一种用于加工标准镀镉氢脆棒的镀镉槽液和镀镉工艺的制作方法

本发明属于民航领域，具体涉及一种用于加工标准镀镉氢脆棒的镀镉槽液和镀镉工艺。

背景技术：

民航飞机上会用到多种航空用维护化学品，如飞机除冰液、飞机零部件清洗剂、飞机脱漆剂等。判断这些航空维护用化学品是否会对镀镉的飞机高强度钢部件产生氢脆，需要采用标准镀镉氢脆棒进行试验验证。若镀镉工艺不符合要求或不合理，会对标准镀镉氢脆棒的镀镉层产生严重影响，导致氢脆棒表面镀镉层附着力差产生脱落、氢脆棒缺口部位不能覆盖镀层、镀镉层耐腐蚀性变差等不良现象，采用这种镀镉氢脆棒对民航航空用化学产品进行氢脆试验验证时，往往会得到错误的结果，进而影响航空零部件的安全使用。

氢脆是高强度钢中可自由扩散的氢原子在钢材基体中聚集，在应力作用下向应力集中区域迁移，这些氢原子在应力集中的区域聚集，进而形成裂纹，裂纹扩展发生断裂的现象。氢脆是影响飞机高强度钢零部件失效发生脆断的主要原因，如果飞机日常维护等过程中采用不合适的工艺或飞机维护用化学品，就会导致这些镀镉高强度钢零部件产生氢脆。因此，需要采用标准镀镉氢脆棒对航空维护用化学品进行氢脆检验，确定其是否会导致高强度镀镉钢部件产生氢脆。

目前通常采用mil-s-5000高强度钢或ams6415高强度钢棒加工成标准氢脆棒，然后按照astmf519的要求进行镀镉，制备标准镀镉氢脆棒。在目前制备标准镀镉氢脆棒的工艺中，由于镀前清洗工艺不合理、镀镉工艺差，电镀电流效率低，往往导致氢脆棒镀镉过程中渗氢量增大，使标准镀镉氢脆棒容易发生脆断，无法通过氢脆敏感性试验，在对飞机日常维护化学品进行氢脆检测时，造成氢脆检测结果不准确。

公开号为cn107245733a的中国专利申请报道了一种高强钢低氢脆电镀镉的方法，包括如下步骤：a、电镀零件预处理：对电镀零件进行表面除油、消除应力以及吹砂处理；b、电镀镉：在10～30℃、电流密度为7a/dm2～7.5a/dm2下，采用电镀镉溶液对预处理后的电镀零件进行电镀处理，电镀时间为4～6min；c、电镀零件后处理：对b步骤电镀后的零件进行除氢处理、活化处理以及钝化处理。该工艺b步骤中所述电镀镉溶液以1l溶液计，含有氢氧化钠10～20g、氰化钠100～105g、氧化铬30～35g和酒石酸钾钠10～20g，余量为水。该申请解决了因电镀镉溶液分散能力问题导致零件边缘和尖端部位镀层发暗和烧焦问题，该工艺镀层均匀、外观合格且氢脆敏感性低。但并未提及该工艺能通过氢脆敏感性试验，满足航空化学品氢脆检测用标准镀镉氢脆棒的电镀镉工艺，也未提及该低氢脆镀镉工艺处理后的镀镉氢脆棒，可满足氢脆试验检测的特殊要求。

实际上，目前全球的标准镀镉氢脆棒主要来源于美国greenspecialtyserviceinc公司或smi.inc公司，现有的市售标准镀镉氢脆棒还没有国产的。但是，中国民航局第二研究所长期采购上述进口的标准镀镉氢脆棒发现，由于其镀镉工艺不稳定，不同批次间和同批次间的部分氢脆棒无法通过氢脆敏感性测试，存在质量问题，影响试验结果。导致这一现象的原因推测可能是电镀电流效率处于临界范围，增氢量变大引起的。

因此，开发出电镀效率高、渗氢量小，可通过氢脆敏感性测试且批次稳定性好的标准镀镉氢脆棒，对解决标准镀镉氢脆棒国产化问题具有非常重要的意义。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于加工标准镀镉氢脆棒的镀镉槽液和镀镉工艺，以及利用该镀镉槽液和镀镉工艺制得的用于检测民航飞机维护用化学品的氢脆性能检测的标准镀镉氢脆棒。

本发明提供了一种用于加工标准镀镉氢脆棒的镀镉槽液，它由镉金属、nacn、naoh、水组成，其中镉金属浓度为24.0g/l～32.0g/l，nacn浓度为96.0g/l～136.0g/l，naoh浓度为23.0g/l～38.0g/l；且nacn与镉金属的重量比值为(4.2～5.5)：1。

进一步地，所述nacn与镉金属的重量比值为(4.8～5.4)：1。

进一步地，所述镉金属浓度为24.0g/l～31.0g/l，nacn浓度为123.0g/l～135.0g/l，naoh浓度为23.0g/l～35.0g/l。

本发明还提供了一种用于加工标准镀镉氢脆棒的镀镉工艺，它包括以下步骤：

(1)预处理：对氢脆棒表面进行除油、消除应力以及吹砂处理；

(2)镀镉槽液的配制：配置权利要求1～3任一项所述的镀镉槽液；

(3)除去步骤(2)所得镀镉槽液中的有害金属离子；

(4)除去步骤(3)处理后的镀镉槽液中多余的碳酸根离子；

(5)电镀镉：将步骤(1)预处理后的氢脆棒在步骤(4)处理后的镀镉槽液中电镀，得到镀镉氢脆棒。

进一步地，步骤(1)中，所述氢脆棒是由高强度钢制得的；

所述除油的方法为：采用三氯乙烯进行蒸汽除油；

所述消除应力的方法为：真空加热，真空加热的温度为180℃～198℃，时间为3h～8h；

所述吹砂处理的方法为：采用80～100目的金刚砂干吹砂处理，吹砂压力为0.1mpa～0.5mpa；

步骤(3)中，所述除去步骤(2)所得镀镉槽液中的有害金属离子的方法为：将阴极板放在步骤(2)所得镀镉槽液中，先在电流密度为0.15amp/dm²～0.25amp/dm²的条件下电镀30min～120min，再在电流密度为8.0amp/dm²～9.2amp/dm²的条件下电镀30min～240min。

进一步地，步骤(1)中，所述真空加热的温度为183℃～196℃，时间为3h～5h；

所述吹砂处理的方法为：采用90～100目的金刚砂干吹砂处理，吹砂压力为0.2mpa～0.3mpa；

步骤(3)中，所述除去步骤(2)所得镀镉槽液中的有害金属离子的方法为：将阴极板放在步骤(2)所得镀镉槽液中，先在电流密度为0.16amp/dm²～0.24amp/dm²的条件下电镀50min～90min，再在电流密度为8.1amp/dm²～9.0amp/dm²的条件下电镀80min～150min。

进一步地，步骤(4)中，所述除去步骤(3)处理后的镀镉槽液中多余的碳酸根离子的方法为：采碳过滤器将步骤(3)处理后的镀镉槽液过滤；或者在步骤(3)处理后的镀镉槽液中加入氢氧化钙，混合均匀后过滤。

进一步地，步骤(5)中，所述电镀的电流密度为6.0amp/dm²～7.2amp/dm²，优选为6.5amp/dm²～7.2amp/dm²，时间为：3.5～6.5min，优选为4.8～6.1min。

本发明还提供了上述方法制得的镀镉氢脆棒。

本发明还提供了上述镀镉氢脆棒在制备标准镀镉氢脆棒中的用途。

本发明通过控制镀镉槽液中特定浓度和重量比例的镉金属、nacn、naoh、水，利用本发明的镀镉工艺能够有效除去槽液中的微量铁、铬、铅、镍、汞等影响电镀电流效率的金属离子，有效除去槽液中的形成的碳酸根，避免过量的碳酸根影响镀层的耐盐雾特性。

本发明提供的用于加工标准镀镉氢脆棒的镀镉工艺阴极电流效率大于95％，采用该镀镉工艺加工的标准镀镉氢脆棒在加载45％极限抗拉强度，在去离子水的介质条件下断裂时间大于100h，加载75％极限抗拉强度，在室温条件下200h不断裂。利用本发明的镀镉工艺制得的镀镉氢脆棒盐雾试验96h后无明显腐蚀点，能够通过氢脆敏感性试验，且批次稳定性好，可以用作用于符合ams1434标准要求的飞机除冰液、ams1550飞机外表清洗剂等检测民航飞机维护用化学品的氢脆性能检测的标准镀镉氢脆棒，应用前景广阔。

显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

附图说明

图1、镀镉氢脆棒的尺寸要求。

图2、镀镉氢脆棒的氢脆实验示意图。

具体实施方式

本发明所用原料与设备均为已知产品，通过购买市售产品所得。

本发明的实施例和对比例中，处理前的氢脆棒是采用aisi4340高强度钢按照图1的标准要求加工成的标准试验件。

实施例1一种标准镀镉氢脆棒的镀镉工艺

按照以下步骤处理氢脆棒，制备标准镀镉氢脆棒：

(1)标准氢脆棒镀前预处理：取氢脆棒，采用三氯乙烯进行蒸汽除油；在185℃真空加热5h消除应力；采用90目的金刚砂干吹砂处理，吹砂压力为0.25mpa。

(2)电镀镉槽液的配制：溶剂为水，其中镉金属24.6g/l，nacn含量126g/l，naoh28g/l，nacn与镉金属重量比值5.1：1。

(3)电镀镉前槽液有害金属离子的去除：将波纹状阴极板放在槽液中，在电流密度为0.21amp/dm²条件下电镀60min，然后在电流密度为8.5amp/dm²条件下电镀80min。

(4)电镀镉槽液中多余碳酸根离子的去除：采用碳过滤器将步骤(3)电镀后的槽液过滤2次，除去槽液中多余的碳酸根离子。

(5)电镀镉：将步骤(1)预处理后的氢脆棒在步骤(4)处理后的槽液中电镀，电镀电流密度为6.5amp/dm²，电镀时间为：5.5min。

实施例2一种标准镀镉氢脆棒的镀镉工艺

按照以下步骤处理氢脆棒，制备标准镀镉氢脆棒：

(1)标准氢脆棒镀前预处理：取氢脆棒，采用三氯乙烯进行蒸汽除油；在195℃真空加热4h消除应力；采用90目的二氧化硅砂干吹砂处理，吹砂压力为0.30mpa。

(2)电镀镉槽液的配制：溶剂为水，其中镉金属25.6g/l，nacn含量123g/l，naoh35g/l，nacn与镉金属重量比值4.8：1。

(3)电镀镉前槽液有害金属离子的去除：将波纹状阴极板放在槽液中，在电流密度为0.18amp/dm²条件下电镀75min，然后在电流密度为8.4amp/dm²条件下电镀120min。

(4)电镀镉槽液中多余碳酸根离子的去除：在步骤(3)电镀后的槽液中加入氢氧化钙粉末，充分搅拌，然后过滤，重复操作2次，以除去槽液中多余的碳酸根离子。

(5)电镀镉：将步骤(1)预处理后的氢脆棒在步骤(4)处理后的槽液中电镀，电镀电流密度为7.2amp/dm²，电镀时间为：5.1min。

实施例3一种标准镀镉氢脆棒的镀镉工艺

按照以下步骤处理氢脆棒，制备标准镀镉氢脆棒：

(1)标准氢脆棒镀前预处理：取氢脆棒，采用三氯乙烯进行蒸汽除油；在183℃真空加热4h消除应力；采用100目的二氧化硅砂干吹砂处理，吹砂压力为0.30mpa。

(2)电镀镉槽液的配制：溶剂为水，其中镉金属31.0g/l，nacn含量135g/l，naoh32g/l，nacn与镉金属重量比值4.4：1。

(3)电镀镉前槽液有害金属离子的去除：将波纹状阴极板放在槽液中，在电流密度为0.22amp/dm²条件下电镀50min，然后在电流密度为9.0amp/dm²条件下电镀100min。

(4)电镀镉槽液中多余碳酸根离子的去除：采用碳过滤器将步骤(3)电镀后的槽液过滤2次，除去槽液中多余的碳酸根离子。

(5)电镀镉：将步骤(1)预处理后的氢脆棒在步骤(4)处理后的槽液中电镀，电镀电流密度为7.1amp/dm²，电镀时间为：5.7min。

实施例4一种标准镀镉氢脆棒的镀镉工艺

按照以下步骤处理氢脆棒，制备标准镀镉氢脆棒：

(1)标准氢脆棒镀前预处理：取氢脆棒，采用三氯乙烯进行蒸汽除油；在190℃真空加热5h消除应力；采用90目的金刚砂干吹砂处理，吹砂压力为0.20mpa。

(2)电镀镉槽液的配制：溶剂为水，其中镉金属25.0g/l，nacn含量133g/l，naoh31g/l，nacn与镉金属重量比值5.3：1。

(3)电镀镉前槽液有害金属离子的去除：将波纹状阴极板放在槽液中，在电流密度为0.16amp/dm²条件下电镀90min，然后在电流密度为8.1amp/dm²条件下电镀150min。

(4)电镀镉槽液中多余碳酸根离子的去除：采用碳过滤器将步骤(3)电镀后的槽液过滤2次，除去槽液中多余的碳酸根离子。

(5)电镀镉：将步骤(1)预处理后的氢脆棒在步骤(4)处理后的槽液中电镀，电镀电流密度为7.2amp/dm²，电镀时间为：4.8min。

实施例5一种标准镀镉氢脆棒的镀镉工艺

按照以下步骤处理氢脆棒，制备标准镀镉氢脆棒：

(1)标准氢脆棒镀前预处理：取氢脆棒，采用三氯乙烯进行蒸汽除油；在196℃真空加热3h消除应力；采用100目的金刚硅砂干吹砂处理，吹砂压力为0.28mpa。

(2)电镀镉槽液的配制：溶剂为水，其中镉金属25g/l，nacn含量134g/l，naoh23.7g/l，nacn与镉金属重量比值5.4：1。

(3)电镀镉前槽液有害金属离子的去除：将波纹状阴极板放在槽液中，在电流密度为0.24amp/dm²条件下电镀80min，然后在电流密度为8.6amp/dm²条件下电镀150min。

(4)电镀镉槽液中多余碳酸根离子的去除：采用碳过滤器将步骤(3)电镀后的槽液过滤2次，除去槽液中多余的碳酸根离子。

(5)电镀镉：将步骤(1)预处理后的氢脆棒在步骤(4)处理后的槽液中电镀，电镀电流密度为6.8amp/dm²，电镀时间为：6.1min。

对比例1

按照以下步骤处理氢脆棒，制备标准镀镉氢脆棒：

(1)标准氢脆棒镀前预处理：取氢脆棒，采用2.5％十二烷基硫酸钠溶液清洗除油；在190℃空气加热4h消除应力；采用90目的金刚砂干吹砂处理，吹砂压力为0.5mpa。

(2)电镀镉槽液的配制：溶剂为水，其中镉金属25g/l，nacn含量125g/l，naoh22.5g/l，nacn与镉金属重量比值5.0：1。

(3)电镀镉前槽液不去除有害金属离子。

(4)电镀镉槽液中不去除多余碳酸根离子。

(5)电镀镉：将步骤(1)预处理后的氢脆棒在步骤(2)配制的槽液中电镀，电镀电流密度为6.8amp/dm²，电镀时间为：6.1min。

对比例2

按照以下步骤处理氢脆棒，制备标准镀镉氢脆棒：

(1)标准氢脆棒镀前预处理：取氢脆棒，采用三氯乙烯进行蒸汽除油；在194℃真空加热2h消除应力；采用100目的金刚硅砂干吹砂处理，吹砂压力为0.28mpa。

(2)电镀镉槽液的配制：溶剂为水，其中镉金属20g/l，nacn含量130g/l，naoh含量25.6g/l，nacn与镉金属重量比值6.5：1。

(3)电镀镉前槽液有害金属离子的去除：将波纹状阴极板放在槽液中，在电流密度为0.24amp/dm²条件下电镀60min，然后在电流密度为8.6amp/dm²条件下电镀6min。

(4)电镀镉槽液中多余碳酸根离子的去除：采用碳过滤器将步骤(3)电镀后的槽液过滤2次，除去槽液中多余的碳酸根离子。

(5)电镀镉：将步骤(1)预处理后的氢脆棒在步骤(4)处理后的槽液中电镀，电镀电流密度为8.2amp/dm²，电镀时间为：3.0min。

对比例3

按照以下步骤处理氢脆棒，制备标准镀镉氢脆棒：

(1)标准氢脆棒镀前预处理：取氢脆棒，采用三氯乙烯进行蒸汽除油；在170℃真空加热2h消除应力；采用100目的金刚硅砂干吹砂处理，吹砂压力为0.35mpa。

(2)电镀镉槽液的配制：溶剂为水，其中镉金属36g/l，nacn含量136g/l，naoh35.6g/l，nacn与镉金属重量比值3.8：1。

(3)电镀镉前槽液有害金属离子的去除：将波纹状阴极板放在槽液中，在电流密度为0.18amp/dm²条件下电镀20min，然后在电流密度为6.5amp/dm²条件下电镀40min。

(4)电镀镉槽液中多余碳酸根离子的去除：采用碳过滤器将步骤(3)电镀后的槽液过滤2次，除去槽液中多余的碳酸根离子。

(5)电镀镉：将步骤(1)预处理后的氢脆棒在步骤(4)处理后的槽液中电镀，电镀电流密度为5.5amp/dm²，电镀时间为：10min。

以下通过实验例证明本发明的有益效果。

实验例1本发明镀镉工艺所得镀镉氢脆棒的效果测试

1、实验方法

分别按照实施例1～5、对比例1～3的镀镉工艺加工得到各镀镉氢脆棒，分别进行以下测试。

(1)外观：5倍放大镜，目视检查；

(2)盐雾试验：astmb117，中性盐雾试验；

(3)氢脆敏感性测试：astmf519敏感性试验；

(4)镀镉氢脆棒缺口处氢含量测试：astme1447氢含量测试；

(5)对航空化学品进行氢脆试验评估：按照图2所示实验方法进行镀镉氢脆棒的氢脆实验，实验采用符合ams1424标准要求的飞机除冰液作为腐蚀介质，加载45％、75％缺口断裂强度进行氢脆试验，以来源于美国greenspecialtyserviceinc公司的进口镀镉氢脆棒为对照。

2、实验结果

表1各镀镉氢脆棒的效果测试结果

表2各镀镉氢脆棒的对航空化学品进行氢脆试验的评估结果

从表1可以看出，实施例1、2、3、4和5的镀镉工艺得到的镀镉氢脆棒镀镉层均匀无瑕疵且附着力良好，试验96h后无明显腐蚀点。

实施例1、2、3、4和5的镀镉工艺得到的镀镉氢脆棒均能够通过氢脆敏感性试验；而对比例1和3的镀镉工艺得到的镀镉氢脆棒无法通过氢脆敏感性试验。

通过对镀镉氢脆棒缺口部位氢含量的测试发现，实施例1、2、3、4和5的镀镉工艺得到的镀镉氢脆棒缺口部位氢含量均小于0.1ppm，而对比例1、2和3的镀镉工艺得到的镀镉氢脆棒缺口部位氢含量均大于2ppm。根据长期氢脆试验结果统计，如果镀镉氢脆棒缺口部位氢含量大于1ppm，就会对航空化学品氢脆评估试验结果造成颠覆性影响。

从表2可以看出，采用符合ams1424标准要求的飞机除冰液作为腐蚀介质，与来源于美国greenspecialtyserviceinc公司的进口镀镉氢脆棒相比，实施例1、2、3、4和5的镀镉工艺得到的镀镉氢脆棒的氢脆试验结果均准确，批次稳定性好；而对比例1、2和3的镀镉工艺得到的镀镉氢脆棒的氢脆试验结果均不准确。

此外，从表4还可以看出，与来源于美国greenspecialtyserviceinc公司的进口镀镉氢脆棒相比，本发明实施例1、2、3、4和5的镀镉工艺得到的镀镉氢脆棒阴极电流效率更高。

上述实验结果表明，本发明实施例1、2、3、4和5的镀镉工艺通过控制镀镉槽液中特定浓度和重量比例的镉金属、nacn、naoh、水，得到的镀镉氢脆棒盐雾试验96h后无明显腐蚀点，能够通过氢脆敏感性试验，且批次稳定性好，可以作为标准镀镉氢脆棒，用于评估符合ams1424标准要求的飞机除冰液等航空化学品对高强度钢的氢脆性能。

综上，采用本发明镀镉槽液和镀镉工艺加工的标准镀镉氢脆棒在加载45％极限抗拉强度，在去离子水的介质条件下断裂时间大于100h，加载75％极限抗拉强度，在室温条件下200h不断裂。利用本发明的镀镉槽液和镀镉工艺制得的镀镉氢脆棒批次稳定性好，可以用作用于检测符合ams1434标准要求的飞机除冰液、ams1550飞机外表清洗剂等民航飞机维护用化学品的氢脆性能检测的标准镀镉氢脆棒，应用前景广阔。