CN109667824A - 一种航空紧固件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种航空紧固件。该航空紧固件包括配套的螺栓和螺母，所述螺栓包括钛合金螺栓基体和由内到外依次设置在钛合金螺栓基体上的阳极氧化层、二硫化钼涂层，所述螺母包括不锈钢螺母基体和由内到外依次设置在不锈钢螺母基体上的镍镀层、铜镀层和二硫化钼涂层。本发明提供的航空紧固件，针对钛合金螺栓和不锈钢螺母，分别设置不同的涂镀层结构，在保证紧固件表层硬度、耐磨性的基础上，有效改善螺纹副的润滑效果，有效减小螺纹旋合时的滞涩可能性，提高紧固件安装、维护的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于紧固件的制造领域，具体涉及一种航空紧固件。
背景技术
紧固件在飞机上广泛分布，在一架典型的双通道飞机(如A330/A340)的机身和机翼上，各种材料和结构的螺栓、螺母、铆钉等紧固件的数量约有40万件，其中应用较为广泛的紧固件连接副为钛合金螺栓和不锈钢托板自锁螺母。
在飞机装配和维护保养时，需要对紧固件连接副进行安装或拆卸。在现阶段的工程实际中，以钛合金螺栓和不锈钢托板自锁螺母为代表的典型紧固件连接副，会较大概率地出现螺纹旋合滞涩，甚至是螺栓螺纹和螺母螺纹相互“咬死”的现象，给飞机装配或维护带来一定困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空紧固件，从而解决现有紧固件在装配、维护时，螺栓螺纹与螺母螺纹的旋合容易出现滞涩的问题。
为实现上述目的，本发明的航空紧固件所采用的技术方案是：
一种航空紧固件，包括配套的螺栓和螺母，所述螺栓包括钛合金螺栓基体和由内到外依次设置在钛合金螺栓基体上的阳极氧化层、二硫化钼涂层，所述螺母包括不锈钢螺母基体和由内到外依次设置在不锈钢螺母基体上的镍镀层、铜镀层和二硫化钼涂层。
本发明提供的航空紧固件，针对钛合金螺栓和不锈钢螺母，分别设置不同的涂镀层结构，在保证紧固件表层硬度、耐磨性的基础上，有效改善螺纹副的润滑效果，有效减小螺纹旋合时的滞涩可能性，提高紧固件安装、维护的可靠性。
针对钛合金螺栓基体，采用阳极氧化配合二硫化钼涂层的表面处理方案，提高了二硫化钼涂层与基体的结合力，改善了螺栓的硬度和耐磨性；从改善螺栓的润滑性、硬度和耐磨性等综合性能方面出发，优选的，所述钛合金螺栓基体上，阳极氧化层的厚度为3-5μm，二硫化钼涂层的厚度为5-12μm。
针对不锈钢螺母基体，采用预镀镍、镀铜配合涂二硫化钼的润滑方案，一方面可保证各涂镀层结构与基体的结合力，另一方面，铜镀层塑性好，可显著降低摩擦系数、减小摩擦力，可与润滑效果良好的二硫化钼涂层协同改善螺纹副旋合时出现的滞涩问题；从改善螺母的润滑性、硬度等综合性能方面出发，优选的，所述不锈钢螺母基体上，镍镀层的厚度为1-3μm，铜镀层的厚度为5-8μm，二硫化钼涂层的厚度为5-12μm。
螺栓基体所可采用现有紧固件用钛合金材质，从提高螺栓的强度出发，所述钛合金螺栓基体为Ti6Al4V材质。该钛合金材料经热处理后可达到σb≥1100MPa，τb≥670MPa。
螺母基体可采用常规紧固件用不锈钢材质，从提高螺母的硬度、承载能力方面出发，优选的，所述不锈钢螺母基体为A286材质。该类型不锈钢材料经热处理后硬度不小于30HRC，满足900MPa等级的承载能力。
附图说明
图1为本发明的航空紧固件实施例1中螺栓的涂镀层结构示意图；
图2为本发明的航空紧固件实施例1中螺母的涂镀层结构示意图；
图中，1-螺栓本体，2-阳极氧化层，3-二硫化钼涂层，4-螺母本体，5-镍镀层，6-铜镀层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明主要是通过对螺母、螺栓表面润滑系统的优选，减小了装配、维护时螺纹副的滞涩可能性，提高旋合可靠性。
以下实施例以典型航空紧固件连接副为例进行说明，其中，螺母的型号/规格为HB7364/MJ6×1，螺栓的型号/规格为HB6563/6×24。
本发明的航空紧固件实施例1，包括螺栓和螺母，螺栓的涂镀层结构示意图如图1所示，包括螺栓本体1和由内到外依次设置在螺栓本体1上的阳极氧化层2和二硫化钼涂层3，螺栓本体1为钛合金Ti6Al4V材质，阳极氧化层2的厚度为4μm，二硫化钼涂层3的厚度为8μm。螺母的涂镀层结构示意图如图2所示，包括螺母本体4和由内到外依次设置在螺母本体4上的镍镀层5、铜镀层6和二硫化钼涂层3，螺母本体4为A286材质，镍镀层5的厚度为2μm，铜镀层6的厚度为7μm，二硫化钼涂层3的厚度为8μm。
航空紧固件实施例1采用以下方法进行制备，包括螺栓和螺母的分别制备，其中，螺栓采用以下步骤进行制备：
1)将钛合金螺栓本体依次进行除油、酸洗预处理，然后进行脉冲阳极氧化处理，脉冲阳极氧化处理所使用的工作液由以下成分组成：硫酸370g/L，磷酸15g/L，溶剂为去离子水；硫酸、磷酸为市售成品，硫酸的质量浓度为98％，磷酸的质量浓度为85％；脉冲阳极氧化处理时，工作液的温度为5℃，电流密度为6A/dm2，脉冲阳极氧化处理时间为20min，电压为140V；脉冲电流的脉冲导通时间为1.0ms，脉冲间隙时间为2.0ms，脉冲频率为1Hz，脉冲幅度为15％；脉冲阳极氧化处理后得到阳极氧化螺栓。
2)以二硫化钼涂料在阳极氧化螺栓上制备二硫化钼涂层，以喷涂方式进行第一次涂覆，第一次涂覆后室温放置至涂层表面干燥，然后放入烘箱进行预固化；预固化后进行第二次涂覆，然后进行最终的固化，达到固化时间后，取出产品，即完成二硫化钼涂层的制备。二硫化钼涂料为市售常规产品，实施例中选择沈阳市航达科技有限责任公司产型号为HD7352的二硫化钼涂料，可参照涂料使用工艺说明书确定喷涂参数、固化时间等工艺参数。
螺母采用以下步骤进行制备：
a)将螺母本体进行除油、酸洗、活化、清洗预处理，然后进行预镀镍；预镀镍过程所用的镀镍液的组成为：NiSO4·7H2O 260g/L，盐酸180g/L，溶剂为去离子水；盐酸的质量浓度为38％；预镀镍时，温度为室温；电流密度为5A/dm2；镀镍处理时，不通电1min，电镀镍4min，阳极材料为NY1；预镀镍后水洗、干燥，得到镀镍螺母；
b)将镀镍螺母进行镀铜，镀铜过程所用的镀铜液的组成为：Cu2CN 35g/L，NaCN12g/L，溶剂为去离子水；镀铜时，温度为25℃，电流密度为0.5A/dm2，处理时间为70min，阳极材料T1；镀铜后进行水洗、干燥，得到镀铜螺母；
c)以二硫化钼涂料在镀铜螺母上制备二硫化钼涂层，以喷涂方式进行第一次涂覆，第一次涂覆后室温放置至涂层表面干燥，然后放入烘箱进行预固化；预固化后进行第二次涂覆，然后进行最终的固化，达到固化时间后，取出产品，即完成二硫化钼涂层的制备。二硫化钼涂料为市售常规产品，实施例中选择沈阳市航达科技有限责任公司产型号为HD7352的二硫化钼涂料，可参照涂料使用工艺说明书确定喷涂参数、固化时间等工艺参数。
本发明的航空紧固件实施例2，包括螺栓和螺母，螺栓包括螺栓本体和由内到外依次设置在螺栓本体上的阳极氧化层和二硫化钼涂层，螺栓本体为钛合金Ti6Al4V材质，阳极氧化层的厚度为3μm，二硫化钼涂层的厚度为6μm。螺母包括螺母本体和由内到外依次设置在螺母本体上的镍镀层、铜镀层和二硫化钼涂层，螺母本体为A286材质，镍镀层的厚度为1μm，铜镀层的厚度为5μm，二硫化钼涂层的厚度为6μm。
航空紧固件实施例2采用以下方法进行制备，包括螺栓和螺母的分别制备，其中，螺栓采用以下步骤进行制备：
1)将钛合金螺栓本体依次进行除油、酸洗预处理，然后进行脉冲阳极氧化处理，脉冲阳极氧化处理所使用的工作液由以下成分组成：硫酸300g/L，磷酸10g/L，溶剂为去离子水；硫酸、磷酸为市售成品，硫酸的质量浓度为98％，磷酸的质量浓度为85％；脉冲阳极氧化处理时，工作液的温度为0℃，电流密度为3A/dm2，脉冲阳极氧化处理时间为10min，电压为120V；脉冲电流的脉冲导通时间为0.5ms，脉冲间隙时间为1.0ms，脉冲频率为1Hz，脉冲幅度为10％；脉冲阳极氧化处理后得到阳极氧化螺栓。
2)以二硫化钼涂料在阳极氧化螺栓上制备二硫化钼涂层。
螺母采用以下步骤进行制备：
a)将螺母本体进行除油、酸洗、活化、清洗预处理，然后进行预镀镍；预镀镍过程所用的镀镍液的组成为：NiSO4·7H2O 320g/L，盐酸220g/L，溶剂为去离子水；盐酸的质量浓度为38％；预镀镍时，温度为室温；电流密度为10A/dm2；镀镍处理时，不通电4min，电镀镍4min，阳极材料为NY2；预镀镍后水洗、干燥，得到镀镍螺母；
b)将镀镍螺母进行镀铜，镀铜过程所用的镀铜液的组成为：Cu2CN 70g/L，NaCN20g/L，溶剂为去离子水；镀铜时，温度为40℃，电流密度为1.5A/dm2，处理时间为55min，阳极材料为T2；镀铜后进行水洗、干燥，得到镀铜螺母；
c)以二硫化钼涂料在镀铜螺母上制备二硫化钼涂层。
本发明的航空紧固件实施例3，包括螺栓和螺母，螺栓包括螺栓本体和由内到外依次设置在螺栓本体上的阳极氧化层和二硫化钼涂层，螺栓本体为钛合金Ti6Al4V材质，阳极氧化层的厚度为5μm，二硫化钼涂层的厚度为12μm。螺母包括螺母本体和由内到外依次设置在螺母本体上的镍镀层、铜镀层和二硫化钼涂层，螺母本体为A286材质，镍镀层的厚度为3μm，铜镀层的厚度为8μm，二硫化钼涂层的厚度为12μm。
航空紧固件实施例3采用以下方法进行制备，包括螺栓和螺母的分别制备，其中，螺栓采用以下步骤进行制备：
1)将钛合金螺栓本体依次进行除油、酸洗预处理，然后进行脉冲阳极氧化处理，脉冲阳极氧化处理所使用的工作液由以下成分组成：硫酸420g/L，磷酸20g/L，溶剂为去离子水；硫酸、磷酸为市售成品，硫酸的质量浓度为98％，磷酸的质量浓度为85％；脉冲阳极氧化处理时，工作液的温度为10℃，电流密度为10A/dm2，脉冲阳极氧化处理时间为30min，电压为180V；脉冲电流的脉冲导通时间为2.0ms，脉冲间隙时间为5.0ms，脉冲频率为1Hz，脉冲幅度为25％；脉冲阳极氧化处理后得到阳极氧化螺栓。
2)以二硫化钼涂料在阳极氧化螺栓上制备二硫化钼涂层。
螺母采用以下步骤进行制备：
a)将螺母本体进行除油、酸洗、活化、清洗预处理，然后进行预镀镍；预镀镍过程所用的镀镍液的组成为：NiSO4·7H2O 300g/L，盐酸200g/L，溶剂为去离子水；盐酸的质量浓度为38％；预镀镍时，温度为室温；电流密度为7A/dm2；镀镍处理时，不通电2min，电镀镍5min，阳极材料为NY1；预镀镍后水洗、干燥，得到镀镍螺母；
b)将镀镍螺母进行镀铜，镀铜过程所用的镀铜液的组成为：Cu2CN 55g/L，NaCN16g/L，溶剂为去离子水；镀铜时，温度为30℃，电流密度为1.0A/dm2，处理时间为65min，阳极材料为T1；镀铜后进行水洗、干燥，得到镀铜螺母；
c)以二硫化钼涂料在镀铜螺母上制备二硫化钼涂层。
对比例1
对比例的航空紧固件，螺栓、螺母的规格、基体材质与实施例1相同，区别仅在于，螺栓包括螺栓本体，螺栓本体上仅设置有二硫化钼涂层，螺栓本体为钛合金Ti6Al4V材质，二硫化钼涂层的厚度为12μm。螺母包括螺母本体，螺母本体上仅设置有二硫化钼涂层，螺母本体为A286材质，二硫化钼涂层的厚度为12μm。
试验例
本试验例检测各实施例和对比例的紧固件连接副的连接可靠性，采用飞机装配现场常用的同一型号的风扳机进行安装试验来评价其旋合可靠性，结果如表1所示。
表1各实施例和对比例的紧固件连接副的连接可靠性
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 |
| 试验安装数量(件) | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 反复拆装次数 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 每次拧紧施加的安装力矩(N·m) | 7.0 | 7.0 | 7.0 | 7.0 |
| 安装转速(r/min) | 150 | 150 | 150 | 150 |
| 螺栓、螺母“咬死”数量(件) | 0 | 0 | 0 | 3 |
| 螺栓、螺母“咬死”比例(％) | 0 | 0 | 0 | 3％ |
| 滞涩数量(件) | 0 | 1 | 0 | 14 |
| 滞涩比例(％) | 0 | 1％ | 0 | 14％ |
| 不合格(滞涩加咬死)比例(％) | 0 | 1％ | 0 | 17％ |
由表1的检测结果可知，采用实施例的螺栓和螺母相配合，大大减小了装配、维护时螺纹副的滞涩可能性，有效提高了紧固件的安装、维护可靠性。
Claims (5)
1.一种航空紧固件，其特征在于，包括配套的螺栓和螺母，所述螺栓包括钛合金螺栓基体和由内到外依次设置在钛合金螺栓基体上的阳极氧化层、二硫化钼涂层，所述螺母包括不锈钢螺母基体和由内到外依次设置在不锈钢螺母基体上的镍镀层、铜镀层和二硫化钼涂层。
2.如权利要求1所述的航空紧固件，其特征在于，所述钛合金螺栓基体上，阳极氧化层的厚度为3-5μm，二硫化钼涂层的厚度为5-12μm。
3.如权利要求1所述的航空紧固件，其特征在于，所述不锈钢螺母基体上，镍镀层的厚度为1-3μm，铜镀层的厚度为5-8μm，二硫化钼涂层的厚度为5-12μm。
4.如权利要求1-3中任一项所述的航空紧固件，其特征在于，所述钛合金螺栓基体为Ti6Al4V材质。
5.如权利要求1-3中任一项所述的航空紧固件，其特征在于，所述不锈钢螺母基体为A286材质。
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