电铸镍成型技术分析

魏铜

航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司

引言

电铸是一种电化学制造技术，它是利用金属的电沉积原理来制取某些复杂、特殊形状产品的特种加工方法，具有极高的复制精度和重复精度。在航空领域，有许多机加技术无法加工的特殊形状的产品，如飞机的桨尖前缘包铁，包铁用于保护主桨叶，它的形状比较特殊，曲率大且薄，采用机加加工的方法既耗费原料又无法保证外形符合产品要求，加工难度大且费工费时，而利用电铸镍成型的方法则提高了加工效率、节省了原料、精简了加工工序、缩短了加工时间。

1电铸镍成型的原理

把预先按所需形状制成的原模作为阴极，用电铸镍材料作为阳极，一同放入与阳极材料相同的金属盐溶液中，通以直流电。在电解的作用下，原模表面逐渐沉积出电铸镍层，达到所需的厚度后从溶液中取出，将电铸镍层与原模分离，便可获得与原模形状相对应的复制件。电铸镍层的厚度一般为0.02到6mm，也有厚达25mm的，电铸件与原模的尺寸误差仅几微米。

2电铸镍成型技术的应用

以桨尖前缘包铁的电铸镍成型过程为例，来研究镍成型技术在航空领域的应用。

2.1产品分析

产品为直升机桨尖前缘镍包铁，产品平均厚度为0.55mm，产品弯曲率也非常大，该产品主要作用为保护主桨叶前缘部分，桨叶作为直升机升力的来源，在直升机的制造过程中尤为重要，为了保护主桨叶设计了强度、硬度都很大的桨尖前缘包铁。所以桨尖前缘包铁是确保直升机安全飞行中不可缺少的部分。因此对桨尖前缘包铁的硬度、精度及形状等要求都特别高。

2.2桨尖前缘包铁电铸镍成型工装结构

模芯1、小压块2、辅助阴极3、大压块4、螺钉5、螺母6、螺杆7、挂钩8。

(1)模芯：材料1为1Cr18Ni9Ti的锻件，采用锻件的性能较好，加工后型面不易产生针眼，更能保证产品的质量。在模芯上划有产品轮廓线及涂胶界限，涂胶界限以外涂过氯乙烯清漆，放入槽液以后，涂胶界限以外不吸附槽液中的镍离子，成型后，按产品轮廓线剪切产品。

(2)小压块2、大压块4材料为尼龙，采用尼龙材质以防止导电，利用螺钉5安装到模芯上，压块下方制有孔，利用该孔可以辅助栓挂辅助阴极3。

(3)辅助阴极3材料为镍丝，将镍丝利用铜丝连接挂钩8，栓挂于模芯1下方20mm处，可以起到辅助导电的作用，有利于曲率最大的弯角处的镍成型。

(4)螺杆7、挂钩8材料为T2紫铜，采用紫铜的导电性较好，有利于产品镍成型，利用螺母将螺杆安装到模芯上，用于导电。

2.3附图及简要说明

其中，1-模芯、2-小压块、3-辅助阴极、4-大压块、5-螺钉、6-螺母、7-螺杆、8-挂钩。

2.4技术方案

设计出与桨尖前缘包铁内形相同的模芯1，利用螺杆7和挂钩8连接阴极，并将辅助阴极3用铜丝连接于挂钩8上，辅助导电。再将阳极板放入含有镍离子的槽液中，阳极板中放有镍块，以补充槽液中损失的镍离子，利用氧化还原反应，模芯不断吸附槽液中的镍离子，形成产品。

2.5电铸镍的过程

2.5.1模具检验：

将螺杆、挂钩等都装配到模芯上并检验模具是否有碰伤划伤等，否则应修正合格，检验符合要求后再使用。

2.5.2有机溶剂除油：

根据模具表面油污情况，可用丙酮进行除油。

2.5.3隔离：

按照模芯上的刻线对模具不进行镍成型的表面用过氯乙烯清漆进行隔离。2.5.4化学手工除油：

用清洁剂、洗衣粉或肥皂泡沫清洗镍成型表面。

2.5.5镍成型过程：

将辅助阴极插入压块上的孔内并用铜丝连接到挂钩上，将工装放入槽液中并利用挂钩连接阴极，将带有镍块的阳极板（阳极板采用NY1）用涤纶布套挂装于槽液中，预热3~5分钟后通电，通电过程中利用氧化还原反应不断将槽液中的镍离子吸附到模芯上形成产品。

槽液的配制：

（1）往槽中加入三分之一的去离子水，并将氨基磺酸镍溶液注入槽中；

（2）将氯化镍用去离子水溶解后注入槽中；

（3）将硼酸用加温的去离子水溶解后（温度＜70°）注入槽中；

（4）将TritonX100（活性剂）用热去离子水溶解后注入槽中；

（5）加入去离子水至规定水平面

（6）PH值应保持在3.5~4.0之间，PH值高用氨磺酸调整，PH值低用双氧水调整。

2.5.6干燥

2.5.7脱模

3总结

通过电铸镍的方法加工，解决了机加加工方法难以实现的产品问题，保证了产品质量、节省了原料、缩短了加工时间、极大的提高了生产效率。

参考文献

[1]《机械设计手册》机械设计出版社编委会2004年

[2]《工装设计》陈立德上海交通大学出版社1999年

[3]《机械加工工艺师手册》杨叔子机械工业出版社2001年