引言

隨著民用飛機的迅速發(fā)展及國家對環(huán)境保護要求的提高,尋求一種化學鎳溶液并滿足AMS2404標準迫在眉睫。本文采用ATOTECH環(huán)保中磷化學鎳1123(新溶液)與自配化學鎳溶液(老溶液)進行對比性試驗,研究新、老化學鎳溶液鍍后的鎳層性能,并在試驗中確定了ATOTECH環(huán)保中磷化學鎳1123在化學鍍鎳生產(chǎn)中的添加工藝。

1溶液基本參數(shù)

自配化學鎳溶液一直用于軍用產(chǎn)品上的各類骨架和銜鐵等。環(huán)保中磷化學鎳1123是由環(huán)保中磷化學鎳1123A和環(huán)保中磷化學鎳1123B通過一定比例進行調(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鍍鎳溶液,其特點是具有比較好的耐蝕性和較高的熱處理后硬度。但從沉積速率上來看,環(huán)保中磷化學鎳1123沉積速率是自配化學鎳溶液的1.5倍,在實際生產(chǎn)中可以更好地節(jié)省操作時間,提高生產(chǎn)效率。

2定期、驗收試驗

由于是首次按AMS2404進行生產(chǎn),為評定兩種溶液的各項性能,需通過定期試驗和驗收試驗進行驗證。

2.l耐蝕性試驗

耐蝕性試驗為定期試驗,或在生產(chǎn)前30天內(nèi)進行。依照ASTMB117實施不少于48h的連續(xù)鹽霧腐蝕試驗,試驗結(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

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

2.3硬度試驗

硬度試驗為定期試驗,或在生產(chǎn)前30天內(nèi)進行。依照ASTME384進行硬度檢測,2級鍍層硬度不得低于800HK100(773HV100)或同等硬度。

2.4附著力試驗

附著力試驗為驗收試驗,在生產(chǎn)時按AMS2404進行抽樣完成(或采用試樣)。依照ASTMB571在自制4T芯軸工裝上進行1809彎曲試驗。

2.5定期、驗收試驗結(jié)果及分析試驗結(jié)果對比如表2所示。

從表2可以看出,兩種溶液均符合AMS2404對于定期和驗收試驗的要求,環(huán)保中磷化學鎳1123試件經(jīng)過熱處理后表面硬度高于自配化學鎳溶液。

3添加方法試驗

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

通過化學鍍鎳的反應機理可以看出,在產(chǎn)品表面鍍覆的鎳層完全是由溶液中的Ni2＋還原而來的。那么理論上通過鍍覆得來的鎳層的體積就可以通過計算得出消耗的Ni2＋含量,從而達到定期進行補充添加的目的。其關(guān)系見式(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)保中磷化學鎳1123,并對溶液進行調(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℃進行反應,以紫脲酸銨為指示劑,用EDTA滴定Ni2＋濃度。通過一定時間的反應,測量鍍層厚度與Ni2＋濃度的關(guān)系,用以驗證式(1)的合理性。

試驗結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出經(jīng)過不同時間的生產(chǎn),通過式(1)計算得出的消耗鎳含量,略低于經(jīng)過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。在反應過程中,如溶液不能得到及時補充,則單位時間內(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)保中磷化學鎳1123補充的公式如表4所示,其中每提高1g/L的鎳,需要補充環(huán)保中磷化學鎳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充溶液。

4結(jié)語

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