2A97鋁鋰合金硫酸陽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)有的硫酸陽極化工藝對2A97鋁鋰合金進行硫酸陽極氧化處理和涂漆，通過膜層的膜重、耐蝕性及涂層結(jié)合力等性能指標的測試進行2A97鋁鋰合金硫酸陽極化適用性的研究。

關(guān)鍵詞：鋁鋰合金；硫酸陽極化；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提高合金的彈性模量。AlLi 合金具有密度低、比強度高、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，逐漸使用越來越多的鋁鋰合金材料，以提高性能、增強耐腐蝕性，同時又大大的降低重量，被認為是21世紀航空航天工業(yè)最理想的輕質(zhì)高強結(jié)構(gòu)材料。

鋁合金表面一般需要進行陽極氧化或化學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，對鋁鋰合金表面處理工藝的應(yīng)用研究范圍僅限于進口的鋁鋰合金材料，但隨著航空材料的日益國產(chǎn)化，必須開展國產(chǎn)鋁鋰合金材料的表面處理工藝技術(shù)研究，迅速掌握國產(chǎn)鋁鋰合金表面處理的應(yīng)用技術(shù)，為航空零件的實際生產(chǎn)提供必要的技術(shù)支持。

本文主要是在硫酸溶液中對國產(chǎn)的2A97鋁鋰合金進行陽極氧化，通過考察2A97鋁鋰合金硫酸陽極化后的膜重、耐鹽霧腐蝕性和干、濕膠帶涂層結(jié)合力等性能參數(shù)，對2A97鋁鋰合金硫酸陽極化表面處理工藝進行適用性研究。

1 工藝

（1）工藝準備。

硫酸陽極氧化工藝選用的試驗材料為國產(chǎn)的2A97鋁鋰合金，漆料采用無鉻底漆。制作用于耐蝕性試驗的試片，尺寸為：75*250*1.5mm；制作用于膜重試驗的試片，尺寸為：75*75*1.5mm；制作用于涂層結(jié)合力試驗的試片，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→硫酸陽極氧化→冷水洗→填充→干燥→檢驗→涂漆→固化→檢驗

（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，無法進行后續(xù)的陽極氧化處理，因此，經(jīng)過多次試驗后，在脫氧后增加了堿腐蝕工序，處理時間為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，可以達到水膜連續(xù)，從而確保了硫酸陽極氧化處理工藝的順利進行。

c.硫酸陽極氧化處理。

在硫酸濃度為165g/L～200g/L的溶液中，采用純鉛板作為陰極，鋁鋰合金板材為陽極，采用20V～22V的恒壓直流氧化電壓，13℃～25℃的氧化溫度，進行硫酸陽極氧化處理30min～40min。

d.填充。

經(jīng)硫酸陽極氧化處理后的表面，膜層呈多孔狀，在鉻酸鹽溶液中進行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。

經(jīng)硫酸陽極氧化處理的試樣，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)暴露時間為336小時，試片經(jīng)耐蝕性試驗后，其中的任一塊試片上都不應(yīng)有多于5個的腐蝕點或坑（最大的腐蝕點或坑的直徑不得大于0.8mm），或在3塊試片的總試驗面積上不得多于9個腐蝕點或坑。

（2）膜重試驗。

經(jīng)硫酸陽極氧化處理的試樣，按ASTM B137進行膜重試驗時，膜重應(yīng)至少為64.6mg/dm2。

（3）涂層結(jié)合力試驗。

a.干劃痕結(jié)合力。

硫酸陽極氧化處理的試樣，均勻的涂敷一層無鉻底漆并固化后，進行干劃痕結(jié)合力試驗時，可接受等級為10級，即無涂層脫落現(xiàn)象。

b.濕劃痕結(jié)合力。

經(jīng)硫酸陽極氧化處理的試樣，均勻的涂敷一層無鉻底漆并完全固化后，用浸飽去離子水的紗布浸潤漆層表面24小時后進行濕劃痕結(jié)合力試驗時，可接受等級為10級，即無涂層脫落現(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個不同批次的材料進行硫酸陽極氧化處理并對膜層進行相關(guān)的性能測試：

3.1 耐蝕性

每批材料選用每組5個試樣進行耐蝕性試驗，經(jīng)過336小時鹽霧試驗后，每個試樣上均未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，能滿足硫酸陽極氧化耐蝕性的質(zhì)量控制要求。

3.2 膜重

每批材料選用每組2個試樣按ASTM B137進行膜重試驗，試驗結(jié)果如下：

由上表可見，經(jīng)硫酸陽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個試樣分別進行干劃痕和濕劃痕結(jié)合力試驗，每個試片的涂層結(jié)合力（干劃痕和濕劃痕）均為10級，即無涂層脫落，均能滿足硫酸陽極氧化的質(zhì)量控制要求。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對三個批次的2A97鋁鋰合金硫酸陽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)進行硫酸陽極化處理后的膜層耐蝕性能達到鋁合金硫酸陽極化耐蝕性要求的336小時，膜重均高于鋁合金硫酸陽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)計的要求。目前，2A97鋁鋰合金硫酸陽極化工藝已成功的在試驗件上進行了實際應(yīng)用，各項性能指標均能滿足質(zhì)量要求。