引言

隨著民用飛機(jī)的迅速發(fā)展及國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的提高,尋求一種化學(xué)鎳溶液并滿足AMS2404標(biāo)準(zhǔn)迫在眉睫。本文采用ATOTECH環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123(新溶液)與自配化學(xué)鎳溶液(老溶液)進(jìn)行對(duì)比性試驗(yàn),研究新、老化學(xué)鎳溶液鍍后的鎳層性能,并在試驗(yàn)中確定了ATOTECH環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123在化學(xué)鍍鎳生產(chǎn)中的添加工藝。

1溶液基本參數(shù)

自配化學(xué)鎳溶液一直用于軍用產(chǎn)品上的各類骨架和銜鐵等。環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123是由環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123A和環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123B通過(guò)一定比例進(jìn)行調(diào)配而成的,新老兩種溶液配制和主要參數(shù)如表1所示。

通過(guò)表1可以看出,兩種溶液配方都是比較典型的酸性中磷化學(xué)鍍鎳溶液,其特點(diǎn)是具有比較好的耐蝕性和較高的熱處理后硬度。但從沉積速率上來(lái)看,環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123沉積速率是自配化學(xué)鎳溶液的1.5倍,在實(shí)際生產(chǎn)中可以更好地節(jié)省操作時(shí)間,提高生產(chǎn)效率。

2定期、驗(yàn)收試驗(yàn)

由于是首次按AMS2404進(jìn)行生產(chǎn),為評(píng)定兩種溶液的各項(xiàng)性能,需通過(guò)定期試驗(yàn)和驗(yàn)收試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.l耐蝕性試驗(yàn)

耐蝕性試驗(yàn)為定期試驗(yàn),或在生產(chǎn)前30天內(nèi)進(jìn)行。依照ASTMB117實(shí)施不少于48h的連續(xù)鹽霧腐蝕試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)束后母體金屬不得呈現(xiàn)出明顯的腐蝕痕跡。

2.2氫脆試驗(yàn)

氫脆試驗(yàn)為定期試驗(yàn),或在生產(chǎn)前30天內(nèi)進(jìn)行。按ASTMF5191a.1類進(jìn)行200h的拉力試驗(yàn)。

2.3硬度試驗(yàn)

硬度試驗(yàn)為定期試驗(yàn),或在生產(chǎn)前30天內(nèi)進(jìn)行。依照ASTME384進(jìn)行硬度檢測(cè),2級(jí)鍍層硬度不得低于800HK100(773HV100)或同等硬度。

2.4附著力試驗(yàn)

附著力試驗(yàn)為驗(yàn)收試驗(yàn),在生產(chǎn)時(shí)按AMS2404進(jìn)行抽樣完成(或采用試樣)。依照ASTMB571在自制4T芯軸工裝上進(jìn)行1809彎曲試驗(yàn)。

2.5定期、驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果及分析試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如表2所示。

從表2可以看出,兩種溶液均符合AMS2404對(duì)于定期和驗(yàn)收試驗(yàn)的要求,環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123試件經(jīng)過(guò)熱處理后表面硬度高于自配化學(xué)鎳溶液。

3添加方法試驗(yàn)

環(huán)保中磷化學(xué)鎳是成品配方,制造商提供用于添加補(bǔ)充Ni2＋濃度的工藝是先采用EDTA法進(jìn)行鎳含量的測(cè)定,然后將環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123A液和環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123C液按等比例進(jìn)行添加補(bǔ)充。目前零件要求化學(xué)鍍鎳鍍層厚度為18~25μm,為能在生產(chǎn)中做到少測(cè)量甚至不測(cè)量也能穩(wěn)定地進(jìn)行生產(chǎn),對(duì)環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123進(jìn)行了試驗(yàn),以期能夠改進(jìn)現(xiàn)有檢測(cè)、添加方式。按照1946年Riddel和Brenner提出的原子氫析出機(jī)理,還原鎳的物質(zhì)實(shí)際上是氫原子。

通過(guò)化學(xué)鍍鎳的反應(yīng)機(jī)理可以看出,在產(chǎn)品表面鍍覆的鎳層完全是由溶液中的Ni2＋還原而來(lái)的。那么理論上通過(guò)鍍覆得來(lái)的鎳層的體積就可以通過(guò)計(jì)算得出消耗的Ni2＋含量,從而達(dá)到定期進(jìn)行補(bǔ)充添加的目的。其關(guān)系見(jiàn)式(1):

式中,h為鍍層厚度(μm):A為裝載面積(dm2):p為鍍層密度(8.2g/cm3):93%為鍍層中鎳含量占比:w為溶液中消耗的鎳(g)。

配制1L環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123,并對(duì)溶液進(jìn)行調(diào)配至Ni2＋濃度6g/L,按裝載量為1放入1dm2的20#鋼板,控制溫度在86~88℃進(jìn)行反應(yīng),以紫脲酸銨為指示劑,用EDTA滴定Ni2＋濃度。通過(guò)一定時(shí)間的反應(yīng),測(cè)量鍍層厚度與Ni2＋濃度的關(guān)系,用以驗(yàn)證式(1)的合理性。

試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出經(jīng)過(guò)不同時(shí)間的生產(chǎn),通過(guò)式(1)計(jì)算得出的消耗鎳含量,略低于經(jīng)過(guò)溶液分析得出的消耗鎳含量。這是由于溶液本身分解及抽樣損耗造成的。在反應(yīng)過(guò)程中,如溶液不能得到及時(shí)補(bǔ)充,則單位時(shí)間內(nèi)的鍍層厚度將顯著下降。

考慮到溶液本身Ni2＋損耗(約9%),按式(1)反推,由此可取整得出根據(jù)環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123補(bǔ)充的公式如表4所示,其中每提高1g/L的鎳,需要補(bǔ)充環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123A和1123C各10mL/L。由表4可知在生產(chǎn)前就能夠得出在一定裝載量下,想要得到滿足圖紙要求的鍍層,在沉積速率穩(wěn)定的情況下需要添加多少補(bǔ)充溶液。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)各項(xiàng)鑒定試驗(yàn)以及溶液性能與參數(shù)的對(duì)比,可以看出AToTECH環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123和自配化學(xué)鎳溶液都能滿足AMS2404化學(xué)鍍鎳的生產(chǎn)需求,AToTECH環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123可滿足對(duì)表面硬度有更高要求的產(chǎn)品。通過(guò)理論公式和試驗(yàn),得出了AToTECH環(huán)保中磷化學(xué)鎳1123以裝載量和鍍層厚度計(jì)算添加量的操作方法,使得現(xiàn)場(chǎng)操作更加便捷。