火箭貯箱壁板在貯存期間的防銹技術(shù)

姜 銳 譚振洲, 徐欣軼

（1. 沈陽寶金金屬防護技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽 110032；2. 沈陽防銹包裝材料有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110032）

0 引言

運載火箭的貯箱是貯存燃料、支承火箭本體上其他結(jié)構(gòu)件、為其它系統(tǒng)儀器設(shè)備提供安裝基礎(chǔ)的重要部件。大型復(fù)雜鋁合金網(wǎng)格壁板作為一種典型的薄壁結(jié)構(gòu)，具有較高的強度和剛度，廣泛應(yīng)用于運載火箭、商用飛機、衛(wèi)星、空間站艙體等領(lǐng)域的箱體結(jié)構(gòu)上。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，大型復(fù)雜鋁合金網(wǎng)格壁板無論從外型上還是結(jié)構(gòu)上都日趨復(fù)雜、用量大幅度增長。其中2A14鋁合金是Al－Cu－Mg-Si系鍛鋁中最典型的高強鋁合金，該合金具有較高的比強度、比剛度、優(yōu)良的耐熱耐蝕性等優(yōu)點。該鋁合金又因銅含量和硬鋁相當(dāng)，所以也叫高強度硬鋁合金[1-6]。

2A14鋁合金網(wǎng)格壁板在生產(chǎn)車間加工流轉(zhuǎn)至庫房內(nèi)貯存，整個過程大約1年。對于這種材料而言，貯存期間如未采取適當(dāng)?shù)姆冷P措施，直接暴露在大氣環(huán)境條件下，受溫濕度及腐蝕性介質(zhì)的影響極易發(fā)生腐蝕。導(dǎo)致網(wǎng)格壁板尺寸偏差過大、表面質(zhì)量下降，影響后續(xù)的焊接和安裝工藝，造成施工進度的延誤，甚至給設(shè)備長期運行的可靠性帶來風(fēng)險和隱患。因此，需要對網(wǎng)格壁板在貯存過程中進行必要的防銹處理。

目前常采用的方法主要有涂覆防銹油、陽極氧化、三價鉻鈍化及六價鉻鈍化等，雖然這些防銹方法可以滿足網(wǎng)格壁板在存儲過程中的防銹需求，但是由于網(wǎng)格壁板的尺寸比較大，陽極氧化、三價鉻鈍化及六價鉻鈍化等方法工藝復(fù)雜，需要有專門的生產(chǎn)車間，不便于現(xiàn)場實施。并且鉻和鎳對環(huán)境污染較大，尤其六價鉻是致癌物質(zhì)，對人體有極大傷害。同樣，涂覆防銹油的方式在裝配前需要進行清洗處理，不僅勞動強度高，而且污染環(huán)境[7-10]。因此，尋找一種同時滿足防銹效果優(yōu)異、環(huán)境無污染且操作簡便的防銹技術(shù)尤為重要。

1 防銹方案設(shè)計及效果評價

鋁及鋁合金的大氣腐蝕是一種特殊形式的電化學(xué)腐蝕，主要是材料與大氣中的H2O，O2及腐蝕性介質(zhì)（主要有Cl-、SO2、H2S、NOx、CO2等）的聯(lián)合作用而發(fā)生的電化學(xué)破壞。有研究表明，對鋁及鋁合金大氣腐蝕影響最大的污染物因素是SO2和Cl-，最大的氣象因素是最低溫度和平均濕度[11,12]。針對2A14鋁合金網(wǎng)格壁板在加工流轉(zhuǎn)及庫內(nèi)存儲過程中，影響網(wǎng)格壁板銹蝕的主要因素是溫度、相對濕度、O2以及Cl-、SO2、H2S等腐蝕性介質(zhì)。

1.1 防銹方案設(shè)計

為篩選出一種效果優(yōu)異且適合工程應(yīng)用的防銹方案，設(shè)計了一種主動防護膜配合速效干燥劑的主動防護技術(shù)。主動防護技術(shù)是將具有吸收和吸附性能物質(zhì)微納米化，添加到高分子聚合物中，解決酸性大氣條件下酸性氣體（H2S、SO2及HCl等）對金屬及其制品的腐蝕；這些微納米化的物質(zhì)將酸性氣體吸收和吸附在高分子聚合物中，同時外部酸性氣體被固化在外層無法透過包裝進入包裝內(nèi)部；使包裝空間內(nèi)酸性氣體被凈化，讓被防護材料處于潔凈氛圍內(nèi)，使材料得以保護。

將制備的2A14鋁合金試樣充分清洗干燥后，分別采用表1中的防銹方法進行防銹處理，通過交變濕熱試驗及中性鹽霧試驗對不同的防銹方法進行防銹效果的篩選評價，對比分析不同防銹方法的防銹 效果。

表1 防銹方法

1.2 效果評價

針對采用不同防銹方法處理的2A14鋁合金試樣分別采用交變濕熱試驗及中性鹽霧試驗進行防銹效果的篩選評價，最終篩選出滿足防銹要求的防銹 方法。

1.2.1 交變濕熱試驗

按照GB/T 2423. 4-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法 試驗Db：交變濕熱（12+12h循環(huán)）》進行交變濕熱試驗。試驗條件選擇苛刻程度5.2b，如表2所示，12+12h為1周期。

表2 交變濕熱試驗條件（1周期）

試驗過程中通過定期目視檢查每個2A14鋁合金試樣的銹蝕情況，試驗期間2A14鋁合金試樣如發(fā)生銹蝕則終止試驗，如持續(xù)未發(fā)生銹蝕，則試驗至504h終止試驗。

1.2.2 中性鹽霧試驗

按照GB/T 10125-2012 《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》進行中性鹽霧試驗。試驗條件如表3所示。

表3 中性鹽霧試驗條件

試驗過程中通過定期目視檢查每個2A14鋁合金試樣的銹蝕情況，試驗期間2A14鋁合金試樣如發(fā)生銹蝕則終止試驗，如持續(xù)未發(fā)生銹蝕，則試驗至168h終止試驗。

2 結(jié)果及討論

2.1 交變濕熱試驗結(jié)果

從表4交變濕熱試驗結(jié)果和表5交變濕熱試驗后試樣的宏觀形貌可知：2A14鋁合金空白試樣20h試驗后發(fā)生輕微銹蝕；采用三價鉻氧化的2A14鋁合金試樣139h試驗后發(fā)生銹蝕；采用陽極氧化-鎳鹽封閉的2A14鋁合金試樣504h試驗后發(fā)生銹蝕；采用六價鉻氧化的2A14鋁合金試樣504h試驗后無銹蝕，但是有輕微變色現(xiàn)象；采用陽極氧化-重鉻酸封閉、涂Y216防銹油及主動防銹技術(shù)的2A14鋁合金試樣504h試驗后均無銹蝕，防銹效果優(yōu)良。

表4 交變濕熱試驗結(jié)果

表5 交變濕熱試驗后試樣的宏觀形貌

2.2 中性鹽霧試驗結(jié)果

從表6中性鹽霧試驗結(jié)果和表7中性鹽霧試驗后試樣的宏觀形貌可知：2A14鋁合金空白試樣20h試驗后發(fā)生嚴重銹蝕；采用三價鉻氧化的2A14鋁合金試樣139h試驗后發(fā)生較明顯銹蝕；采用涂Y216防銹油的2A14鋁合金試樣168h試驗后局部發(fā)生輕微銹蝕；采用陽極氧化-重鉻酸封閉及六價鉻氧化的2A14鋁合金試驗168h試驗后均無銹蝕，但是均有輕微變色；采用陽極氧化-鎳鹽封閉及主動防護技術(shù)的2A14鋁合金試樣168h試驗后均未發(fā)生銹蝕，具有優(yōu)異的耐鹽霧性能。

表6 中性鹽霧試驗結(jié)果

表7 （續(xù)）

表7 中性鹽霧試驗后試樣的宏觀形貌

3 結(jié)語

（1）針對采用不同防銹方法處理的2A14鋁合金試樣分別進行504h交變濕熱及168h中性鹽霧試驗，綜合考慮交變濕熱及中性鹽霧試驗的結(jié)果，說明設(shè)計的主動防護技術(shù)具有優(yōu)異的防銹性能，可取代常規(guī)的防銹技術(shù)方法，同時可以滿足2A14鋁合金網(wǎng)格壁板在庫房內(nèi)1年的貯存周期；

（2）在綜合考慮現(xiàn)場操作便利性、經(jīng)濟性等因素的基礎(chǔ)上，推薦采用主動防護膜與速效干燥劑相結(jié)合的主動防護技術(shù)對2A14鋁合金網(wǎng)格壁板進行貯存過程中的防銹保護。