第一篇：民用飞机铝合金蒙皮修理研究论文
1点状损伤
铝合金蒙皮上所有直径小于0.25英寸的损伤都视为点状损伤，如果点状损伤未穿透蒙皮的镀层，不需要进行修理。对贯穿性的点状损伤，可钻掉损伤部位，然后安装MS20470AD8铆钉。注意铆钉孔的边距应≧2D，与其它铆钉孔的孔距应在4D到6D之间（D为铆钉直径）。直径大于0.25英寸的损伤，按裂纹处理。
2划伤
未穿透蒙皮镀层的划伤不需要修理，穿透蒙皮镀层的划伤需进行打磨，打磨深度Y允许的最大值按下列原则确定：
（1）对框与长桁之间的划伤，打磨最大深度为0.2T（T为铝合金蒙皮厚度）。
（2）对仅穿过一个框和一个长桁，且划伤的另一端与周边结构紧固件孔距不小于2D的划伤，打磨最大深度为0.15T。（3）超出两个框的纵向划伤，打磨最大深度为0.08T。注意打磨的横截面半径至少为1英寸，打磨宽度应≧30Y，打磨区域距离最近的紧固件孔距应≧2D。见图1。超出上述范围的划伤，按裂纹进行安装加强片修理。
3裂纹
厚度为0.032到0.090英寸的蒙皮上的裂纹，若裂纹长度小于2英寸，可将裂纹及周边整个圆形区域内的材料切除，用与被修理蒙皮材料相同，并且厚度相同或更厚一级的板材制作圆形加强片。对长度为2到4英寸的裂纹，切除区域为方形，并且切除部分的四个角半径必须大于0.5英寸，然后用与被修理蒙皮材料相同，并且厚度相同或更厚一级的板材制作方形加强片。t=被修理的蒙皮厚度；w=裂纹长度或被切掉的材料长度；Ftu=被修理的蒙皮极限拉伸强度；Pa=每个紧固件允许的剪切力，取紧固件最大剪切力和板材能承受的最大挤压力二者中的小值。
加强片修理还需遵守下列一般规则：
（1）紧固件边距一般至少为2D，同一排紧固件，每10个紧固件中允许有一个边距1.5D。
（2）修理件应使用与被修理蒙皮同一材料，并且热处理方式也相同的板材制作（例如7075—T6，2024—T3），厚度与蒙皮或更厚一级。
（3）填充片应使用与被修理蒙皮同一材料，同一厚度的板材制作。
（4）所有修理件都要去除毛刺及锋锐边缘。
（5）所有修理件及被修理的铝合金蒙皮加工面都应进行表面阳极化及涂底漆和面漆，以防止腐蚀。
（6）紧固件孔距应为4D到6D。
（7）修理件与被修理蒙皮之间需涂胶防腐。
（8）加强片若安装在气动严格部位，需要进行气动表面倒角，倒角边缘厚度应打磨到≤0.030英寸，倒角宽度为0.25到0.35英寸，紧固件孔应距离倒角开始线至少0.030英寸。
（9）在气动严格部位，若加强片未倒角，可在加强片周围进行气动涂胶代替，密封胶的斜度为20：1。
（10）距离小于3英寸的两块加强片应合并成一块大的加强片。拉钉只能用在非增压区蒙皮和非主结构蒙皮上。
（11）若修理区域原先已装有紧固件，修理后可安装加大一级或两级的紧固件。
（12）若同一修理件上有不超过2个的紧固件长度过长，可在紧固件的螺母处加垫片，以满足夹紧长度的要求。
第二篇：民用飞机驾驶舱异响典型排故研究
民用飞机驾驶舱异响典型排故研究
[摘 要]本文通过分析民用飞机驾驶舱异响的类别和发生阶段，梳理了驾驶舱异响的主要原因，进而研究了此类故障的排故思路和方法。
[关键词]驾驶舱、异响、排故
中图分类号：V267 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0346-01
1.引言
飞机驾驶舱中有各种重要的显示器及机载设备，是飞行员与飞机进行信息交互的主要通道[1]，堪称飞机的中枢系统。当驾驶舱出现异响时，飞机系统可能出现了某种故障，必须得到高度重视，并进行及时排故，防患于未然，保证飞机的安全运行。
2.驾驶舱异响种类和发生阶段
根据对包括波音737机型和空客320机型驾驶舱异响故障的统计，驾驶舱出现的异响通常包括尖锐啸叫（whistling），滴答响（clicking），噼啪响（clacking），噗噗声（popping），金属重物击打的咚咚响（clonking），马蹄敲击地面的咄咄响（clunking），或挤压罐头的嘎嘎响（oil canning）等[2]。
在发生阶段方面，这些异响的发生涵盖地面和空中各个阶段，各异响种类及其发生阶段的对应关系详见表1。
3.驾驶舱异响排故分析
3.1.故障原因分析
驾驶舱异响的原因通常包括以下几个方面：
1）风挡或侧窗漏气；驾驶舱显示器后部通风口封严变形
2）雷达罩的锁扣
3）仪器面板上的安装螺钉松动
4）活动座椅的安装点松动
5）客舱门的门档
6）地板结构与前起落架舱之间的连杆
7）装饰盖板松动
8）故障旗及警告、警戒
3.2.排故思路与方式
在确定驾驶舱异响的原因后，其排故的典型思路及方法通常包括以下两个类别：
对于1-8类别故障原因按照主制造商提供的故障隔离手册（FIM）、飞行维修手册（AMM）和飞机飞行手册（AFM）等运行类手册和持续适航文件中规定的故障隔离程序进行排故；
对于非典型故障，依据异响的频率、持续时间、发生阶段、发生位置等信息确定故障现象，然后依据主制造商提供的系统描述（SDS）、系统原理手册（SSM）、线路图册（WDM）等持续适航文件进行故障原因评估和排故。
4.A320机型驾驶舱异响排故分析
4.1.故障现象
A320飞机在巡航阶段，驾驶舱中部突然出现明显的连续性的啸叫声，飞行员观察驾驶舱中MFD，PFD上无EICAS信息，各系统页面均正常，噪声持续大概5分钟后减小并消失，异响可能发生在中央操纵台以下。
4.2.故障原因分析
由于?{驶舱异响是发生在飞机在巡航阶段中，并且是连续性的啸叫，根据经验异响种类判断，可能是风挡漏气或显示器后部通风口封严变形。但是异响是发生在驾驶舱中部，而且来自中央操纵台以下，排除了风挡漏气或显示器后部通风口封严变形的原因。
根据系统描述和系统原理，对驾驶舱中央操纵台以下或电子舱内部可能出现异响的系统和设备进行梳理：
1）自动飞行系统：俯仰伺服和横滚伺服异常的机械运动。
2）通信系统：旅客广播装置自身风扇工作异常。
3）电源系统： R TRU自身风扇工作异常。
4）飞行控制系统：副翼配平作动器内部电机异常。
5）发动机控制系统：油门控制组件内的自动油门伺服马达发生异常的机械运动。
6）驾驶舱附近设备安装松动
通过对相关系统和设备进行检查和测试，仍未确定故障原因，排查上述各种可能后，排故人员对座舱增压。
实际增压试验时：未增压时，无啸叫声；当压差到1.5psi时出现啸叫声，继续增大到2.8psi时啸叫声出现。而后，堵住位于电子设备舱主蓄电池进气口时啸叫声消失。之后进行释压，释压速率控制在800ft/m以下，气压减小至1.0psi时，啸叫声明显减弱，当减小至0.6psi时，啸叫声基本消失。
根据试验情况，进一步分析主蓄电池工作原理：当主蓄电池工作时，会产生可燃性气体（和），为避免蓄电池内浓度过高，需设置通风装置，将产生的及时排出机外。当座舱增压时，在主蓄电池进气口到出气口间产生正向压差，气流从进气口流向出气口，形成通风路径。为避免未增压条件下蓄电池工作产生的进入电子电气设备舱，在蓄电池进气口导管尾部加装了一个橡胶单向阀。因此，初步判断故障原因为进气口内部橡胶单向阀。
4.3.故障排除
更换主蓄电池进气口橡胶单向阀，啸叫消失，故障排除。后将该件送返部件维修厂家检查，发现进气口内部橡胶单向阀出气口破裂，且通过加压测试，该破裂的单向阀出现类似的啸叫声，可确认啸叫原因为橡胶单向阀出气口破裂。
5.小结
排除驾驶舱异响的方法有许多种，可以根据异响的种类快速锁定异响来源，快速定位故障原因，进行隔离故障，从而大大提高排故效率。当异响的种类无法锁定异响来源时，对于非典型故障，依据异响的频率、持续时间、发生阶段、发生位置等信息确定故障现象，配合主制造商提供的系统描述（SDS）、系统原理手册（SSM）、线路图册（WDM）等持续适航文件进行故障原因评估和排故。希望以上建议对排除后续相关异响的排故有一定的参考意义。
参考文献
[1] 飞机驾驶舱人机界面综合评估科学技术与工程徐海玉、张安、汤志荔、陈斌
[2] 空客A320飞机驾驶舱异响故障的排除维修王岩、李庆杰
第三篇：汽车发动机维修修理论文
汽车发动机维修修理论文
浅谈排除发动机窜烧机油故障的体会
摘要：本文主要介绍汽车发动机大修镶新丝套后，出现了窜油故障，但检测有关部件的密封配合，以及用量缸表测量气缸体圆度、圆柱度偏差，均符合技术要求。后经拆检分析发现，窜油故障是由气缸体承孔加工不符合标准要求，精度偏差超过极限所致。
关键词：窜烧机油；气缸体承孔加工精度低；外径配合不良
前言
发动机燃烧机油是汽车的一种常见故障，而故障通常由活塞连杆组、配气机构、汽缸体等部件的密封配合不良，或机油加注过量等造成的。但在修理过程中，如没有注意零件材料质量的优劣，或者维修加工工艺不规范、不标准，技术精度达不到要求，同样会引起发动机窜油的故障。
目录
(一)发动机窜烧机油的故障现象
(二)造成发动机窜机油故障的原因分析(三)排除故障的措施和方法
(一)发动机窜烧机油的故障现象
我曾对一台东风车用的发动机进行大修，该车大修后不久，就出现了窜油现象，表现为：汽车行驶时，低、中、高速都有蓝烟，且机油压力低，起动困难，行驶乏力。动力性能和经济性能大大下降，燃油和机油损耗增加，机油约5天时间补加一次，废气排放超标。打开机油加注口察看，有一定的脉动烟雾冒出；检查曲轴和进气口，有刺激气味烟雾窜出；看排气管口，有油湿现象，检查火嘴，积炭明显。以上特征表明发动机窜油现象突出。(二)造成发动机窜机油故障的原因分析
发动机在正常温度下运转，要取得动力性和经济性，工作时就必须要使进入燃烧室的混合气的压缩力符合设计要求，而且保证进气充分并且燃烧彻底，因为只有压缩压力达到最大要求和进气充分，才能保证发动机做功时能产生足够的爆破力，从而产生足够的动力，带动发动机曲轴高速运转。而要保证发动机气缸压缩力达到最大要求，则要求发动机配气机构以及曲轴连杆机构等各配合部件密封配合良好。保证密封配合良好，则要求各配合间隙符合技术要求。一旦发动机各密封配合件磨损过大，将会影响其密封性，使发动机出现窜烧机油的故障，最终令其输出功率下降且不能正常行驶。造成发动机窜烧机油有以下几个原因： 1．由配气机构引起
配气机构的气门、气门杆、气门导管的磨损，令其配合间隙增大。当气门杆和气门导管由于修理工艺及磨损不均匀时，会造成密封配合不良，产生漏油现象。配气机构出现上述故障，将使机油窜入燃烧室燃烧，从而影响发动机的动力性和经济性。
2．由曲柄连杆机构引起
(1)活塞环磨损或失效、各环环口对口。
活塞环是活塞连杆组中磨损最快的零件，尤其是第一道活塞环的磨损更为剧烈。在燃烧的作用下，环背产生很大的压力，当然大的环背压力有助于密封，但另一方面也加速了环背的磨损。活塞环磨损或失效后，弹力减弱，开口间隙、边隙以及背隙增大，令活塞环与气缸体的配合间隙增大，使气缸内密封性变差而出现窜油，造成发动机的动力性能降低，机油消耗升高，引致通风系统严重冒烟，排气冒蓝烟和燃烧室表面积炭。
(2)活塞磨损引起的窜油。
活塞磨损最快的部位，是活塞环槽与活塞销座孔环槽的磨损，其中第一道环槽磨损最严重，由上至下，依此减轻，环槽的磨损，使活塞环槽中配合间隙增大，结果容易引起窜油现象。
3．由气缸磨损引起
气缸的工作表面，在正常情况下一般是在活塞环运动的区域形成不均匀的磨损，沿气缸轴线方向磨成上大下小的圆锥形，磨损产生圆柱度误差，最大的磨损部位是活塞在上止点位置时，第一道环所对应的缸壁处，而沿横向截面是磨成不规则的椭圆形，磨损产生圆度误差。最大的磨损在进气门对面的气缸壁上，由于此处受新鲜混合气流较强冲袭作用，导致润滑油膜稀释磨料增多，温度降低，使该部位磨损严重。
4．由机油加注过多而造成
由于机油加注过量，发动机高速运转时，飞溅润滑的油多，使气缸壁产生过量机油，而活塞环亦无法把其完全刮掉而窜到燃烧室燃烧。(三)排除故障的措施和方法
根据以上分析，围绕着发动机出现窜烧机油的问题，本人针对以上得出的可能产生的原因，逐项进行解体检查分析。
首先，拆下气缸盖检查，发现有个别排气门座有灰白的积炭，进气门有油湿。我将有问题的气门进行导管与杆的配合间隙的测量，发觉其配合间隙大于原厂标准0.12mm以上，造成个别进排气门与座的配合密封不良而产生积炭。
显然这是由于维修工艺不规范或材质不佳而造成的。而部分气门杆与导管的配合间隙过大，同样不排除工艺与材质的因素。于是我重新更换气门、气门导管和气门油封。
与此同时，我又重点检查活塞环几个重要数据，没有发现对口现象，我怀疑环的材质有问题，因为目前市面上的正、副厂原件都有，质量参差不齐，而环的工作条件恶劣，受高温、高压的影响。高温达到600K，压力有时会达到5MPa以上。润滑条件差，如环的材质跟不上，会使磨损加快。于是，我又选一副原厂生产、认为质量可靠的活塞环试配，重新装好发动机启动试运转，燃烧机油和动力不足现象有明显改善，但尚有蓝烟从排气管排出。即发动机窜烧机油的故障还未排除。
我又重新用量缸表测量汽缸体的圆度和圆柱度误差，圆度误差为0.05mm，圆柱度误差为0.01mm，且无拉伤痕迹，符合大修标准。但检查汽缸表面的粗糙度时，发现气缸有局部位置与活塞环无接触的痕迹。根据这种情况，估计故障可能是气缸体承孔与气缸套外径配合不良造成，因为如果气缸套与承孔
配合不是过盈，而存在间隙B，当发动机高速运转时，有间隙的部位，在瞬间高温高压作用下，缸套会整体局部变形压紧在承孔上，造成较大S型变形，使活塞环与缸体间产生瞬间密封配合不良。而采用量缸表是不能量出这一变形误差的，原因是零件表面的实际形状对理想形状的变动量是在受到冲击力时才出现的，而且发生时的变动量为形状误差，当实际圆柱面偏离理论圆柱面时，实际圆柱内各垂直面的直径是相等的，所以用量缸表测量仍得到符合标准的数据。如图所示，实际圆柱面各点直径D数值相等，而缸套与承孔存在公差B。
根据以上分析，我重新压出缸套，经测量，果然是气缸体承孔加工不符合技术要求。我重新搪磨气缸体承孔，配换合标准的新缸套，重新装好机试运行，发动机窜烧机油现象消除。
经过一系列的调试，发动机呈正常运行状态。(四)结论
采取以上的修复方法和步骤，确保了气缸套与缸体承孔的配合间隙，排除了这台车的窜烧机油故障，从而得出结论，这台车窜烧机油故障，是大修时气缸体承孔加工精度低，使发动机工作时密封配合不良所致。
本文所述的故障虽是一般故障，但其隐蔽性强，维修时有一定难度。所以把它写出来，希望同行之间交流。此故障修复表明，提高企业管理水平，重视维修技术人员的培训，提高从业人员的素质，提高设备、工艺技术水平的迫切性。零件生产厂要严把质量关，不合格产品得坚决烧毁，提高质量，提高竞争力，这样我们的汽车行业才有出路，维修行业才有质的飞跃。
第四篇：铝合金MIG焊的气孔问题研究
铝合金MIG焊的气孔问题研究
摘要：铝合金在MIG焊时很容易产生气孔，需要采取相应的解决措施。为此，选用先进的焊接设备，焊前对母材及焊材的清洁度、保护气体的纯度进行严格控制，并配以合理的焊接工艺参数，可使气孔得到有效地控制。
关键词：铝合金；MIG焊；气孔；焊缝质量
中图分类号：TG441.7 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）15-0094-01
铝合金由于比重小、比强度高、无磁性、以及良好的加工性能、耐腐蚀性能和导电热性能，被广泛应用于各种焊接结构和产品中。因此，特别适用于航空航天器、船舶、车辆等运载工具以及对快速机动能力有高要求的兵工装备。铝合金适最用于TIG焊和MIG焊，而MIG焊相比TIG焊，焊接效率高，因而得到更广泛的应用。但是，MIG焊时最容易产生气孔，气孔的存在会影响焊接接头的性能，因此，解决合金焊接时产生的气孔问题，是焊接质量控制的首要任务。
1MIG焊接设备、焊接工艺的发展与应用
近年来，全球的焊接技术发展非常快。焊接设备已从机械控制进入了电子控制时代。在过去的几十年里，焊接设备的功率器件由磁放大器向晶闸管、晶体管和IGBT等方向发展。晶体管逆变式控制的脉冲MIG焊机，成为目前铝合金焊接的发展趋势。焊接工艺多采用自动或半自动方式焊接。如铝合金储液罐及换热器的焊接一般实现了半自动焊及全自动焊。焊接设备多采用晶体管道逆变控制式脉冲氩弧焊机（DIGITAL PULSE）、全密封式的焊台结合PLC系统，有效地控制工件运转节率，采用纯氩保护进行焊接，为半自动MIG焊提供技术保障，较大程度地减少了人和环境对焊缝质量的影响。工艺上采用高速和大电流规范进行施焊，使用这样的设备及焊接工艺施焊时产生的气孔和飞溅现象非常少。
2铝合金焊缝中形成气孔的机理
2.1铝合金焊接时产生气孔的来源
铝合金焊接时极易气孔，而氢是铝及铝合金熔焊时产生气孔的主要原因，铝合金焊接中少量的氢污染都能引起严重的气孔。
铝合金焊缝中氢的来源，主要有以下几个方面：①母材和焊材的表面的油污、水分及其他有机物等在焊接电弧的高温下分解产生的氢；②母材和焊材中固溶的氢；③保护气体纯度不够，气体中含水；④在电弧气氛中侵入了空气中的水分。
2.2焊接设备对气孔产生的影响
晶体管道逆变控制式脉冲MIG焊机，其晶体管控制MIG焊电源输出波形为方波脉冲，可实现与脉冲电流同步的1滴/1脉冲熔滴过渡。即使焊接电流发生变化，在1次脉冲里过渡的熔滴大小仍基本相同。且从小电流到大电流整个较大的范围内都可进行稳定的熔滴过渡（焊接），基本无飞溅和烟雾少，气孔也显著降低。而晶闸管控制的焊机未能达到该效果。目前，又出现一种DPMIG新技术焊机，它具有一个脉冲过渡一个熔滴的特点，同时对熔池起到搅拌的作用，使得气熔池内部气体有足够的时间逸出，从而得到低气孔率焊接熔池。
2.3焊接接头位置对焊缝中气孔的影响因素
焊接结构的多样化，决定了焊接接头位置的多样性，焊接接头位置不同，决定了残留在晶体中细小、孤立气泡的逃逸量。平焊时，不论焊枪移动还是工件移动，对于焊缝中气孔的逸出最为有利。下坡焊时，焊接熔池金属可能流到焊丝的前面，对母材产生预热作用，而削弱了清理作用和保护效果，而上坡焊的效果正好与下坡焊相反。铝材的下坡焊很容易产生缺陷，影响焊缝质量，一般不推荐使用。
2.4保护气体对铝合金焊缝中气孔的影响
氩气和氦气是铝合金气体保护焊最常用的两种保护气体，它们均属于惰性气体，但两者的热物理特性具有很大差异，从而决定了其电弧特性亦明显不同。氩气的密度比空气大，而热导率比较小，因此氩弧燃烧非常稳定，熔滴易呈稳定的轴向射流过渡，保护效果好。但氩弧电弧电压和能量密度较低，射流过渡时易得到指状熔深。氦气的密度比空气小，导热率比氩气高，易获得较高的电弧电压，从而增大了焊缝熔深。
实践证明，采用纯度为99.99%的纯氩气可以获得较好的焊缝质量。对于导热性较好的铝合金，采用混合气保护，以较快的焊接速度焊接时，其冷却速度也较快，大量分布于细小的枝晶组织间的气泡不能像晶体生长得那么快，也不能产生足够的浮力逸出熔池，这样孤立的气泡就陷于晶体中作为细小的气孔保留于焊缝中。而采用纯氩气保护焊接时，焊缝金属的冷却速度相对较慢，有利于气泡的长大和逸出，而获得焊缝较好的内部质量。例如纯氩条件下的薄壁铝合金罐体（壁厚2.0 mm，直径Φ30~60 mm）获得的焊缝质量，其耐爆破强度性能指数在15 MPa以上，压力循环试验性能指数在15万次以上（试验压力1~35 bar，试验频率1 Hz）。
2.5其它因素对铝合金焊缝中气孔的影响
作为熔化极的铝焊丝表面摩擦系数较大，因此，应该尽可能的选择高耐磨和摩擦系数低的材料作送丝软管，且弯曲的送丝管对焊接效果有很大影响，如将铝焊丝沿着弯曲的送丝管送出，很容易引起电弧不稳、焊嘴被堵等多种故障，从而无法获得优质的内部焊缝。
MIG焊接过程中，粘在喷嘴内壁上少量的飞溅应及时去除，以免掉在焊缝中产生夹渣和气孔。对焊接规范、氩气流量、导电嘴的使用寿命等进行合理的控制，也可有效的减少铝合金焊缝中气孔。
3焊接工艺参数的控制
焊接工艺参数控制不当往往会是焊接质量明显下降。焊接工艺参数主要包括焊接电流、焊接电压和焊接速度三个因素，焊接电流是焊缝熔深和焊缝厚度主要影响因素，焊接电流大，焊缝熔深大，焊缝厚度大，焊接效率高，但是电流过大，容易产生咬边、焊穿等缺陷，焊缝厚度大即熔池深，焊接时气体逸出时间变长，也容易产生气孔。焊接电压是影响焊缝熔宽的主要因素，并随着电流增大也相应增大，否则电弧会不稳定，但电压不宜过大，电压过大，电弧变长，保护气体效果变差，容易被空气侵入而产生气孔；焊接电压过小，焊接电弧不稳定，焊缝宽度太小，焊缝成型不好。焊接速度是影响焊缝成型的重要因素，焊接速度太小，焊缝厚度高，焊缝宽度小，焊缝中心会凸起，成型不好，还容易焊穿；焊接速度过大，容易产生咬边，焊缝冷却过快，保护气体保护效果变差，而且熔池还没冷却下来，空气已经侵入，焊缝容易被氧化和产生气孔。
因而，在实践过程中要掌握好焊接工艺参数，并熟练地操作，焊接过程中才能控制好焊缝成型和不产生焊接气孔。
4结语
①选择先进的焊接设备，并在焊前去除对母材和焊材表面对焊接质量产生影响的油污、水分及其他杂物，再配以合理的焊接工艺参数，可有效地控制铝合金MIG焊时气孔的产生。
②晶体管逆变式控制的脉冲MIG焊机的应用及半自动MIG焊接方式的选择，可有效地控制人及周边环境等外界因素对焊缝质量的影响，很大程度上降低了焊工的作业强度，有利于焊接质量的稳定提高。
参考文献：
[1] 邹增大.焊接材料工艺及设备手册[M].北京:化学工业出版社,2001.[2] 水野政夫(日),许慧姿(译).铝及其合金的焊接[M].北京:冶金工业出版社,1985.[3] 刘嘉,殷树言.铝及铝合金焊接新技术[J].航空制造技术,2006,(5).
第五篇：铝合金表面处理研究
铝合金表面处理研究
学号：20091829 姓名：刘哲 专业班级：材科09-4班
2012年07月04日
铝合金表面处理研究
摘要：主要介绍了铝合金表面处理的一种方法-电镀，并对一些预处理进行分析与研究，知道了电镀过程中的一些参数的最佳数值。
关键字：表面处理、电镀、预处理
前言
金属表面复合涂层技术是指利用表面涂层工艺方法，如电镀、化学镀、真空熔覆、热喷涂、气相沉积、阳极氧化、热化学反应法、溶胶-凝胶法、离子注入以及涂装等技术，在金属表面形成一层或数层具有复合材料结构和性质，并与金属表面结合良好的薄膜[1]。近年来，进行涂覆的基体金属及合金主要有：碳钢、合金钢、铸铁、铝合金、铜合金、镁合金及钛合金等。金属表面复合涂层可广泛应用于石油、化工、能源、机械、冶金、电子信息、航空航天及军事装备等领域，正向着多功能性和应用性的方向发展。因此，金属表面复合层作为新材料研究的一个重要方向，具有广阔的应用前景。
铝在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。铝的产量在金属中仅次于钢铁的。至 19 世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属。铝合金的加工性能好，表面经抛光后具有良好的光反应能力。因此，在飞机、汽车、电器、仪表、日用品等领域，铝合金获得广泛的应用［2］。然而铝合金也存在缺点，主要是耐腐蚀性差，并且还有产生晶间腐蚀的倾向，这是一种最危险的腐蚀破坏。通过表面处理的途径，即氧化或电镀可以提高铝合金的耐蚀性，从而提高其使用性能[3 ],对铝和铝合金表面制备复合涂层意义深远[4]。国外在铝合金表面复合涂层研究方面投入了大量人力、物力，近年来相继出现了多种复合涂层。如美国为航空、航天应用的铝合金件开发了“TUFRAM”涂层，它是由一般阳极氧化膜层再渗入有机聚合物而成，表面性能优异，在民用产品方面也得到了推广[5]。我国在铝合金表面复合涂层研究方面也非常活跃。Li 等[6]应用化学复合镀在铝合金表面制备出了含 70vol%SiC 颗粒的 Ni-P-SiC 复合涂层。蒋驰等[7]在铝材基体上，综合应用等离子喷涂和电弧喷涂等热喷涂方法，喷涂钽、镝、铅等材料，制备具有辐射屏蔽效应的多层复合涂层，涂层与基体之间结合紧密，组织均匀致密，孔隙率低，满足了辐射屏蔽要求。黄开金等[8]采用激光熔覆在 AA7075 铝合金表面熔覆了 Zr-Cu-Ni-Al-TiC 复合粉末，制备出 Zr 基复合涂层，熔覆层表现出优异的耐磨性，尤其是随着熔覆层中 TiC 含量的增加，耐磨性得到显著的提高。一.铝合金电镀预处理
复合电镀是在电解质溶液中加入一种或数种不溶性固体颗粒，在金属离子被还原、形成镀层的同时，不溶性固体颗粒均匀弥散地分布于金属镀层中，形成复合镀层。采用电镀法可以制备多种复合镀层，主要有耐磨、自润滑、弥散强化、耐蚀性等复合镀层以及提高有机涂层结合强度的中间复合镀层。复合电镀具有以下特点：工艺简单、镀层多样化和分散相颗粒品种多[1]。
1.1挂具
对于铝合金电镀来讲，挂具是先决条件，特别是大件，必须要保证足够大的接触面积，以保证导电良好，不要用镀过铜的挂具，因为铜触点与铝件发生铜置换而产生触点起泡。1.2碱蚀
在保障去油、去蜡清洗干净的前提下，碱蚀的浓度、温度、时间控制至关重要，由于铝在氢氧化钠中优先溶解，易发生过度腐蚀和碱蚀不匀现象。1.3酸蚀(除垢)
由于铝合金是由铜、铁、镁、硅等成分组成，通常不与碱液发生反应，所以必须通过酸蚀（除垢）工艺除掉这些氧化物，使表面裸露出洁净金属基体。酸蚀（除垢）液一定要控制温度、浓度和时间这三个要素，特别温度，这是夏季铝合金易起泡的罪魁祸首，在夏天一定要有冷冻降温设备。对于含镁较高的铝合金在除垢之前必须用以下工艺，才能获得结合力良好的镀层。以下浸蚀工艺为：硫酸15%(体积百分浓度)，时间2~5 m i n，温度80℃。以下除垢工艺为：硝酸50%，温度15~25℃，时间1~2 m i n，再沉鋅。
1.4铝合金件必须浸镀过渡金属层
如浸锌、锡、镍金属，才能获得结合力良好的镀层，目前大多应用于大量生产的以沉锌为多，以二次沉锌工艺占主导，这是因为通常预浸锌得到的锌层粗糙多孔，结合力不好，为了进一步提高基体与镀层的结合力，常采用再次浸锌，这样得到的锌层比较平滑致密［9］。沉锌一般由市售、自配各占半壁江山，自配的以传统锌酸络合盐为基础，再加入铁、镍、铜与有机络合剂，即成了四元合金沉锌液，自配成本相应较低些，沉锌液的维护与管理需要注意以下几点：
（1）沉锌液温度：沉锌最好维持在15~25 ℃之间，过高由于锌等金属置换过快，得到灰黑疏松、粗糙，甚至海绵状的置换层，这种锌置换层结合力很差。而温度较低时，沉锌液反应比较温和，锌等合金析出量少，锌等合金置换层均匀致密，耐蚀性能和基体的结合力大有提高，所以很多厂家总抱怨夏天铝件总是起泡，其实铝合金电镀，夏天冷冻机是不可缺少的设备。
（2）沉锌时间：沉锌时间与沉锌液温度、浓度成反比（特别是金属离子的浓度），在沉锌液温度15~25℃，浓度20波美度时，沉锌时间第一次1 min左右，第二次30 s，过长会变得粗糙多孔，致密性、均匀性降低，影响后续工序。
（3）严格控制好沉锌的浓度，特别是碱与锌的综合比，一般N aO H 与Zn最佳比值为(10~12)∶1。当碱与锌比值过高时，置换出的锌合金结晶细致，但在铝合金表面沉积速度缓慢，对铝表面溶解速度加快，电镀后易产生麻点；当N aO H 对Zn比值过低时，在沉锌液中浸3~5 s，就会置换灰黑色的锌合金，这种置换层粗糙多孔，致密性差，电镀中途就会发现起泡，一般小型电镀厂沉锌液是市售的，没有分析条件，浓度完全靠波美计测定，据本人经验得出，低于15波美度，有的会出现起泡现象，高于25波美度，应缩减沉锌时间，当然应考虑沉锌液老化程度，比如，铝在沉锌液中会有溶解，随其铝溶解量的增加，溶液波美度也随之上升，所以会产生误差，如果带出量很少的话，应及时更换部分老液，适当补充新液。1.5预镀层
（1）铝合金电镀必须要求有一层结晶细致，厚度均匀，无孔隙的过渡镀层，避免在电镀酸铜被腐蚀而起泡。
2009年3月宁波市电镀行业协会专家工作委员会开会推广H ED P无氰镀铜工艺，取代了铝合金通常用昂贵的预镀镍工艺，这是铝合金电镀的一次革命，值得推广。（2）预镀镍 由于目前铝合金普遍采用瓦特镀镍液为基础的预镀镍工艺，作为过渡层，所以一向被人们所接受。但其最大的缺点就是：镀液易被铝、锌、铁等金属杂质所污染，经常需要电解或化学方法予以净化，才能保证预镀层的质量。
中性镍：由于中性镍pH 值近中性，对工件腐蚀很小，即使少量Zn溶解，因柠檬酸钠会隐蔽Zn，不影响镀层。
参考配方：硫酸镍140 g/ L、氯化镍30 g/ L、柠檬酸钠140 g/ L、硫酸铵35 g/ L、葡萄糖酸钠30 g/ L、湿润剂2 m l / L、pH 值6.8~7.2、温度50~60 ℃、电流密度2~3 A/ dm2。本人认为先镀中性镍作为预镀层，再用瓦特镍镀镍加厚，这样不但可以缩短预镀时间，减少金属杂质污染，并且可使预镀层更细致，紧密无孔隙，以保证铝合金表面结合力耐蚀性进一步提高，特别适用于汽车等高防腐耐用消费品。二.电镀参数对电镀质量的影响
铝合金的主要缺点是耐腐蚀性差，其合金容易产生一种潜在危险的腐蚀破坏———晶间腐蚀[10]。根据实验及计算结果可得出不同搅拌速度下的镀速。得知，搅拌速度对镀速影响很大，随搅拌速度的增大，镀速有很大提高； 但搅拌速度不能过 大，否则镀速有下降的趋势。搅拌速度低于 300r/min时，镀速随搅拌速度的增大而增加，高于 300r/min时，镀速随搅拌速度的增大而降低。铝合金试样施镀后，在不同搅拌速度下试样的镀层是很多细的颗粒，结果表明，当搅拌速度为 300r/min 时，镀层表面颗粒最小，最均匀，颗粒之间结合最紧密，镀层质量最好。
根据试验及计算结果可得出不同电流密度下的镀速,可知电流密度对镀速影响很大, 随着电流密度的增大, 镀速有很大提高, 但是电流密度过大时镀速有下降的趋势。电流密度低于 3.0 A /dm2时, 镀速随电流密度值的增加而增加, 高于 3.0A/dm2时, 镀速随电流密度值的增加而减少。一般情况下电流密度增加其沉积速度也会增加, 这符合法拉第定律, 但是当电流密度过高时, 溶液中消耗的镍离子不能得到及时的补充, 因此在电沉积过程中镀层会出现烧焦现象, 效果并不理想, 因此电流密度控制在 3.0 A /dm2为好。
三.铝合金电镀的应用
作为汽车安全件的铝合金轮毂，不但在车辆行驶过程中需要承受整车车身重量和过载压力，而且还要求具有比整车寿命更长的运行时间；同时轮毂在平衡整车外形美观方面也发挥着举足轻重的作用，所以轮毂的表面处理技术在提高轮毂耐腐蚀性、提高抗石击能力和增加美观效果等方面，都显得尤为重要。
目前，铝合金轮毂表面处理工艺主要分为涂装（喷漆或喷粉）和电镀两大类，过去那种单纯的阳极氧化膜处理工艺已逐步被淘汰。
铝轮毂电镀最早兴起于美国，高档汽车配上这样的轮毂显得华丽而且与众不同，主要原因是铝的轻质与装饰铬外观的完美结合。镀铬工艺主要流程为：除油→清洗→酸蚀→预镀锌→预镀暗镍→预镀亮铜→清洗→活化→镍封→镀铬→清洗→吹积水→烘干，电镀设备可采用连续通过式或步进式的电泳槽，但这样的传统电镀工艺由于使用强酸、强碱及氰化物、铬酐等有毒有害化学品，产生的废水成分复杂，对环境影响很大。随着社会环保意识的加强，大力发展环保产品才能真正促进经济发展，任何牺牲环保与浪费资源的发展都只能是短暂的，所以近几年来，国内外都加大了对铝轮毂表面处理的研究，新技术、新工艺也层出不穷。
此外，铝合金因密度小，比强度高，可以采用压铸技术高速地生产尺寸精度高、形状复杂和质量轻的零部件，从而在航空及建筑等领域获得广泛使用[11]。结语与展望 新的涂层技术层出不穷，并朝着高精密和智能化方向发展，如超声火焰喷涂、激光熔覆、真空烧结和激光诱导 WD 法等；同时也研制出了许多新的复合涂层，并向着多功能性和实用性的方向发展。金属表面复合涂层无疑具有很大的潜力和良好的发展前景，但也存在一些需要进一步探讨和亟待解决的问题：①继续完善现行工艺的研究，制备出性能更佳、品种更多的复合涂层，并加大涂层的实际应用和规模化生产的开发；②进一步深入研究解决复合涂层与基体金属之间的附着力差、涂层失效机理、涂层性能测定及涂层稳定性模拟等问题；③发展节能、清洁、无污染、工序简便、成本低和生产效率高的新工艺，应是今后的发展方向；④涂层多组元、纳米化、梯度化、微叠层、无机-有机杂化及多功能化应作为以后研究的重点。
参考文献
[1]宣天鹏．材料表面功能镀覆层及其应用[M]．北京：机械工业出版社，2008．7-16． [2]冯立明，王玥，孙华等．电镀工艺与设备[M].北京:化学工业出版社，2005:242 －243.[3]张宏祥，王为．电镀工艺学[M]．天津:天津科学技术出版社，2002:304－305． [4]孙万昌,张磊,张晗,卢建华.金属表面复合层研究进展[J].材料热处理技术,2011,40(16):75-77.[5]夏玉平，张之秀．铝合金阳极氧化特种复合涂层工艺研究[J]．兵器材料科学与工程，2000，23(2)：66-71． [6]Li L B，An M Z．Electroless nickel-phosphorus plating on SiCP/Al composite from acid bath with nickel activation[J]．J.of Alloy Compd，2008，461：85-91．
[7]蒋驰，张鹏程，肖云峰，等．铝表面钽 / 镝 / 铅复合涂层组织结构的研究[J]．材料保护，2001，34(1)：19-24．
[8]黄开金，林鑫，李朝武，等．AA7075 铝合金表面激光熔覆 Zr基复合涂层的组织与磨损行为 [J]． 应用激光，2006，26(6)：398-403.[9]冯立明，王玥，孙华．电镀工艺与技术［M］．北京:化学工业出版社，2005: 85－86.[10]安茂忠．电镀理论与技术[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004．279-285.[11]赵予川.铝压铸件镀锌军绿色钝化工艺[J].电镀与精饰.2010，212（11）：34-35.
点击咨询 