起落架外筒內(nèi)壁過腐蝕修復(fù)研究

■ 劉吉飛 王瓊 巨敏 周元彪/大連長(zhǎng)豐實(shí)業(yè)總公司

0 引言

某型飛機(jī)起落架修理過程中，發(fā)現(xiàn)起落架外筒內(nèi)壁上端存在過腐蝕。經(jīng)調(diào)查分析，原因是起落架外筒在使用過程中內(nèi)部充裝了壓縮空氣，飛機(jī)起降過程及環(huán)境溫度的變化均會(huì)使壓縮空氣受熱冷凝而形成水汽，導(dǎo)致大量的水珠凝結(jié)于起落架外筒內(nèi)壁上端，形成局部微電池，長(zhǎng)期在該環(huán)境條件下使用而引起內(nèi)壁局部腐蝕（見圖1），腐蝕點(diǎn)深度約0.2 ～0.45mm，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的氣密性。如果直接進(jìn)行鍍鉻修復(fù)，在腐蝕點(diǎn)部位無法沉積鉻層，形成“黑砂眼”反而會(huì)加速零件使用過程中的腐蝕；如果采用磨削排除腐蝕點(diǎn)后再鍍鉻修復(fù)，鉻層厚度不僅超出了表面技術(shù)條件要求0.2mm，且鉻層硬度高、內(nèi)應(yīng)力大，隨著鉻層厚度的增加，疲勞強(qiáng)度會(huì)下降，當(dāng)鍍鉻層厚度達(dá)到200μm 時(shí)，疲勞強(qiáng)度約降低30%[1]。

圖1 起落架外筒內(nèi)壁腐蝕狀態(tài)

1 修復(fù)工藝分析

氨基磺酸鎳鍍鎳層具有內(nèi)應(yīng)力低、延展性好、生產(chǎn)效率高、分散能力和覆蓋能力優(yōu)良等特點(diǎn)，因此氨基磺酸鎳鍍鎳可作為鍍鉻中間層，鍍鎳后再進(jìn)行鍍鉻可提高零件的耐磨性[2]。因此針對(duì)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(jìn)行鍍鉻、鏜磨恢復(fù)到原設(shè)計(jì)尺寸。

1.1 鍍層質(zhì)量控制分析

氨基磺酸鎳鍍鎳溶液對(duì)于溫度的要求較為嚴(yán)格，若溫度太低（≤20℃），會(huì)引起電流效率低、沉積緩慢、鍍層易燒焦等現(xiàn)象；若溫度太高（≥60℃），鍍鎳的主鹽氨基磺酸鎳會(huì)發(fā)生分解，產(chǎn)生大量的不容物Ni(OH)2，影響鍍鎳層的質(zhì)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(zhì)量問題，電鍍時(shí)采用水浴加熱的方式進(jìn)行槽液加溫，并嚴(yán)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(nèi)應(yīng)力，電解液中加入Cl-能有效防止陽極鈍化，增加溶液的電導(dǎo)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(duì)鍍層內(nèi)應(yīng)力的影響也很大，Cl-影響沉積層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，隨著Cl-含量的增加，鍍層的拉應(yīng)力增大。嚴(yán)格控制Cl-的含量是獲得優(yōu)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(yīng)力過大或陽極鈍化現(xiàn)象，溶液配置時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制NiCl2的加入量（5 ～10g/L），并應(yīng)定期化驗(yàn)NiCl2的含量。

電鍍鎳的過程中，鎳陽極消耗量較大，產(chǎn)生的沉渣落在外筒表面會(huì)引起鍍鎳層粗糙、起皮等結(jié)合力問題。為避免陽極溶解沉渣帶來的鍍層質(zhì)量問題，電鍍時(shí)陽極用尼龍布套保護(hù)，并在槽液循環(huán)入口處安裝過濾網(wǎng)，電鍍后應(yīng)及時(shí)清理陽極套、過濾網(wǎng)。

起落架外筒吹砂，在裝夾過程中基體會(huì)發(fā)生鈍化。為獲得結(jié)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(huán)泵灌入起落架外筒內(nèi)部進(jìn)行活化處理，再用純水循環(huán)清洗干凈后，先進(jìn)行反向小電流（1 ～2A/dm2）活化20 ～60s，然后立即轉(zhuǎn)為正向電鍍。

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

1.2 難點(diǎn)分析

1.2.1 象形陽極設(shè)計(jì)

根據(jù)電鍍象形陽極設(shè)計(jì)原理，結(jié)合氨基磺酸鎳鍍鎳陽極消耗量大的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套能可持續(xù)利用的象形陽極。先將鈦管（φ30mm）鉆孔后制作成鈦網(wǎng)，在鈦網(wǎng)內(nèi)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(yán)重，需要較厚的鎳層來填補(bǔ)缺欠部位。如果以鎳棒制成陽極，會(huì)出現(xiàn)陽極溶解較快，難以實(shí)現(xiàn)加厚鍍鎳，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)陽極溶解不均勻，導(dǎo)致鍍層厚度不均勻的情況。因此設(shè)計(jì)填裝鎳球的鈦網(wǎng)作為陽極，在鍍鎳過程中可以根據(jù)陽極的消耗情況隨時(shí)補(bǔ)充鎳球。

1.2.2 槽液循環(huán)體系設(shè)計(jì)

采用密封內(nèi)腔、在內(nèi)腔內(nèi)部循環(huán)電鍍的技術(shù)進(jìn)行氨基磺酸鎳鍍鎳，將電磁泵、膠管、起落架外筒內(nèi)腔設(shè)計(jì)成為一個(gè)槽液循環(huán)體系，用于實(shí)現(xiàn)槽液的循環(huán)。即上下各設(shè)計(jì)制作一個(gè)密封堵蓋，將起落架外筒內(nèi)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(huán)到槽中，從而代替陰極移動(dòng)技術(shù)，防止因氣泡在起落架外筒內(nèi)壁的滯留而引起鍍層針孔問題的發(fā)生。

2 起落架外筒修復(fù)及檢驗(yàn)

起落架外筒修復(fù)工藝流程為：除油→吹砂→裝夾→活化→鍍鎳→除氫→磨削→消除應(yīng)力→吹砂→裝夾→活化→鍍鉻→除氫→磨削→除油→消除應(yīng)力→檢驗(yàn)。

1）除油

采用丙酮、汽油等有機(jī)溶劑或超聲波除油方法去除起落架外筒內(nèi)表面的油污、金屬屑等，并在流動(dòng)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(jìn)行吹砂，去除起落架外筒內(nèi)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(shè)計(jì)制作內(nèi)孔循環(huán)電鍍裝置（見圖2），解決內(nèi)孔鍍鎳過程中氣泡附著于外筒內(nèi)表面引起鍍層針孔的問題，同時(shí)解決起落架外表面防護(hù)問題。用設(shè)計(jì)制作的密封夾具將起落架外筒內(nèi)腔密封，同時(shí)安裝固定陽極。陽極通過上下堵蓋的中心孔進(jìn)行定位，避免電鍍鎳時(shí)陽極與起落架外筒接觸而出現(xiàn)短路燒蝕問題。

圖2 起落架內(nèi)孔循環(huán)電鍍裝置示意圖

4）活化

為保證鍍鎳層的結(jié)合力，使基體處于活化狀態(tài)，鍍鎳前應(yīng)進(jìn)行活化處理，工藝參數(shù)見表1?；罨笱h(huán)清洗去除殘留的酸液。

表1 活化處理工藝參數(shù)

5）鍍鎳

經(jīng)檢測(cè)，腐蝕點(diǎn)最大深度約為200μm，為保證腐蝕點(diǎn)被填平，鍍層厚度至少是腐蝕點(diǎn)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(huán)泵注入起落架外筒內(nèi)，槽液在內(nèi)部循環(huán)進(jìn)行鍍鎳。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，電流密度為8A/dm2，鎳層的沉積速率約為60μm/h，因此電鍍時(shí)間6h 即可達(dá)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(shù)見表2。

表2 氨基磺酸鎳鍍鎳工藝參數(shù)

6） 除氫

按照HB/Z 318《鍍覆前消除應(yīng)力和鍍覆后除氫處理規(guī)范》要求，起落架外筒材料為30CrMnSiNiA，抗拉強(qiáng)度1050 ≤σb＜1300，為避免出現(xiàn)氫脆，需要在電熱恒溫箱中加熱至190℃±10℃進(jìn)行加溫除氫，時(shí)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(yīng)仔細(xì)觀察有無鎳層脫落及其他結(jié)合力不良現(xiàn)象。磨削至基體后采用內(nèi)窺鏡檢查是否存在未填平的腐蝕點(diǎn)。若存在未填平的腐蝕點(diǎn)，則按工藝流程再次進(jìn)行鍍鎳、磨削處理。

8）消除應(yīng)力

按照HB/Z 318《鍍覆前消除應(yīng)力和鍍覆后除氫處理規(guī)范》要求，起落架外筒材料為30CrMnSiNiA，抗拉強(qiáng)度1050 ≤σb＜1300，為避免磨削應(yīng)力對(duì)鍍鉻質(zhì)量的影響，需要在電熱恒溫箱中加熱至190℃±10℃進(jìn)行加溫消除應(yīng)力處理，時(shí)間t≥4h。

9）吹砂

鍍鎳磨削后，零件經(jīng)過除氫、磨削、消除應(yīng)力等工序后，鎳層及基體均發(fā)生了氧化、鈍化，需要進(jìn)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(shè)計(jì)制作好的鍍鉻工裝及陽極進(jìn)行裝夾。

11）活化

為防止裝夾過程中吹砂后的鎳層及基體發(fā)生鈍化，影響鍍層結(jié)合力，在鍍鉻前需要進(jìn)行活化處理。但不再采用常規(guī)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(fā)生還原反應(yīng)析氫的特點(diǎn)，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(jié)合強(qiáng)度。

12）鍍硬鉻

活化后立即將電流密度提升至正常電流進(jìn)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(shí)間為5h，鍍后清洗吹干零件。鍍硬鉻工藝參數(shù)如表3 所示。

表3 鍍硬鉻工藝參數(shù)

13） 除氫

按照HB/Z 318《鍍覆前消除應(yīng)力和鍍覆后除氫處理規(guī)范》要求，起落架外筒材料為30CrMnSiNiA，抗拉強(qiáng)度1050 ≤σb＜1300，為避免出現(xiàn)氫脆，需要在電熱恒溫箱中加熱至190℃±10℃進(jìn)行加溫除氫，時(shí)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(yīng)仔細(xì)觀察有無鉻層脫落及其他結(jié)合力不良現(xiàn)象。

15） 消除應(yīng)力

按照HB/Z318《鍍覆前消除應(yīng)力和鍍覆后除氫處理規(guī)范》要求，起落架外筒材料為30CrMnSiNiA，抗拉強(qiáng)度1050 ≤σb＜1300，為避免磨削應(yīng)力對(duì)產(chǎn)品性能的影響，在電熱恒溫箱中加熱至190℃±10℃進(jìn)行加溫消除應(yīng)力處理，時(shí)間t≥4h。

16）檢驗(yàn)

磨削過程中應(yīng)無鍍層掉塊、脫皮等結(jié)合力不良問題；采用精度等級(jí)為0.01mm 的內(nèi)徑千分尺測(cè)量起落架外筒尺寸，應(yīng)符合圖樣要求。

3 總結(jié)

按上述工藝及修理程序修復(fù)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(jié)合力不良問題，修復(fù)后的起落架外筒尺寸、氣密性經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證均滿足要求。證明該工藝方法可用于修復(fù)起落架外筒內(nèi)表面的腐蝕點(diǎn)。