鈦合金鍍銅、鍍銀工藝

劉玉敏*，李鵬，李任和

（西安航空發(fā)動機（集團）有限公司，陜西 西安　710021）

【經(jīng)驗交流】

鈦合金鍍銅、鍍銀工藝

劉玉敏*，李鵬，李任和

（西安航空發(fā)動機（集團）有限公司，陜西 西安710021）

為克服鈦合金氰化鍍銅、鍍銀層結(jié)合力不良的問題，通過改變基體預處理方式設計了5個鍍銅、鍍銀方案并進行結(jié)合力表征，得到鈦合金鍍銅、鍍銀的最佳工藝流程為：濕吹砂─保護─輕石灰刷洗除油─冷水洗─酸性鍍銅或氰化鍍銀─冷水洗─壓縮空氣吹干。生產(chǎn)實踐證明采用該工藝電鍍所得產(chǎn)品結(jié)合力均合格，且含氫量不超標。介紹了電鍍過程中控制鈦合金含氫量的方法和注意事項。

鈦合金；銅；銀；電鍍；濕吹砂；結(jié)合力；含氫量

First-author's address： AVIC Xi'an Aero-Engine （Group） Ltd.， Xi'an 710021， China

鈦合金零件鍍銀、鍍銅可防止零組件接合造成表面粘連，降低拆卸難度，防止拆卸時劃傷基體。鈦合金葉片榫頭表面銀層可有效降低葉片在氣流沖擊中的震動。因此該工藝在未來航空產(chǎn)品中有較好的實用前景。

1　鈦合金零件鍍銅、鍍銀工藝的難點

鈦合金材料在空氣、水及酸、堿、鹽溶液中會自然生成致密的氧化膜，這層氧化膜在除盡后又會在后續(xù)工步之間快速生成，使鍍層與基體之間的結(jié)合力降低。因此鍍前采用一般的除油、腐蝕工藝無法保證鍍層與鈦合金之間的結(jié)合力。鍍層結(jié)合力不良的常見現(xiàn)象是鍍層起泡和脫落。

鈦合金材料對氫有特別的親和力，吸氫速率快，吸氫量多。滲入鈦合金材料中的氫不僅以分子狀態(tài)游離于晶格或空隙中，而且與鈦合金形成穩(wěn)定的化合物，鍍后用空氣循環(huán)爐低溫（200 °C左右）處理無法除去氫，只有采用真空爐在高溫（900 °C左右）下處理才能有效除氫，除氫的成本較高。

2　鈦合金零件鍍銅、鍍銀工藝

選用100 mm × 20 mm × 1 mm的TC11鈦合金試片為基體材料，采用5種方式對鈦合金進行前處理，對比研究了前處理方式對鈦合金零件鍍銅、鍍銀層結(jié)合力的影響。施鍍完畢，在500 lx燈光下通過目視或用2 ～ 4倍放大鏡檢查鍍層有無起泡現(xiàn)象，采用鋼針劃十字、井字，檢查鍍層有無脫落。

2. 1工藝流程

2. 1. 1方案一

電解除油─熱水洗─冷水洗─硝酸-氫氟酸腐蝕─冷水洗─氰化鍍銅或氰化鍍銀─冷水洗─壓縮空氣吹干。

2. 1. 2方案二

電解除油─熱水洗─冷水洗─硝酸-氫氟酸腐蝕─冷水洗─沖擊鍍鎳─冷水洗─氰化鍍銅或氰化鍍銀─冷水洗─壓縮空氣吹干。

2. 1. 3方案三

化學除油─熱水洗─冷水洗─硝酸-氫氟酸腐蝕─冷水洗─沖擊鍍鎳─冷水洗─氰化鍍銅或氰化鍍銀─冷水洗─壓縮空氣吹干。

2. 1. 4方案四

濕吹砂─沖擊鍍鎳─冷水洗─氰化鍍銅或氰化鍍銀─冷水洗─壓縮空氣吹干。

2. 1. 5方案五

濕吹砂─保護─輕石灰刷洗除油─冷水洗─酸性鍍銅或氰化鍍銀─冷水洗─壓縮空氣吹干。

2. 2配方與工藝

2. 2. 1除油

2. 2. 1. 1電解除油

NaOH30 ～ 50 g/L

Na3PO4·12H2O30 ～ 50 g/L

Na2CO320 ～ 30 g/L

Na2SiO3·9H2O3% ～ 5%（質(zhì)量分數(shù)）

總堿度（以NaOH計）40 ～ 80 g/L

θ60 ～ 80 °C

Ja3 ～ 7 A/dm2

Jk3 ～ 7 A/dm2

t（陰極）3 ～ 10 min

t（陽極）0.5 ～ 2.0 min

2. 2. 1. 2化學除油

NaOH30 ～ 50 g/L

Na3PO4·12H2O30 ～ 50 g/L

Na2CO320 ～ 30 g/L

Na2SiO3·9H2O3% ～ 5%（質(zhì)量分數(shù)）

總堿度（以NaOH計）40 ～ 80 g/L

θ60 ～ 80 °C

t20 ～ 30 min

2. 2. 1. 3輕石灰刷洗除油

輕石灰

80%

θ室溫

t0.5 ～ 1.0 min

2. 2. 2硝酸-氫氟酸腐蝕

HNO3

200 g/L

HF50 g/L

θ室溫

t30 s

2. 2. 3沖擊鍍鎳

NiCl2·6H2O200 g/L

HCl（1.16 g/cm3）70 ～ 110 mL/L

θ室溫

Jk5 ～ 10 A/dm2

t2 ～ 4 min

2. 2. 4濕吹砂

采用120 ～ 220目的Al2O3砂，水與砂的質(zhì)量比是5∶1，在0.55 MPa下對基體進行濕吹砂，直至基體表面呈均勻的淺灰色。

2. 2. 5保護

用畫筆蘸上80 ～ 90 °C的蜂蠟液，刷涂在非鍍表面至蠟層厚度為1 ～ 3 mm即可。

2. 2. 6電鍍

2. 2. 6. 1鍍銅

氰化鍍銅配方和工藝如下：

CuCN50 ～ 70 g/L

NaCN（游離）12 ～ 20 g/L

θ室溫

Jk0.5 ～ 1.5 A/dm2

t依厚度而定

酸性鍍銅配方和工藝如下：

CuSO4·5H2O150 ～ 200 g/L

H2SO4（1.84 g/cm3）50 ～ 70 g/L

θ室溫

Jk2 ～ 4 A/dm2

t依厚度而定

2. 2. 6. 2氰化鍍銀

AgCN25 ～ 35 g/L

KCN（游離）30 ～ 50 g/mL

（NH4）2S2O31 g/L

K2CO318 ～ 30 g/L

θ室溫

Jk0.3 ～ 0.6 A/dm2

t依厚度而定

3　鈦合金零件鍍銅、銀的結(jié)合力

3. 1 方案一

采用方案一制備的銅層、銀層都會起泡，并且一擦即脫落，結(jié)合力不良。這是因為陽極除油后零件表面會生成藍色氧化膜，雖然硝酸-氫氟酸腐蝕可除去零件表面氧化膜和提高表面粗糙度，但腐蝕后零件表面粗糙度增大的幅度很小，對提高鍍層結(jié)合力不起作用，加之后續(xù)工序會再次形成氧化膜，不利于鍍層與基體之間的結(jié)合。

3. 2 方案二

本方案雖然在鍍銅或銀之前增加了沖擊鍍鎳，但鍍層仍存在起泡和一擦即脫落的問題。這是因為鈦合金零件在沖擊鍍鎳溶液中也會自然形成鈍化膜，所以沖擊鍍鎳對施鍍表面無活化作用，對提高鍍層結(jié)合力無多大作用。

3. 3 方案三

改用化學法對鈦合金基體進行除油，結(jié)果表明銅層、銀層結(jié)合力仍不理想。這是因為零件在化學除油液中的浸泡時間較長，加劇了零件表面鈍化現(xiàn)象，因此改用化學除油對提高鍍層結(jié)合力無效。

3. 4 方案四

對鈦合金基體進行濕吹沙后再依次進行沖擊鍍鎳、氰化鍍銀或銅。結(jié)果表明，銅層結(jié)合力基本良好，但部分銅層表面仍有起泡現(xiàn)象；銀層結(jié)合力良好，無起泡現(xiàn)象。鋼針劃十字、井字處銀層不脫落。

濕吹砂后，工件表面粗糙度增大，表面積增大2倍以上，對增強鍍層結(jié)合力起重要作用，由于鈦合金零件在氰化鍍銅液中的覆蓋能力較差，在較長時間內(nèi)未沉積銅層的表面鈍化傾向較大，使銅層結(jié)合力比銀層稍低。

3. 5 方案五

依次對鈦合金進行濕吹砂、保護和輕石灰除油后再酸性鍍銅或氰化鍍銀，所得銅層和銀層的結(jié)合力都優(yōu)良，無起泡現(xiàn)象，鋼針劃十字、井字處鍍層不脫落。

經(jīng)濕吹砂的鈦合金零件，鍍前無需沖擊鍍鎳就可獲得結(jié)合力優(yōu)良的鍍層。另外，酸性鍍銅液的覆蓋能力好，克服了氰化鍍銅液覆蓋能力較弱的缺點。

4　鈦合金零件電鍍的含氫量控制

由于鈦合金材料對氫敏感，英國羅羅公司給出的含氫量標準是一般零件不超過 0.015%，薄壁零件不超過0.008%。中國航空研究院606所給出的含氫量標準也是0.015%。鈦合金材料易吸氫，在電鍍初始階段，若輸入的電流優(yōu)先產(chǎn)生析氫副反應，電鍍表面未能及時覆蓋鍍層金屬，會加劇零件表面的鈍化現(xiàn)象，使鍍層結(jié)合力降低。另外，氫的存在會降低基材的機械性能，并且除氫成本很高。因此在鈦合金零件電鍍過程中含氫量的控制特別重要，應確保零件電鍍后含氫量不超標?？刹捎靡韵路椒刂柒伜辖鹆慵暮瑲淞浚?/p>

（1） 不宜選擇電解除油和酸腐蝕等預處理方式。筆者做過鈦試片含氫量測試，依次對試片陰極除油2 min、硝酸-氫氟酸腐蝕20 s和氰化鍍銀10 min，發(fā)現(xiàn)鍍銀后試樣的含氫量比原材料多了20%。若試片濕吹砂后直接鍍銀10 min，則含氫量基本保持鍍前水平。這說明鍍前陰極除油和酸腐蝕是吸氫的主要環(huán)節(jié)。因此不宜選擇電解除油和酸腐蝕對鈦合金零件進行鍍前處理。

（2） 為保證鈦合金零件電鍍后含氫量不超標，應采用電流效率較高的氰化鍍銀、酸性鍍銅槽液進行電鍍。采用這2種鍍液電鍍時，零件表面基本看不到析氫現(xiàn)象。

（3） 選用覆蓋能力較好的鍍液，以便鍍層在短時間內(nèi)完全覆蓋基體表面，阻擋氫的內(nèi)滲。

（4） 采用帶電入槽方式，并在初始時施加1 ～ 2 A/dm2沖擊電流，有利于減少吸氫。

（5） 鍍前不采用沖擊鍍鎳也有利于減少吸氫。

此外，電鍍槽液應定期化驗。電鍍?nèi)藛T應經(jīng)過培訓，熟練掌握鈦合金電鍍的操作技能后才能上崗。同時還要控制零件的返修次數(shù)，規(guī)定零件第二次返修完工后進行真空除氫，避免多次返修造成直接經(jīng)濟損失。

5　注意事項

（1） 濕吹砂后零件表面要保持濕潤狀態(tài)，并采用軟塑料袋包裝。

（2） 濕吹砂后應盡可能在短時間（2 h）內(nèi)進行鍍銅、鍍銀。

（3） 非鍍表面用蠟保護時，要確保施鍍面不被蠟液污染。若施鍍面沾上蠟層，可用木質(zhì)刀具刮蠟，然后用棉球蘸上汽油擦除殘存蠟，避免因使用鋼質(zhì)刀具刮蠟而產(chǎn)生亮斑。

（4） 應選用軟毛刷進行輕石灰刷洗除油。

（5） 鍍后對銀層、銅層表面進行油封可有效減少鍍層變色。

6　結(jié)語

生產(chǎn)實踐表明，鈦合金零件濕吹砂后氰化鍍銀和酸性鍍銅工藝可行，都能保證鍍層結(jié)合力合格及含氫量不超標。批產(chǎn)5年以來，鈦合金零件濕吹砂氰化鍍銀、濕吹砂酸性鍍銅的一次交檢合格率都在98%以上。返修零件的主要故障是鍍層厚度超標、劃傷、變色等，并非結(jié)合力不良。

［ 編輯：周新莉 ］

Process for electroplating copper and silver on titanium alloy

// LIU Yu-min*， LI Peng， LI Ren-he

In order to eliminate the poor adhesion of copper and silver coatings prepared from cyanide bath on titanium alloy surface， five process schemes for copper and silver plating were designed through changing pretreatment methods of substrate. The optimal process flow is as follows： wet sand blowing， protection， degreasing by scrubbing with light lime， washing with cold water， acid copper plating or cyanide silver plating， washing with cold water again， and drying with compressed air. The production practice showed that all of the products prepared by the given process have qualified adhesion and their hydrogen contents are under the control level. The method for controlling hydrogen content in titanium alloy and some points for attention were described.

titanium alloy； copper； silver； electroplating； wet sand blowing； adhesion； hydrogen content

TQ153.14； TQ153.16

A

1004 - 227X （2015） 01 - 0030 - 04

2014-07-13

2014-11-02

劉玉敏（1968-），女，山東青島人，工程師，主要從事航空零件表面處理工作。

作者聯(lián)系方式：（E-mail） 1752593028 @qq.com。