一种金属结构镀层质量控制方法与流程

本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种金属结构镀层质量控制方法。

背景技术：

作为金属结构钎焊前的镀层检测工序，金属结构镀层质量检测技术应用控制方法对其钎焊质量有重要影响。

金属钎焊结构在航空航天、交通运输、国防军工业部门有着重要应用。但其镀层的质控及检测技术一直是焊接领域的技术难点。产品制造单位采用金属镀层钎焊工艺实现了工程应用(如镍铬合金波纹管镀镍后与铝合金法兰盘的镀铜后的窄深槽钎焊装接，以生产火箭发动机液氢和液氧管道中的阀门座)，但在钎缝质量稳定性控制方面一直存在薄弱环节。其中，钎焊前的金属结构镀层质量及检测技术应用是影响钎焊缝质量不稳定的重要因素。

航天领域中镀层不仅需在异种金属连接过程中起到屏蔽过渡的作用，而且在钎焊后的结构件中需在低温、高频震动和/或承受交变载荷的复杂工况下满足密封、承载的作用，现有的镀层质量检测技术不能满足质量控制需要。

另外，由于在金属结构钎焊过程中，对结构镀层质量有严格要求，若电镀过程中加工工艺及镀层检测技术应用控制不严，将影响后续的钎焊质量，如何通过金属结构镀层质量控制方法来保证电镀过程中镀层质量，也是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种金属结构镀层质量控制方法，对金属结构镀层的外观、厚度均匀性、镀层结合力和镀层孔隙率进行考察和质量监控，以保证后续钎焊的顺利实施，以及钎焊后结构件在特定应用环境的使用要求，从而完成本发明。

本发明提供了的技术方案如下：

一种金属结构镀层质量控制方法，包括：外观检测：采用放大光学设备对金属零件镀层进行外观检测；

厚度均匀性分析试验：采用金相显微镜法对金属零件镀层进行厚度均匀性分析；

镀层结合力试验：摩擦镀层表面、和/或在刷光机上用细金属轮刷光镀层表面、和/或对镀层加热，观察镀层表面是否存在起泡、起皮或者脱落；

镀层孔隙率试验：将浓盐酸溶液滴至镀层表面，观察镀层表面是否有气泡出现。

根据本发明提供的一种金属结构镀层质量控制方法，具有以下有益效果：

(1)本发明中，镀层外观检测可以在可移动式检测平台上实施，可移动式检测平台的结构设计与外观检测需求相对应，使得检测方便、快捷；

(2)本发明在镀层结合力测试中，采用了摩擦、刷光、加热的物理检测方式，可针对镀层应用的不同环境，提升了检测实用性，且对后续钎焊缝强度不受影响；

(3)本发明在镀层孔隙率的检测中，采用了浓盐酸滴入法，1分钟内不允许有起泡出现，保证了镀层的致密一致性；

(4)本发明在钎焊工序流转过程中采用了严谨的包装、拾取、运输、交接、检查、确认等流程，避免了零件镀层的污染和破损造成局部失效，进而影响钎缝质量；

(5)本发明中质量控制方法，通过特定的检测技术，使检测后的金属镀层能够满足航空航天领域钎缝质量控制要求；

(6)本发明中在电镀过程中，根据待镀金属零件的结构特征制作定向导电件，通过使用与零件相匹配的定向导电件，促进了复杂曲面在电镀过程中的电导率平衡，为电镀过程中镀层阳离子的均匀移动附着提供了客观支撑条件，从而提高了镀层均匀一致性，利于后续钎焊等镀层功能的可靠实现。

附图内容

图1示出电镀装置结构示意图；

图2示出检测平台示意图；

图3示出托盘示意图；

图4示出托盘支架示意图；

图5示出镀层摩擦检测装置示意图；

图6示出金属法兰盘镀层零件，其中，窄深槽中镀铜；

附图标号说明

1-托盘支架、11-地盘、12-卡块、13-第一滑架组件、14-第二滑架组件、15-滚珠、16-手柄、2-托盘、31-台面、32-支撑件、4-光照元件、5-放大器元件、6-上支架、7-电动控制机。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

本发明人在电镀工序和钎焊工序中发现，镀层结构因厚度均匀性差，在后续钢铝异种金属钎焊过程中没有起到屏蔽作用，从而产生钢铝金属间化合物等脆性相，影响钎焊接头的承载及密封性能；或者因为镀层与基体的结合强度低在低温、高频震动的承压环境下发生泄漏，降低所属动力系统的可靠性。因而有必要对金属结构镀层的外观、厚度均匀性、镀层结合力和镀层孔隙率进行考察和质量监控，以保证后续钎焊的顺利实施，以及钎焊后结构件在特定应用环境的使用要求。

为此，本发明提供了一种金属结构镀层质量控制方法，包括：

外观检测：采用放大光学设备对金属零件镀层进行外观检测；

厚度均匀性分析试验：采用金相显微镜法对金属零件镀层进行厚度均匀性分析；

镀层结合力试验：摩擦镀层表面、和/或在刷光机上用细金属轮刷光镀层表面、和/或对镀层加热，观察镀层表面是否存在起泡、起皮或者脱落；

镀层孔隙率试验：将浓盐酸溶液滴至镀层表面，观察镀层表面是否有气泡出现。

在本发明中，外观检测的方法为：

步骤1-1，采用15～20倍放大光学设备进行金属零件镀层外观检测；

步骤1-2，镀层颜色应与电镀金属材料颜色一致；

步骤1-3，镀层应均匀、细致、连续；

步骤1-4，镀层不允许有黑点、烧焦、起泡、麻点、凹坑、结瘤、粗糙、毛刺、脱落等缺陷；

步骤1-5，待钎焊区的镀层不允许存在树枝状、条纹状、海绵状缺陷；

步骤1-6，待钎焊区的镀层不允许有未洗净的盐迹和手印；

步骤1-7，记录确认过程，零件送钎焊。

进一步地，采用放大光学设备对零件镀层进行外观检测方法中步骤(1-1)至步骤(1-7)完成的时间间隔小于60min。

进一步地，上述步骤(1-3)中，实现镀层均匀、细致、连续的方法包括：电镀镀层过程中确保电源输出稳定，无断电现象，确保电镀参数适宜，即大电流冲击，小电流电镀。

进一步地，上述步骤(1-4)中，实现镀层不允许有黑点、烧焦、起泡、麻点、凹坑、结瘤、粗糙、毛刺、脱落等缺陷的方法包括：电镀溶液无污染、无杂质，电镀前应保证清理、清洗工序严格执行，电镀溶液随工作批次，适时检测调整补充在合格范围内。

进一步地，上述步骤(1-5)中，待钎焊区为窄深槽或异形曲面结构时，实现待钎焊区的镀层不存在树枝状、条纹状、海绵状缺陷的方法包括：

步骤(1-5-1)，根据待镀金属零件的结构特征制作定向导电件，定向导电件置于电镀槽阳极与待镀金属零件之间且靠近待镀金属零件的窄深槽或异形曲面结构，定向导电件与电镀槽阴极相连；步骤(1-5-2)，接通连接电源、阳极、阴极、待镀金属零件和定向导电件的导电装置，实施电镀。具体如图1中所示。

其中，具有窄深槽或异形曲面结构的待镀金属零件，如带窄深槽的法兰盘，或者发动机上的带有涡轮状曲面结构的叶轮。

对于法兰盘上加工的围绕法兰盘轴心的圆环形纵向窄深槽，定向导电件设计为圆环形；对于法兰盘上加工的围绕法兰盘轴心开设的多段相同圆弧半径的弧形纵向窄深槽，定向导电件设计为圆环形；对于法兰盘上加工的围绕法兰盘轴心开设的多个与轴心距离相等的圆柱形纵向窄深槽，定向导电件设计为圆环形。对于发动机上的带有涡轮状曲面结构的叶轮，定向导电件设计为对应涡轮状曲面结构的圆环形。

当待镀金属零件上窄深槽或异形曲面结构的整体轮廓为其他形状时，定向导电件的结构随之改变，如整体轮廓为三角形时，定向导电件设计为三角形。

在本发明中，当待镀金属零件上窄深槽或异形曲面结构的整体轮廓具有较大宽度时，定向导电件可以加工为同心环形结构，各同心环横向固定连接。

当待镀金属零件上窄深槽或异形曲面结构在待镀金属零件上具有较大深度时，定向导电件可以加工为多级纵向环形结构，各级环形件纵向连接。

在本发明中，定向导电件与待镀金属零件之间的间距为2～10mm。由于边缘效应是待镀金属零件自身结构导致的，设置靠近待镀金属零件的定向导电件，定向导电件的设置相当于改变了金属零件自身结构，定向导电件吸引电镀阳离子局部富集，进而弱化了边缘效应。定向导电件与待镀金属零件之间的间距对于金属镀层难实现结构的电镀有效性至关重要，若定向导电件与待镀金属零件之间的间距过小且小于上述范围的最小值，则待镀金属零件上靠近定向导电件的部分产生边缘效应，电镀阳离子还未进入窄深槽或附着在异形曲面结构上，即被吸引富集，定向导电件无法起到有效导向作用；若定向导电件与待镀金属零件之间的间距过大且大于上述范围的最大值，则定向导电件吸引的阳离子由于距离窄深槽或者异形曲面结构太远而无法定向富集。

步骤1-5-2中，电镀过程包括：

采用镀层槽液进行冲击电流电镀，单个待镀金属零件的冲击电流强度为60～80a/dm²；冲击电流电镀过程中待镀金属零件和定向导电件沿垂直镀层面做前后摆动运动，两者的相对位置固定不变；

采用镀层槽液对待镀金属零件镀层面进行电镀，单个待镀金属零件的电流强度为20～30a/dm²；电镀过程中待镀金属零件和定向导电件沿垂直镀层面做前后摆动运动，两者的相对位置固定不变；

清洗电镀后金属零件并吹干。清洗电镀后金属零件并吹干的具体方法为：将电镀后的金属零件放入纯水池中，采用纯净水清洗，并用自来水管或水枪对零件进行冲洗；采用60～80℃热水冲洗零件，时间为3～5min；用洁净压缩空气将零件吹干。清洗被电镀零件，着重在镀层面的清洗。

进一步地，上述步骤(1-6)中，防止有未洗净的盐迹和手印的方法为：

(a)零件电镀后，在纯水槽中上下摆动5次～6次，严禁用力过度，磕、碰伤零件；

(b)用自来水管或压力水枪对电镀表面进行冲洗；

(c)用专用夹持工装拾取零件，其中，专用夹持工装为与零件非钎焊区域形状相配合的长柄卡钳，通过长柄卡钳夹持零件非钎焊区域进行检测流程操作。

由镀层零件为精密零件，移动运输镀层零件时应避免零件镀层被污染及磕碰，同时，在外观检测过程中，需要全方位检测零件镀层外观，手持转动十分不便，因而本发明人提供了一种可移动式检测平台，如图2至图4所示，该检测平台包括工作台、托盘支架1和托盘2；

其中，工作台包括台面31及用于支撑台面的支撑件32，台面31上固定托盘支架1，托盘支架1卡紧托盘2；托盘2承载零件；

托盘支架1包括地盘11、滑架和卡块12，其中，滑架包括第一滑架组件13和第二滑架组件14，两者通过键槽紧密配合，组装而成的滑架下方中部具有容纳地盘11的槽体；

地盘11为板状结构，固定于工作台的台面31上，与第一滑架组件13和第二滑架组件14间均通过环向键槽结构松配合，在地盘11、第一滑架组件13和第二滑架组件14三者相接处加工有可容纳滚珠15的环形滚珠槽，环形滚珠槽与两环向键槽结构同轴，滑架在地盘11上可以周向水平旋转任意方向；

滑架上由外缘至中心方向开设有至少两条相对的下导轨，卡块12下端插入下导轨中沿下导轨移动，在移动至设定位置处锁紧固定，对托盘2进行卡紧。卡块可以为螺栓螺母配合结构，螺栓插入下导轨中，螺母压紧滑架上表面，进行位置锁定。

在本发明中，工作台支撑件32的底部带有滑轮。

在本发明中，托盘支架1上还带有至少一个手柄16，手柄16固定在滑架外侧面，通过握持手柄带动滑架周向旋转。

在本发明中，工作台还包括光照元件4、放大器元件5和上支架6，光照元件4和放大器元件5通过台面31上设置的上支架6固定在托盘支架1上方，光照元件4为镀层观察提供所需的光照强度，放大器元件5为镀层观察提供所需的放大倍数。

进一步地，放大器元件5为15～20倍光学放大镜，光照元件4为围绕放大器元件5的环形日光灯。

进一步地，上支架6包括上臂和下臂，下臂与台面31和上臂分别通过转轴连接，这样通过旋转上臂和下臂，可方便对托盘支架1中零件进行多角度全方位观测。

本发明中，厚度均匀性分析试验方法为：将电镀完成的零件进行多次线切割，对多个断面进行镶嵌、磨制、抛光、和浸蚀，浸蚀10～15秒后，马上用高压水枪进行冲洗；采用无限远倒置显微镜进行镀层厚度测量，记录数值，优选将测量影像拍照并存档。厚度均匀性应满足零件使用要求。

本发明中，镀层结合力试验的方法为：

(a)摩擦法：将两个零件镀层平面相互摩擦不小于10次，镀层不起泡或不起皮即为合格；摩擦法适用于与基体的结合强度满足规定要求的镀层；如图5所示，通过镀层摩擦装置实施检测，采用电动控制机7控制机械臂摩擦零件镀层表面，保证了摩擦稳定性和均一性。

(b)刷光法：将零件镀层表面，在刷光机上用细金属轮(φ0.1～0.4mm)，转速为1500～3000转/分，刷光15～20秒后，被刷光表面不起泡，不起皮为合格；刷光法适用于起到密封、能承受交变载荷而不失效的镀层；

(c)加热法：将零件镀层零件或试片放入150～180℃烘箱中，烘烤1～1.5小时，镀层不起泡，不脱落即为合格；加热法适用于需在高温(如钎焊)环境下起到连接过渡以及屏蔽作用的镀层。在本发明中，镀层结合力试验的测试样件数量为每批抽取1％～5％(但不少于两件)，按工艺技术要求的零件镀层结合力可采用以上三种方法之一进行测试。

在本发明中，镀层孔隙率试验方法为：将浓盐酸(比重1.19)滴至镀层表面，1分钟内不得有气泡出现，表示零件气孔率合格。

在本发明中，镀层孔隙率试验测试样件数量为每批抽取1％～5％(但不少于两件)，按工艺技术要求检查合格后零件用纯水冲洗干净，并吹干随该批零件一起交付钎焊。

在本发明中，该质量控制方法还包括电镀零件及运输控制：(a)用清洁包装纸包装零件后放入周转箱中转运，严禁在工序流转过程中出现划伤、碰伤零件，并防止零件玷污和受潮；(b)包装时严禁赤手接触零件。

进一步地，电镀零件运输周转箱为带隔板木质方箱且有螺栓固定、海绵防护，确保零件完好无损。

在本发明中，该质量控制方法还包括交接检查及确认控制：(a)采用工序三检制，需在零件产品交接记录表中填写内容，包括任务号、图号、名称、日期、质控卡号、数量、电镀结束时间、读后交接时间、操作者、互检者、检查员签字确认，接收人员签字确认；

(b)电镀结束时间以及镀后交接时间的记录应精确至min(分)；

(c)经自检、互检以及接收方签字确认后，检验员负责专检后将零件产品交接记录表随质控卡一同归档，零件送钎焊。

实施例实施例1

图6为铝合金法兰盘的结构示意图，铝合金法兰盘的窄深槽镀铜后可与镀镍后的镍铬合金波纹管钎焊装接，以生产火箭发动机液氢和液氧管道中的阀门座。对该法兰盘窄深槽中的镀层进行质量评价及监控，某批次的法兰盘样品总数量为50，抽检样品数量为2个。

外观检测：采用20倍放大光学设备对金属结构镀层进行外观检测，镀层颜色应与电镀金属材料颜色一致；镀层均匀、细致、连续；镀层无黑点，烧焦、起泡、麻点、凹坑、结瘤、粗糙、毛刺、脱落等缺陷；镀层无树枝状、条纹状、海绵状缺陷；镀层无未洗净的盐迹和手印。

厚度均匀性分析试验：采用金相法对零件镀层进行厚度均匀性分析，镀层20±5μm；

镀层结合力试验：将零件镀层零件或试片放入180±10℃烘箱中，烘烤1小时，镀层不起泡，不脱落；

镀层孔隙率试验：将比重1.19的浓盐酸溶液滴至镀层表面，1分钟内无气泡出现。

根据上述测试结果，判定该批次法兰盘合格。

该批次法兰盘中目前已用于后续钎焊的数量达到100％，使用过程中未发生因镀层不合格导致的钎焊不满足要求的问题。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。