或丁酮去除。FM1000膠應(yīng)在180℃±5℃固化至少2h。膠接的試樣參照HB5476進行拉伸試驗至拉斷。試驗夾具的中線應(yīng)與試樣的中線一致。加載速度應(yīng)為1.27mm/min。根據(jù)斷裂力值和試樣的端面面積計算斷裂強度。
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險，硝酸、重鉻酸鉀屬于易制爆化學品，采購及存儲存在一定困難，未進行后續(xù)試驗。
TC2、TC6、TC18選型試驗結(jié)果見表3、表4、表5。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。
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，可認為經(jīng)2種前處理工藝后基體含氫量基本相當。
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，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，可能導致的基體抗拉強度變化，可認為經(jīng)2種前處理工藝后電鍍鉻的基體抗拉強度基本相當，伸長率、斷面收縮率基本相當，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。
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