王花蕾
DOI:10.19392/j.cnki.16717341.201720117
摘要:按鋁合金現(xiàn)有的硫酸陽(yáng)極化工藝對(duì)2A97鋁鋰合金進(jìn)行硫酸陽(yáng)極氧化處理和涂漆,通過膜層的膜重、耐蝕性及涂層結(jié)合力等性能指標(biāo)的測(cè)試進(jìn)行2A97鋁鋰合金硫酸陽(yáng)極化適用性的研究。
關(guān)鍵詞:鋁鋰合金;硫酸陽(yáng)極化;耐蝕性;涂層結(jié)合力
鋰(Li)是元素周期表中最輕的金屬元素,密度只有05340g/cm3。在鋁合金中加入金屬元素鋰(Li),可在降低合金密度的同時(shí)提高合金的彈性模量。AlLi 合金具有密度低、比強(qiáng)度高、比剛度大以及良好的低溫性能和耐腐蝕性能,因此在航空航天領(lǐng)域,逐漸使用越來(lái)越多的鋁鋰合金材料,以提高性能、增強(qiáng)耐腐蝕性,同時(shí)又大大的降低重量,被認(rèn)為是21世紀(jì)航空航天工業(yè)最理想的輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料。
鋁合金表面一般需要進(jìn)行陽(yáng)極氧化或化學(xué)氧化等表面處理工藝,以提高其表面的耐蝕性以及與涂層的結(jié)合力。目前,對(duì)鋁鋰合金表面處理工藝的應(yīng)用研究范圍僅限于進(jìn)口的鋁鋰合金材料,但隨著航空材料的日益國(guó)產(chǎn)化,必須開展國(guó)產(chǎn)鋁鋰合金材料的表面處理工藝技術(shù)研究,迅速掌握國(guó)產(chǎn)鋁鋰合金表面處理的應(yīng)用技術(shù),為航空零件的實(shí)際生產(chǎn)提供必要的技術(shù)支持。
本文主要是在硫酸溶液中對(duì)國(guó)產(chǎn)的2A97鋁鋰合金進(jìn)行陽(yáng)極氧化,通過考察2A97鋁鋰合金硫酸陽(yáng)極化后的膜重、耐鹽霧腐蝕性和干、濕膠帶涂層結(jié)合力等性能參數(shù),對(duì)2A97鋁鋰合金硫酸陽(yáng)極化表面處理工藝進(jìn)行適用性研究。
1 工藝
(1)工藝準(zhǔn)備。
硫酸陽(yáng)極氧化工藝選用的試驗(yàn)材料為國(guó)產(chǎn)的2A97鋁鋰合金,漆料采用無(wú)鉻底漆。制作用于耐蝕性試驗(yàn)的試片,尺寸為:75*250*1.5mm;制作用于膜重試驗(yàn)的試片,尺寸為:75*75*1.5mm;制作用于涂層結(jié)合力試驗(yàn)的試片,尺寸為75*150*1.5mm。
(2)工藝流程。
溶劑清洗→堿清洗→溫水洗→冷水洗→脫氧→冷水洗→堿腐蝕→溫水洗→冷水洗→脫氧→冷水洗→硫酸陽(yáng)極氧化→冷水洗→填充→干燥→檢驗(yàn)→涂漆→固化→檢驗(yàn)
(3)主要工藝程序。
由于2A97鋁鋰合金材料的表面狀況不佳(氧化皮有時(shí)很厚),按一般要求經(jīng)過脫氧處理后表面仍有少量的黑色氧化物,無(wú)法進(jìn)行后續(xù)的陽(yáng)極氧化處理,因此,經(jīng)過多次試驗(yàn)后,在脫氧后增加了堿腐蝕工序,處理時(shí)間為0.5min~1min,試片經(jīng)堿腐蝕出光處理后,表面的氧化皮能去除干凈,可以達(dá)到水膜連續(xù),從而確保了硫酸陽(yáng)極氧化處理工藝的順利進(jìn)行。
c.硫酸陽(yáng)極氧化處理。
在硫酸濃度為165g/L~200g/L的溶液中,采用純鉛板作為陰極,鋁鋰合金板材為陽(yáng)極,采用20V~22V的恒壓直流氧化電壓,13℃~25℃的氧化溫度,進(jìn)行硫酸陽(yáng)極氧化處理30min~40min。
d.填充。
經(jīng)硫酸陽(yáng)極氧化處理后的表面,膜層呈多孔狀,在鉻酸鹽溶液中進(jìn)行10min ~15min填充處理后,可以大大地提高基體的耐蝕性。
2 質(zhì)量控制要求
(1)耐鹽霧腐蝕性試驗(yàn)。
經(jīng)硫酸陽(yáng)極氧化處理的試樣,按照ASTM B117,鹽霧箱溫度為35℃,鹽水濃度為5%,試片斜角6°,連續(xù)暴露時(shí)間為336小時(shí),試片經(jīng)耐蝕性試驗(yàn)后,其中的任一塊試片上都不應(yīng)有多于5個(gè)的腐蝕點(diǎn)或坑(最大的腐蝕點(diǎn)或坑的直徑不得大于0.8mm),或在3塊試片的總試驗(yàn)面積上不得多于9個(gè)腐蝕點(diǎn)或坑。
(2)膜重試驗(yàn)。
經(jīng)硫酸陽(yáng)極氧化處理的試樣,按ASTM B137進(jìn)行膜重試驗(yàn)時(shí),膜重應(yīng)至少為64.6mg/dm2。
(3)涂層結(jié)合力試驗(yàn)。
a.干劃痕結(jié)合力。
硫酸陽(yáng)極氧化處理的試樣,均勻的涂敷一層無(wú)鉻底漆并固化后,進(jìn)行干劃痕結(jié)合力試驗(yàn)時(shí),可接受等級(jí)為10級(jí),即無(wú)涂層脫落現(xiàn)象。
b.濕劃痕結(jié)合力。
經(jīng)硫酸陽(yáng)極氧化處理的試樣,均勻的涂敷一層無(wú)鉻底漆并完全固化后,用浸飽去離子水的紗布浸潤(rùn)漆層表面24小時(shí)后進(jìn)行濕劃痕結(jié)合力試驗(yàn)時(shí),可接受等級(jí)為10級(jí),即無(wú)涂層脫落現(xiàn)象。
3 結(jié)果與討論
由于每批鋁鋰合金材料的表面狀況差異很大,因此選用3個(gè)不同批次的材料進(jìn)行硫酸陽(yáng)極氧化處理并對(duì)膜層進(jìn)行相關(guān)的性能測(cè)試:
3.1 耐蝕性
每批材料選用每組5個(gè)試樣進(jìn)行耐蝕性試驗(yàn),經(jīng)過336小時(shí)鹽霧試驗(yàn)后,每個(gè)試樣上均未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象,能滿足硫酸陽(yáng)極氧化耐蝕性的質(zhì)量控制要求。
3.2 膜重
每批材料選用每組2個(gè)試樣按ASTM B137進(jìn)行膜重試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如下:
由上表可見,經(jīng)硫酸陽(yáng)極氧化后的膜層膜重能滿足質(zhì)量控制要求。
3.3 涂層結(jié)合力
每批材料選用每組3個(gè)試樣分別進(jìn)行干劃痕和濕劃痕結(jié)合力試驗(yàn),每個(gè)試片的涂層結(jié)合力(干劃痕和濕劃痕)均為10級(jí),即無(wú)涂層脫落,均能滿足硫酸陽(yáng)極氧化的質(zhì)量控制要求。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述,通過對(duì)三個(gè)批次的2A97鋁鋰合金硫酸陽(yáng)極化處理后的膜層膜重、耐蝕性及涂層結(jié)合力的性能研究,明確表明2A97鋁鋰合金按上述工藝參數(shù)進(jìn)行硫酸陽(yáng)極化處理后的膜層耐蝕性能達(dá)到鋁合金硫酸陽(yáng)極化耐蝕性要求的336小時(shí),膜重均高于鋁合金硫酸陽(yáng)極化膜重要求的不低于64.6mg/dm2,與涂層的干膠帶劃痕和濕膠帶劃痕結(jié)合力也良好,完全能滿足設(shè)計(jì)的要求。目前,2A97鋁鋰合金硫酸陽(yáng)極化工藝已成功的在試驗(yàn)件上進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用,各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足質(zhì)量要求。