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钛合金镀铬工艺研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-13  浏览次数:691
核心提示:研究了一种可行的工艺方法,在钛及钛合金表面先化学镀镍,再电镀一层铬层,能提高零件表面硬度,能改善其耐磨性,表面硬度可达到HRC55~60。

摘要:研究了一种可行的工艺方法,在钛及钛合金表面先化学镀镍,再电镀一层铬层,能提高零件表面硬度,能改善其耐磨性,表面硬度可达到HRC55~60。

0 前 言

钛及钛合金具有两个优越的性能,一是高的比强度、比刚度和热稳定性;二是较强的耐腐蚀能力和易钝化能力。而且资源丰富,因此,钛及钛合金在航空工业中得到了广泛的应用,已成为航空发动机风扇、压气机盘、叶片、导弹壳体及舵翼面的主要材料。钛合金的不足之处是,对黏着磨损、微动磨损非常敏感,硬度较低,只有HRC30左右,在一定程度上限制了它在工程上的应用。为提高抗擦伤、抗磨损及微动磨损,必须进行表面处理。

在钛及钛合金表面镀覆涂层既能提高表面硬度,又能提高耐磨性和耐蚀性,可使钛及钛合金将在航空工业乃至其他行业发挥更大的作用。但是,由于它们的表面覆盖着一层天然致密的氧化薄膜,表面清理后暴露于空气或水中时,又重新形成这种薄膜,因而普通金属常用的电镀方法对钛及钛合金不完全适用,而且施镀后其镀层与基体结合力差。对此,经过多次试验、改进,在经过化学镀镍层的钛基体上镀铬,结合力良好,表面硬度能达到HRC55~60。

1 试 验

1.1 试 样

选用的钛合金试样为TC4(Ti6AL4V)退火板材,规格为100mm×30mm×1mm。

1.2 工艺处理及配方

选用的工艺流程如下:

钛合金试片→喷砂→浸蚀→水洗→活化→预镀镍→镀铬→水洗→晾干或吹干→热处理。

1.2.1喷砂处理

喷砂处理降低了零件表面的光洁度,但可提高表面的粗糙度,除去表面的部分氧化层,提高镀层与基体金属的结合力。喷砂对光洁度的影响见表1(是湿吹砂处理,压缩空气压力为0.2~0.3MPa,喷嘴与工件之间的距离为150~200mm)。

1.2.2 浸 蚀

经过吹砂处理的零件预镀镍前必须经过浸蚀处理,工艺规范如下:

氢氟酸(浓度60%)-----1份(体积比)

硝酸(浓度69%)-----------3份(体积比)

温度---------室温

时间----------直至冒出红色烟雾,然后用流动水清洗。

1.2.3 活 化

钛合金经过浸蚀处理后,基体表面已经外露,但是极易继续氧化形成一层氧化黏膜,这种氧化黏膜能使基体金属与镀层结合力下降。通过活化处理,使基体表面产生一层临时性的钛氟薄膜,这种薄膜能阻断钛合金零件在进入预镀镍槽前的继续氧化,进而提高镀层与基体的结合力,工艺配方如下:

重铬酸钠---------200~210g/L

氟化氢(60%)----------35~45g/L

RG21(添加剂)-----------20~30g/L

水--------------余量

温度----------80~100℃

时间-----------------20~25min

1.2.4 化学预镀镍

采用碱性法预镀镍,施镀前试样预热到反应温度,镀液的配方为

NiSO4·7H2O-----------30~35g/L

NaH2PO4·H2O--------------15~20g/L

NH4Cl------------40~60g/L

RG22(固体添加剂)-------70~90g/L

pH值----------9.5

温度------------(85±5)℃

时间-----------5min

1.2.5 镀 铬

经过预镀镍的零件迅速用去离子水洗净后,然后将零件带电下槽进入标准镀铬溶液中电镀。条件如下:

铬酐250g/L,硫酸2.5g/L,槽液温度55~65℃,电流密度为15~30A/dm2。

根据镀层厚度决定相应的电镀时间,一般情况下,5min沉积1μm镀层。

1.2.6 除氢及稳定化处理

钛合金对渗氢相当敏感,如果不及时除去电镀过程中渗入的氢,将会影响零件的疲劳强度、力学性能和镀层的结合强度,试片反复90°折弯3次,镀层就会与基体开裂。为此,通过热处理方式使预镀镍层部分扩散到钛基体里去,进而提高基体预镀层的结合力。热处理采用真空处理,工艺条件为676~843℃,保温4h,并随炉空冷,在炉温降到200℃之前,要保持炉膛的真空度,当炉膛温度降低到200℃以下时,炉膛内的真空度不作要求,否则易造成零件二次渗氢,引起机械强度下降。经过热处理后的镀铬试片,一端夹在虎钳上,另一端反复90°折弯20次,镀层与基体完好,无开裂等现象发生。

2 小 结

(1)钛合金表面有一层致密的氧化膜,浸蚀后遇空气和水又形成一层新的氧化膜,难以施镀,对钛合金表面进行浸蚀、活化,然后再通过镍层打底,可提高镀层的结合强度。

(2)采用本工艺方法在钛合金表面得到的镀铬层结合力良好,降低了钛及钛合金基体渗氢现象,显著提高钛合金表面硬度,增加其耐磨性,目前按工艺方法处理的零件已部分用于科研生产中。

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