2A97鋁鋰合金硫酸陽(yáng)極化工藝適用性研究

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。