微分子封孔剂航天航空领域专用

电镀硬铬层是飞机有耐磨需求部位零件的常用涂覆层，具有工艺成熟、耐磨性较好、可满足高强度钢低氢脆防护需求等优点[1]，因此在航空领域应用广泛。硬铬镀层用于起落架、液压系统等时，通常有气密性要求，但长期以来，航空领域各工厂在气密性试验中都普遍存在渗漏气泡的现象，俗称“镀铬冒汗”[2]。气密性不合格将严重影响起落架、液压系统等零部件的功能，造成镀铬零件不能交付、反复返修，严重时超过50%的零件需返修，甚至出现零件超过返修次数而 废的情况。近30 年来，各航空工厂研究和采取了多种方法，如油封、金刚石碾压等[2]，但均不能完全解决该问题。为此，笔者采用了一种封孔技术对镀层进行后处理，从而较好地解决了这个问题，可满足“20 MPa，30 min 气密性泡”的要求。

1· 试验

试验采用经最终热处理制度后的A-100 钢试样。用于镀层微观形貌观察和耐蚀性试验的试样尺寸为50 mm×30 mm×5 mm，用于耐液压油性能试验的试样尺寸为25 mm×100 mm×1 mm，用于气密性试验的试样尺寸为φ60 mm×200 mm。

电镀硬铬工艺流程为：除油→清洗→电镀硬铬→除氢。电镀硬铬工艺参数为：温度50～60 ℃，电流密度40～60 A/dm2，电镀硬铬厚度40~60 μm。封孔处理工艺流程为：硬铬镀层→除油→加热→涂覆518 封孔剂（刷涂或浸涂）→室温固化（≥3h）→加温固化（120 ℃，保温时间≥120 min）。

镀层表面和截面微观形貌用Quanta 600 扫描电镜（SEM）进行分析；盐雾试验按ASTM B117 在Q-FOG 盐雾箱中进行。耐液压油性能试验方法如下：对整块固化的封孔剂进行考察，称取两块封孔剂的质量后，将其中一块封孔剂浸入60 ℃的15 号航空液压油中进行试验，持续48 h，取出后用丙酮去除表面的液压油，观察封孔剂表面有无溶胀、鼓泡，将封孔剂吹干后称量，记录质量，之后将两块封孔剂放入180 ℃烘箱中保温2 h，使封孔剂彻底干燥，取出后称量。气密性试验采用实验室模拟装置和工厂起落架气密性检测装置进行。

2 ·结果及讨论

2.1 镀层微观形貌分析

图1 是电镀硬铬镀层的表面及截面微观形貌。

由图1 可见，镀层存在微裂纹，尤其是除氢后的微裂纹增多，微裂纹在镀层内随机分布，当微裂纹贯通时，可能导致镀层漏气。微观形貌很好地解释了硬铬镀层气密性不佳的原因。

铬层中出现微裂纹，主要是由电镀硬铬沉积机理决定的。电镀硬铬时，电流效率很低，副反应产生大量氢，其中一部分氢进入镀层中，由于氢的存在，铬并不是直接沉积为正常的体心立方结构的金属铬，而是首先沉积为六方晶格形式的铬氢化物（分子式Cr2H 到CrH2）或者面心立方晶格形式的铬氢化物（分子式CrH 到CrH2）[1，3—4]。在正常电镀条件下，最容易形成的是六方晶格的氢化物。六方晶格的氢化物容易分解为体心立方的铬，并释放出游离氢（常温时即可分解）。无论是六方晶格的铬氢化物，还是面心立方的铬氢化物，在分解为体心立方的铬时，都能使体积收缩15%以上，产生巨大拉应力，使得镀层出现裂纹。因此采用目前传统的电镀硬铬工艺，都将不可避免地在镀层中产生微裂纹，当裂纹贯通时，将会导致镀层气密性测试时漏气。除氢后裂纹会增多，这是由于温度升高，铬氢化物分解得更快、更多。

上述分析也很好地解释了目前工厂生产中，硬铬镀层漏气的不确定性现象，即同一批零件中既存在漏气件，也有不漏气零件，返修后可能合格，也可能不合格，这种不确定性是由裂纹的随机分布和是否贯通来决定。

目前生产中解决硬铬镀层漏气的主要方法有退除镀层后返修、油封、金刚石碾压等方法。根据硬铬镀层漏气的原因可知，返修的方法不能彻底解决漏气问题。油封方法只是临时性措施，在服役使用过程中，由于压力作用，油会从裂纹中流出。金刚石碾压相对而言是一种较好的方法，通过碾压塑性变形，使微裂纹封闭，但金刚石碾压时如操作不当，会引起表面应力集中、过热而重新产生微裂纹。工厂经验表明，金刚石碾压可使漏气率大幅下降，但不能完全解决漏气问题；此外，金刚石碾压还无法解决内表面铬层漏气的问题。三价铬电镀层，虽然性能较普通镀铬有所提高，也仍然无法消除镀铬层中的裂纹[5]。

2.2 性能分析

对电镀硬铬试样进行实验室模拟装置气密性试验，增压至20 MPa 时，镀层表面出现大量气泡（如图2a 所示），表明镀层漏气；采用518 封孔剂对该试样进行封孔处理后，气密性试验结果见图2b。试验表明，封孔处理后的硬铬镀层气密性大幅度提高，可满足“20 MPa，30 min 铬层不出现渗漏气泡”的高气密性要求。

518 封孔剂的渗透性好，可有效封闭硬铬镀层的微裂纹。封孔技术中还利用了温差气体收缩效应和毛细现象，即零件在较高温度时涂覆封孔剂，冷却后去除多余封孔剂，使封孔剂可在液体状态深入到镀层微裂纹深处，再固化成固态，达到气密性稳定的目的。

由于硬铬镀层微裂纹细小，无法通过光学显微镜、扫描电镜或显色等方法来直接判断封孔深度或封孔完全与否。文中采用中性盐雾试验来间接判断封孔剂的封孔深度。因硬铬镀层中存在大量微裂纹，电镀硬铬镀层的钢试样进行盐雾试验会很快出现锈蚀（＜24 h），采用封孔剂封孔后，有机高分子封孔剂封闭了微裂纹，进行盐雾试验时可长达数千小时不出现锈蚀。用金刚石砂纸打磨封孔后的硬铬试样，去除不同厚度镀层后，进行盐雾试验，试验结果如图3 所示。试验结果表明，打磨20 μm 的试样未出现腐蚀，打磨30 μm 的试样则出现锈蚀，由此判断封孔剂渗入深度应为20~30 μm。

带有硬铬镀层的零件在使用过程中经常会与15号航空液压油接触，因此进行了封孔剂对15 号航空液压油的适应性试验，试验结果见表1。可见封孔剂浸泡液压油后，有微弱增重，可能是边缘的孔隙残留了一定的液压油。与未经过液压油浸泡的平行试样进行对比，同在180 ℃烘箱保温2 h 后，质量都减少，但相对变化几乎为0，表明封孔剂在液压油浸泡后没有发生溶解。