純鋁合金化學(xué)銑切工藝研究

巢昺軒，蔣克全，王寶龍

(昌河飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，江西 景德鎮(zhèn) 333002)

化學(xué)銑切是將金屬材料需要加工去除的部位浸泡于化學(xué)介質(zhì)(鋁合金化銑主要采用氫氧化鈉溶液)中進(jìn)行腐蝕，從而獲得零件最終所需形狀和尺寸的一種加工方法[1]。涉及的主要化學(xué)反應(yīng)有：

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2

NaAlO2+2H2O=Al(OH)3+NaOH

目前純鋁合金化學(xué)銑切已成為航空與航天工業(yè)零件成形的可靠加工方法。尤其是在加工飛機(jī)蒙皮、墊片、結(jié)構(gòu)件時(shí)要比用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法優(yōu)越得多。航空用純鋁合金1035(L4)、8A06(L6)具有塑性高、耐蝕、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好的特點(diǎn)，但強(qiáng)度低、無(wú)法熱處理強(qiáng)化、切削性不佳。通常用于制造直升機(jī)用特定部位的零件，如墊片、防護(hù)套和裝飾件等。由于其使用規(guī)格種類較多，日常采購(gòu)難以滿足需求，機(jī)械加工尺寸精度難以控制，因此純鋁合金需進(jìn)行化學(xué)銑切加工，以滿足設(shè)計(jì)要求[2]。

為了分析化學(xué)銑切對(duì)純鋁性能的影響，本文對(duì)1035(L4)-M、8A06(L6)-M兩種純鋁合金材料進(jìn)行工藝試驗(yàn)驗(yàn)證，分析了化學(xué)銑切對(duì)鋁合金材料尺寸、表面質(zhì)量、力學(xué)性能、化學(xué)成分和顯微組織的影響。

1 試驗(yàn)方法

化學(xué)銑切試樣按照零件圖紙要求選用兩種牌號(hào)的退火態(tài)純鋁合金，該板材為無(wú)內(nèi)應(yīng)力的化銑專用板材，在化學(xué)銑切或后續(xù)成型過(guò)程中無(wú)應(yīng)力釋放。試驗(yàn)材料：尺寸為200 mm×100 mm×2 mm 的1035(L4)-M試樣4片，化學(xué)銑切后的厚度為1.5 mm；尺寸為200 mm×100 mm×3 mm的8A06(L6)-M試樣4片，化學(xué)銑切后的厚度為2.5 mm。

1.1 化學(xué)銑切工藝

化學(xué)銑切工藝流程：堿清洗→水洗→脫氧→水洗→干燥→化學(xué)銑切→清洗→干燥。鋁合金化銑槽液及工藝參數(shù)[3]：

①槽液組成：NaOH 120～195 g/L，Na2S 11～26 g/L，TEA 30～60 g/L，Al 19～75 g/L。緩蝕劑HX 0.1～0.2 g/L；

②腐蝕速度0.03～0.05 mm/min；

③銑切溫度：99～104 ℃。

1.2 化學(xué)銑切設(shè)備

純鋁板的化學(xué)銑切在專用表面處理自動(dòng)化生產(chǎn)線上進(jìn)行，水洗、堿洗和銑切槽見圖1。

圖1 (a)水洗槽；(b)銑切槽Fig.1 (a) water washing bath ；(b)milling groove

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)銑切對(duì)尺寸的影響

選取兩塊純鋁板1035(L4)-M和8A06(L6)-M進(jìn)行化學(xué)銑切，銑切后厚度分別為1.5 mm和2.5 mm。在每塊純鋁板的四處邊緣分別選取一點(diǎn)，進(jìn)行化銑前后的厚度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖2。

(a)1035(L4)；(b)8A06(L6)圖2 純鋁板化學(xué)銑切前后的厚度Fig.2 Thickness of pure aluminum before and after chemical milling

兩種純鋁板化學(xué)銑切前的厚度均為正偏差，經(jīng)化學(xué)銑切后，1035(L4)和8A06(L6)材料厚度分別為1.5±0.07 mm和2.5±0.07 mm，厚度符合材料標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3880及YS/T 213中的高精度尺寸要求。

2.2 化學(xué)銑切對(duì)表面質(zhì)量的影響

純鋁板材料1035(L4)、8A06(L6)化學(xué)銑切前表面存在劃傷、氧化色、銹斑、水垢等，無(wú)法滿足材料標(biāo)準(zhǔn)及零件成型的要求，針對(duì)此類情況應(yīng)進(jìn)行化學(xué)銑切或打磨處理。1035(L4)、8A06(L6)化學(xué)銑切前后表面質(zhì)量見圖3，純鋁板經(jīng)化銑后表面呈金屬亞光色，粗糙度≤1.6Ra，滿足零件制造要求。

2.3 化學(xué)銑切對(duì)力學(xué)性能的影響

純鋁板材料1035(L4)、8A06(L6)的鋁含量達(dá)到90%以上，材料抗拉強(qiáng)度低、伸長(zhǎng)率高。對(duì)化學(xué)銑切前后的鋁板進(jìn)行抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率測(cè)試，結(jié)果見圖4。從圖中可以看出，化學(xué)銑切前后純鋁板力學(xué)性能(抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率)相近，無(wú)明顯差異。因此化學(xué)銑切對(duì)材料力學(xué)性能沒有影響。

(a)1035(L4)化學(xué)銑切前；(b)1035(L4)化學(xué)銑切后；(c)8A06(L6)化學(xué)銑切前；(d)8A06(L6)化學(xué)銑切后圖3 純鋁板表面質(zhì)量(a)1035(L4)，before chemical milling；(b)1035(L4)， after chemical milling；(c)8A06(L6)，before chemical milling；(d)8A06(L6)，after chemical millingFig.3 Surface quality of pure aluminum plate

(a)抗拉強(qiáng)度；(b)伸長(zhǎng)率圖4 化學(xué)銑切前后純鋁板的力學(xué)性能(a)tensile strength; (b)elongationFig.4 Mechanics performance of pure aluminum plate before and after chemical milling

2.4 化學(xué)銑切對(duì)成分、組織的影響

純鋁板材料1035(L4)、8A06(L6)化學(xué)銑切后的顯微組織見圖5。組織為典型的純鋁組織，純鋁基體上均勻分布金屬間夾雜物，組織中白色區(qū)域?yàn)榧冧X，夾雜的黑色點(diǎn)狀物質(zhì)為金屬間化合物和氧化物，由Si、Fe、Mn、Zn等主要金屬元素構(gòu)成[4]；觀察內(nèi)部組織及化學(xué)銑切表面邊緣處，未見化銑腐蝕坑及斑，表面僅出現(xiàn)少量水垢[5]。在化學(xué)銑切表面取樣進(jìn)行化學(xué)成分能譜分析，見表1，基材和表面化學(xué)成分一致，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，化學(xué)銑切對(duì)材料金相組織和化學(xué)成分沒有影響。

(a,c) 1035(L4)；(b,d)8A06(L6)圖5 化學(xué)銑切后純鋁板的顯微組織Fig.5 Microstructure of pure aluminum plate after chemical milling

表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)化學(xué)銑切前后的純鋁板材料1035(L4)、8A06(L6)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

1)化學(xué)銑切能有效去除純鋁板表面的銹斑、劃傷和氧化色，化銑后表面呈金屬光澤，粗糙度≤1.6Ra，耐蝕性得到提高；

2)化學(xué)銑切工藝能有效控制材料厚度，對(duì)純鋁材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能和顯微組織無(wú)影響；

3)純鋁板允許采用化學(xué)銑切工藝進(jìn)行加工和表面質(zhì)量改進(jìn)，能滿足直升機(jī)零件制造使用要求。