鋁合金零件具有較高的比強(qiáng)度和良好的防護(hù)性能，并且各種表面處理技術(shù)成熟，因而在航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。某零件材料為2A12,要求對(duì)其表面鍍金,工藝流程如下:裝掛→除油(60~65 °C，6~ 10 min)→混酸腐蝕(濃硝酸200 g/L，無機(jī)酸10g/L，添加劑30g/L，室溫，1 ~ 3 min)→除垢(濃硝酸500 mL/L，室溫，30~ 60s)→一次沉鋅(NaOH 400~ 500 g/L，ZnO 50~ 80 g/L，添加劑適量，室溫，30~ 60s)→脫鋅(濃硝酸500 mL/L，時(shí)間10~20s，室溫)→二次沉鋅(同一次浸鋅)→堿性化學(xué)鍍鎳(85~90 °C，5~ 10 min)→酸性化學(xué)鍍鎳(82~ 90°C, 80~ 90 min)→電鍍金(40~50°C, 5~ 10 min)。鍍金后發(fā)現(xiàn)零件表面有大量花斑。

1花斑特征

如圖1所示，零件表面花斑有兩種類型: A類花斑較嚴(yán)重，有明顯的凹陷，主要分布在零件的孔和槽周圍: B類花斑較輕微，無凹陷，幾乎遍布零件表面，分布位置無規(guī)律。

2原因分析

對(duì)A類花斑故障零件進(jìn)行剖切并制成金相試樣，放大500倍觀察切面形貌，發(fā)現(xiàn)A類花斑處的鍍層很薄(見圖2)。兩類花斑各抽取10件，用X射線測(cè)厚儀測(cè)量花斑處的鍍層厚度，列于表1。

該零件要求化學(xué)鍍鎳層和金層的厚度分別為8~ 12 μm和0.5~ 1.0μm。從表1可知，A類花斑的鍍金層厚度合格，化學(xué)鍍鎳層偏薄; B類花斑的鍍金層和化學(xué)鍍鎳層厚度則均合格。因本工藝的堿性化學(xué)鍍鎳是作為打底層，厚度僅有0.4~0.8μm,故推測(cè)導(dǎo)致A類花斑處的化學(xué)鍍鎳層厚度不合格主要與酸性化學(xué)鍍鎳有關(guān)。從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)方面對(duì)導(dǎo)致花斑的原因進(jìn)行排查。1人加工該零件的操作者未發(fā)生變動(dòng)，排除人為造成花斑。2設(shè)備生產(chǎn)車間的其他設(shè)備未發(fā)生變動(dòng)，但有大、小兩個(gè)酸性化學(xué)鍍鎳槽。采用大槽時(shí)無A類花斑，只有B類花斑;使用小槽時(shí)兩類花斑都有。觀察發(fā)現(xiàn)，酸性化學(xué)鍍鎳溶液通過循環(huán)過濾使溶液流動(dòng)的方式進(jìn)行攪拌，攪拌力度不大。當(dāng)用1 mm鋁絲綁掛時(shí)，零件在流動(dòng)溶液中可以稍微晃動(dòng)。用掛具裝掛時(shí)很牢固，零件不晃動(dòng)，而且電鍍掛具放入小槽后移動(dòng)空間很小，即使手工晃動(dòng)，幅度也很小，不利于零件的移動(dòng)攪拌，這可能會(huì)導(dǎo)致化學(xué)鍍鎳過程中零件表面附著的氣泡難以脫離而產(chǎn)生麻點(diǎn)、花斑缺陷。因此化學(xué)鍍鎳槽容積小可能是導(dǎo)致花斑產(chǎn)生的原因之一。3材料各類槽液均合格，可以排除槽液的影響。操作者反映大部分零件在混酸腐蝕后表面就呈現(xiàn)大面積的銹蝕花斑(見圖3)，這些花斑的形貌與B類花斑吻合，但與A類花斑不同。推測(cè)零件基體在鍍前發(fā)生銹蝕是導(dǎo)致花斑的原因。

4加工方法操作流程均按工藝要求進(jìn)行，各工序的工藝參數(shù)也在要求的范圍內(nèi)。跟產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)過程使用了2種裝掛方式一直徑 1 mm的鋁絲綁掛和不銹鋼掛具裝掛。鋁絲綁掛的零件鍍后只有B類花斑，用不銹鋼掛具裝掛的零件鍍后則兩類花斑都存在。5環(huán)境該故障在秋冬季加工時(shí)未見發(fā)生，而發(fā)生在7-8月之間。一般6-8月是鋁合金零件銹蝕故障的高發(fā)期，并且銹蝕容易導(dǎo)致后續(xù)鍍層發(fā)花，因此基體發(fā)生銹蝕也是可能的原因之一。

3工藝試驗(yàn)和原因排查

綜上分析，推測(cè)電鍍金層出現(xiàn)花斑的主要原因如下:(1)化學(xué)鍍鎳槽的選擇不合理和零件裝掛方式不合理相互影響，導(dǎo)致酸性化學(xué)鍍鎳過程中攪拌效果不好，使零件表面產(chǎn)生A類花斑。(2)在7-8月期間，基體容易發(fā)生銹蝕而使零件表面產(chǎn)生B類花斑。因此，針對(duì)工件不同的裝掛方式，提出解決方案，并通過試驗(yàn)來驗(yàn)證。1鋁絲綁掛試驗(yàn)零件完成混酸腐蝕后,對(duì)有花斑的基體表面進(jìn)行打磨,除去零件基體.上的銹蝕痕跡后,再用直徑1mm的鋁絲綁掛，按正常工藝流程完成鍍金。零件鍍層外觀合格，沒有花斑。2掛具裝掛試驗(yàn)用掛具裝掛零件，按流程鍍金，選擇大的酸性化學(xué)鍍鎳槽，在化學(xué)鍍鎳過程中每隔5 min手工晃動(dòng)零件。后續(xù)鍍金層沒有A類花斑，只有B類花斑。零件經(jīng)混酸腐蝕后，打磨有花斑的基體以除去表面銹蝕痕跡，再用掛具裝掛，按正常的工藝流程完成鍍金。期間也選擇大的酸性化學(xué)鍍鎳槽，在化學(xué)鍍鎳過程中每隔5 min手工晃動(dòng)零件。最終得到外觀合格、沒有花斑的鍍金層(見圖4)。

4討論與改進(jìn)

酸性化學(xué)鍍鎳過程中伴隨析氫副反應(yīng)，溶液攪拌力度不夠時(shí)，零件表面會(huì)附著氫氣泡，當(dāng)氣泡長大到一定程度時(shí)會(huì)脫附而形成麻點(diǎn)缺陷，即A類花斑。吸附氣泡處的零件表面與化學(xué)鍍鎳液之間被氣泡隔離，化學(xué)鍍鎳反應(yīng)受阻，因而該處的化學(xué)鍍鎳層偏薄。麻點(diǎn)缺陷在電鍍生產(chǎn)中比較常見，在加工過程中選用大的鍍槽并且采用壓縮空氣攪拌、機(jī)械攪拌或定期晃動(dòng)零件，使零件得到有效攪拌，再無A類花斑出現(xiàn)。夏季人體排汗量大，鋁合金零件被人手接觸后其表面殘留的汗?jié)n中的CI以及炎熱潮濕的環(huán)境會(huì)加速鋁合金的銹蝕。因此，每個(gè)工序之后都要用去離子水清洗零件，防止零件表面殘留切削液、汗?jié)n及其他容易導(dǎo)致零件銹蝕的物質(zhì)。在轉(zhuǎn)下道工序期間如果不能及時(shí)安排加工，應(yīng)做好防銹措施。如果零件表面已發(fā)生銹蝕，應(yīng)打磨除掉銹蝕產(chǎn)物后才能進(jìn)入下道工序，以避免B類花斑出現(xiàn)。采取上述措施后，零件的合格率從12%提高到100%。