TC2/TC6/TC18钛(tai)合(he)金电(dian)镀(du)铬(ge)前(qian)处理技术研(yan)究(jiu)

1、前(qian)言

钛合金(jin)具有(you)很高(gao)的(de)强度(du)质量(liang)比(bi)及耐蚀性(xing)，在航(hang)空(kong)产(chan)品中(zhong)有广(guang)泛的(de)应用。钛合(he)金(jin)硬度低(di)、耐磨(mo)性能(neng)差，对于有(you)耐磨(mo)性(xing)能要(yao)求(qiu)的(de)轴(zhou)类、桶(tong)类零(ling)件(jian)，需在钛合(he)金表面进(jin)行镀铬，以提高(gao)其(qi)表(biao)面硬(ying)度和耐(nai)磨(mo)性(xing)能。钛(tai)是非(fei)常(chang)活(huo)泼(po)的金属，与空气中(zhong)的(de)氧和(he)氮易(yi)生(sheng)成(cheng)薄而(er)致密的(de)钝(dun)化膜(mo)，这层钝(dun)化膜会阻碍(ai)电镀(du)的(de)进(jin)行。为避(bi)免(mian)钝(dun)化膜对钛合金(jin)电镀铬(ge)的(de)影(ying)响(xiang)，多(duo)采用转化膜(mo)+预镀层(ceng)工艺对(dui)钛合(he)金(jin)进行(xing)前(qian)处(chu)理。

目(mu)前，在生(sheng)产中(zhong)应(ying)用较多(duo)的电镀铬前处理(li)工(gong)艺(yi)为(wei)活化(hua)+氢(qing)化(hua)处(chu)理(li)+镀乳白(bai)铬，但(dan)在实(shi)际零件(jian)生产中，受(shou)多种因(yin)素(su)影(ying)响(xiang)，钛(tai)合金电镀(du)铬(ge)零(ling)件产品合格率(lv)仍不稳定(ding)。且氢化(hua)处理(li)工艺(yi)采(cai)用(yong)纯硫酸与纯盐酸(suan)配制(zhi)高纯(chun)酸液，溶液(ye)去除(chu)量大，危险(xian)性高，使(shi)用时温(wen)度控(kong)制(zhi)范(fan)围较窄(zhai)，既(ji)容易影(ying)响(xiang)到(dao)零件(jian)尺(chi)寸，又(you)容易造(zao)成(cheng)安全(quan)事(shi)故(gu)。为优(you)化(hua)钛合(he)金(jin)电镀前处(chu)理工(gong)艺(yi)，避(bi)免(mian)氢(qing)化处(chu)理(li)工艺(yi)存在(zai)的缺(que)陷，对理(li)论(lun)上(shang)膜(mo)层稳(wen)定性更(geng)好的氟(fu)化处(chu)理(li)工(gong)艺进(jin)行了研(yan)究。

2、试验(yan)

2.1试(shi)验配方

艺为钛合(he)金电(dian)镀(du)通(tong)用处(chu)理工艺，且按(an)照以往(wang)生(sheng)产经(jing)验(yan)，也(ye)未(wei)发(fa)生(sheng)过(guo)只(zhi)有镀(du)硬铬(ge)层脱落(luo)，乳白(bai)铬层未脱(tuo)落现象，因(yin)此(ci)，钛合金镀铬(ge)前处(chu)理工(gong)艺主要(yao)研(yan)究对(dui)象为活化(hua)工艺(yi)及转(zhuan)化(hua)膜工艺(yi)。

现(xian)有(you)零(ling)件(jian)均为(wei)经(jing)过了精密机械加(jia)工的(de)零(ling)件(jian)，且经过吹砂(sha)，氧(yang)化膜较(jiao)薄(bao)，因此可不(bu)采用(yong)活化(hua)工艺(yi)，而是在吹(chui)砂(sha)后(hou)直(zhi)接(jie)进行(xing)转化膜工(gong)艺。转化(hua)膜工(gong)艺配(pei)方见(jian)表1，活化工(gong)艺配方见(jian)表(biao)2。

2.2选型(xing)试(shi)验方案

钛合(he)金镀(du)铬(ge)工(gong)艺主(zhu)要(yao)应(ying)用于有(you)一(yi)定耐(nai)磨要(yao)求的(de)钛合(he)金(jin)表(biao)面的(de)防(fang)护(hu)，从(cong)设(she)计(ji)指标上主(zhu)要要求其(qi)具(ju)有较高的(de)结(jie)合(he)强度(du)、对基(ji)体(ti)的疲(pi)劳(lao)影响(xiang)较小，从(cong)工艺(yi)上(shang)其(qi)处理工艺主(zhu)要要(yao)求(qiu)其对基(ji)体的去(qu)除(chu)量较小。因(yin)此(ci)采用TC2、TC6、TC18圆柱试(shi)料、棒(bang)状试料进(jin)行(xing)试验，分别考察(cha)每(mei)组试(shi)验中试(shi)料的基(ji)体(ti)去除量、电(dian)镀(du)后镀(du)层结合力（热震法(fa)）。

基(ji)体(ti)去除(chu)量：在(zai)处理(li)前(qian)、后(hou)对试(shi)样进(jin)行(xing)称重，计(ji)算基(ji)体(ti)表(biao)面(mian)去(qu)除量(liang)。

热震法测(ce)结合力(li)：将试(shi)样(yang)加热(re)到(dao)300℃，保温0.5h，放入室温(wen)水中骤(zhou)冷(leng)。

试样(yang)图(tu)片(pian)见图1、图2。

2.3性(xing)能(neng)对比(bi)试(shi)验方案(an)

采(cai)用脉(mai)冲加热热(re)导氢测(ce)定(ding)仪测定(ding)试(shi)样氢(qing)含(han)量(liang)，试(shi)样镀铬(ge)层厚(hou)度80～100μm，试(shi)样尺(chi)寸(cun)为4mm×4mm×2mm。

按(an)照(zhao)HB5143《金(jin)属室(shi)温拉(la)伸试(shi)验(yan)方法》对电镀铬(ge)后的(de)试(shi)样(yang)进行(xing)拉伸，试样(yang)光(guang)杆(gan)区域(yu)镀铬(ge)层厚(hou)度80～100μm，试(shi)样如图3所示。

镀(du)层(ceng)结(jie)合(he)强(qiang)度需(xu)按(an)照(zhao)标准(zhun)HB5476《热(re)喷涂涂(tu)层(ceng)结合(he)强度(du)试验方法(fa)》进行(xing)检(jian)测。采用片状试样进(jin)行测(ce)试，在(zai)试样(yang)待(dai)测(ce)区域电(dian)镀(du)80～100μm的(de)镀铬(ge)层(ceng)，采用FM1000胶进(jin)行(xing)胶(jiao)粘，接(jie)触面连(lian)接(jie)时应对接(jie)垂直。溢(yi)出的(de)胶粘(zhan)剂应采(cai)用丙酮(tong)或(huo)丁(ding)酮(tong)去(qu)除(chu)。FM1000胶应在(zai)180℃±5℃固化至(zhi)少(shao)2h。胶(jiao)接(jie)的(de)试(shi)样参照HB5476进(jin)行拉(la)伸(shen)试验(yan)至(zhi)拉断。试(shi)验(yan)夹(jia)具(ju)的中(zhong)线(xian)应(ying)与(yu)试样的中线一致。加(jia)载速(su)度(du)应为1.27mm/min。根据(ju)断裂力(li)值(zhi)和试(shi)样的端(duan)面(mian)面(mian)积计(ji)算断(duan)裂(lie)强度。

3、结(jie)果(guo)与讨(tao)论(lun)

3.1选型(xing)试(shi)验(yan)结(jie)果

在选(xuan)型试验中(zhong)，采(cai)用(yong)ASTMB481-68高浓(nong)度(du)的硝(xiao)酸-氢氟酸活化工(gong)艺(yi)（活化(hua)工艺(yi)3）、重铬(ge)酸(suan)钾(jia)-氢(qing)氟(fu)酸(suan)转(zhuan)化(hua)膜(mo)工(gong)艺(yi)时(shi)（转(zhuan)化(hua)膜(mo)工(gong)艺(yi)5），反应剧烈，产生(sheng)大(da)量气(qi)泡-氮(dan)氧化(hua)物红(hong)烟，去(qu)除量(liang)较大(da)（活化工艺(yi)单面去除(chu)量(liang)＞2μm，转化膜(mo)工艺单面(mian)去除量＞4μm）。且考(kao)虑到(dao)氢氟酸有较大安(an)全(quan)风(feng)险(xian)，硝(xiao)酸(suan)、重铬酸钾属(shu)于易制(zhi)爆(bao)化学(xue)品，采购(gou)及(ji)存储存在(zai)一定(ding)困难(nan)，未(wei)进行后续(xu)试(shi)验。

TC2、TC6、TC18选(xuan)型(xing)试验结(jie)果见表(biao)3、表4、表5。用磷酸(suan)钠-氟化钠(na)-醋(cu)酸(suan)配方(fang)时，均(jun)不能获(huo)得(de)结(jie)合力良好的乳(ru)白(bai)铬(ge)层(ceng)；采用盐(yan)酸(suan)-氢(qing)氟(fu)酸活化或硝酸(suan)-氢(qing)氟(fu)酸(suan)活化(hua)、RLD-1100转(zhuan)化膜时(shi)，均可获得(de)结(jie)合力良好(hao)的(de)镀(du)层(ceng)。但(dan)考虑到(dao)硝(xiao)酸-氢氟(fu)酸(suan)活化溶液浓(nong)度(du)较(jiao)高(gao)，且(qie)需使用易(yi)制(zhi)爆(bao)品硝酸，最(zui)终选择盐酸-氢氟酸活化+RLD-1100转化膜作(zuo)为(wei)优选(xuan)工(gong)艺。

对于TC6、TC18材(cai)料(liao)，不采用活化工艺时，采(cai)用RLD-1100转化膜(mo)时，也(ye)可获(huo)得(de)结(jie)合(he)力良(liang)好的(de)镀层(ceng)。采(cai)用磷(lin)酸钠-氟(fu)化(hua)钠-醋(cu)酸转化(hua)膜时(shi)，均不(bu)能获(huo)得(de)结合(he)力良好(hao)的(de)镀(du)铬层(ceng)，不采(cai)用硝酸(suan)-氢氟(fu)酸(suan)活化(hua)工(gong)序，可(ke)避免(mian)使(shi)用(yong)易制(zhi)爆品硝酸(suan)及危(wei)险性较大的(de)氢氟酸(suan)，去(qu)除量(liang)及吸(xi)氢量也(ye)更小，最(zui)终(zhong)选择RLD-1100转化(hua)膜(mo)作(zuo)为(wei)优选(xuan)工(gong)艺(yi)。

3.2氢化处(chu)理(li)与(yu)氟化(hua)处理性能(neng)对比(bi)试(shi)验(yan)结果

氢(qing)含量、结合强(qiang)度(du)、抗(kang)拉(la)强(qiang)度试验（含断(duan)面(mian)收缩率、断(duan)后伸长率）结(jie)果(guo)分(fen)别(bie)见(jian)表6、表7、表8。

由表6可(ke)知，TC2、TC6、TC18钛(tai)合金(jin)电镀铬后(hou)，基体氢含(han)量数(shu)值均(jun)未(wei)超过(guo)0.015%的要求值(zhi)，但数值(zhi)均(jun)相对(dui)较(jiao)高。理论(lun)上(shang)氟化(hua)处(chu)理(li)时(shi)间更短(duan)，酸液(ye)浓(nong)度(du)更低(di)，基体(ti)含氢量(liang)应(ying)更低，但电镀(du)铬(ge)时(shi)间长、电(dian)流效(xiao)率(lv)低，是(shi)基(ji)体吸氢(qing)的主要来(lai)源，且电镀(du)铬(ge)层厚(hou)度可能有(you)一(yi)定波(bo)动，因(yin)此决定基(ji)体氢含(han)量(liang)的更(geng)多(duo)是(shi)镀铬工序，可认(ren)为经(jing)2种(zhong)前(qian)处理(li)工(gong)艺(yi)后(hou)基(ji)体含(han)氢(qing)量(liang)基本相当(dang)。

由(you)表(biao)7可知(zhi)，TC2、TC6、TC18钛(tai)合(he)金镀(du)铬(ge)层的结(jie)合(he)强(qiang)度均(jun)在60~66MPa范(fan)围(wei)内，采原氟(fu)化处理工艺(yi)电(dian)镀的镀(du)层(ceng)结(jie)合(he)强(qiang)度与(yu)采用(yong)氢化(hua)工艺(yi)电镀的(de)镀层结(jie)合(he)强度(du)基本相当，没(mei)有(you)明显差距(ju)。

由表(biao)8可知，对(dui)于(yu)TC2、TC6、TC18钛(tai)合金(jin)，不(bu)论采(cai)用(yong)何种(zhong)前处理工(gong)艺，基(ji)体(ti)的(de)抗(kang)拉强度均(jun)会(hui)有所(suo)下降。经2种(zhong)前处理(li)工艺(yi)处理(li)后，TC2材(cai)料基(ji)体抗拉强度(du)基本一致。经2种(zhong)前处(chu)理(li)工(gong)艺(yi)处(chu)理后(hou)，经(jing)氢化处理的(de)TC6钛(tai)合(he)金(jin)基(ji)体(ti)的抗(kang)拉(la)强度稍(shao)高于(yu)经(jing)氟(fu)化(hua)处理(li)工(gong)艺(yi)处(chu)理的(de)基体，经氢化(hua)处(chu)理的TC18钛(tai)合(he)金基体(ti)的抗拉(la)强度稍(shao)低(di)于经(jing)氟化处理(li)工(gong)艺(yi)处(chu)理的(de)基(ji)体(ti)。对(dui)于TC2、TC6、TC18钛合(he)金(jin)，不论(lun)采用何(he)种前(qian)处理(li)工(gong)艺，伸长率(lv)和(he)断(duan)面收缩率均会有所(suo)下(xia)降。经(jing)2种前处理(li)工(gong)艺(yi)处理后，3种(zhong)材料(liao)的(de)伸长(zhang)率(lv)和(he)断(duan)面(mian)收(shou)缩(suo)率均相(xiang)差(cha)很小，且满足伸长率(lv)≥10%，断(duan)面伸(shen)缩率≥23%的(de)要(yao)求(qiu)。考虑到(dao)试(shi)棒(bang)尺寸存(cun)在一(yi)定偏差、镀层厚(hou)度也存(cun)在一(yi)定(ding)偏(pian)差，可能导(dao)致(zhi)的基体抗(kang)拉(la)强(qiang)度变化，可(ke)认(ren)为经2种前(qian)处(chu)理工艺(yi)后(hou)电(dian)镀铬(ge)的(de)基体(ti)抗(kang)拉(la)强度(du)基本(ben)相(xiang)当，伸长率、断(duan)面收(shou)缩率(lv)基(ji)本(ben)相当，没有明(ming)显差(cha)距(ju)。

4、结(jie)语

对于TC2材料(liao)，采(cai)用(yong)盐酸-氢(qing)氟(fu)酸(suan)活(huo)化(hua)+RLD-1100氟(fu)化处理(li)液(ye)，可获(huo)得结(jie)合强(qiang)度(du)良好(hao)的钛(tai)合(he)金镀(du)铬镀层(ceng)。对于TC6、TC18材料(liao)直(zhi)接采(cai)用(yong)RLD-1100氟化处(chu)理液(ye)，即(ji)可(ke)获得结合(he)强度(du)良(liang)好(hao)的钛(tai)合金(jin)镀铬镀(du)层。采用(yong)RLD-1100氟化(hua)处(chu)理并电镀的(de)基(ji)体，其(qi)基(ji)体(ti)含氢(qing)量(liang)、抗(kang)拉(la)强(qiang)度(du)与(yu)采(cai)用氟(fu)化(hua)处(chu)理并电(dian)镀(du)的基体(ti)性(xing)能(neng)相(xiang)当。

参(can)考(kao)文(wen)献(xian)：

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