ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件的防腐研究

錢建國+郝延剛

摘要：針對ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件使用三、四年后出現部分油漆層有氣泡、剝落，鋁合金基材存在腐蝕的問題，提出了在涂裝前對其采取Al/Et·A（S）20·Cs（硫酸陽極氧化、鉻酸鹽封閉）的表面處理，以進一步提高其抗腐蝕性能。鹽霧試驗結果表明，經Al/Et·A（S）20·Cs處理后的ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件的防腐蝕性能得到了顯著提高，說明了這種處理技術可以應用于ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件。

Abstract： After being used 3-4 years later， bubbles and flaking appeared on some of the paint layers of sand type aluminum alloy casting of ZL102 and ZL101A， and its aluminum alloy substrate is corroded. In this paper， the surface treatment of Al/Et·A（S）20·Cs before the coating is adopted to further improve the corrosion resistance of the sand type aluminum alloy casting of ZL102 and ZL101A. Sat sparay test results show that after Al/Et·A（S）20·Cs treatment， the anti-corrosion performance of sand type aluminum alloy casting is improved significantly， and this treatment technology can be applied in sand mold aluminum alloy castings of ZL102 and ZL101A.

關鍵詞：砂型鋁合金鑄件；硫酸陽極氧化、鉻酸鹽封閉；防腐處理

Key words： sand type aluminum alloy casting；Al/Et·A（S）20·Cs；treatment of corrosion resistance

中圖分類號：TS914.1+3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）32-0120-03

0 引言

一般電子設備結構設計教材和SJ20818-2002《電子設備的金屬鍍覆與化學處理》均明確表示，砂型或硬模法等鑄造的金屬零件的表面防腐處理，原則上不允許采用電鍍和化學處理。目前設計人員和工藝人員對砂型鋁合金鑄件一般采用噴砂、涂覆有機涂料的防腐工藝，很少在涂裝前進行表面處理。某型船載電子設備結構件為ZL101A T5 Ⅱ類砂型鋁合金鑄件，表面經噴砂處理后涂覆氟碳漆，部分機加工裝配面不涂漆。但經使用三四年后發現，部分油漆層有氣泡、剝落，鋁合金基材存在腐蝕現象，詳見圖1～圖4。

有機涂膜都是半滲透性物質，腐蝕性物質可不同程度地滲透進去，特別是當鋁合金基材表面無人工氧化膜時，腐蝕性物質的滲入很快會使基材腐蝕。這種腐蝕主要是電化學腐蝕，陰極區的pH可超過12.5，而陽極區的pH可降到1。在這種情況下，鋁合金基體和自然氧化膜都開始溶解。有機涂膜下的鋁合金基體一經腐蝕，有機涂膜與基體間結合力的喪失就遠超過鋼鐵件。

有機涂膜下的基體腐蝕的特征是絲狀腐蝕。絲狀腐蝕的發生和發展很大程度上取決于涂裝前的表面處理和質量，陽極氧化膜對絲狀腐蝕有明顯抑制作用，且能提高有機涂膜的附著力。即使有機涂膜破損，陽極氧化膜仍能起到防腐作用。

砂型鋁合金鑄件因鑄造工藝因素或多或少存在一些缺陷，防腐性能不如5000系鋁合金板料、棒料，5000系鋁合金板料、棒料的戶外結構件涂裝前一般均進行硫酸陽極氧化、鉻酸鹽封閉處理〔Al/Et·A（S）20·Cs〕，因此對于ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件，應該在涂裝前進行相應的表面處理。本文從理論和實際試驗結論兩個方面來說明ZL102、ZL101AⅡ類砂型鋁合金鑄件在涂裝前通過Al/Et·A（S）20·Cs處理，顯著地提高鑄件的防腐蝕性能。

1 Ⅱ類ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件進行硫酸陽極氧化處理的理論

SJ20985-2008《軍用電子整機腐蝕防護工藝設計與控制指南》中“3.3.1.1鋁合金鑄造件的針孔級別與鍍覆性能”明確指出，對于砂型鑄造、特種鑄造（不含壓力鑄造）的鋁合金鑄造件，當其內部氣孔率不超過3級（3級、2級、1級）時，可以進行化學導電氧化和硫酸陽極氧化；質量要求高者，應當選用針孔級別為1級、2級的鑄造鋁合金。

GB/T9438-2013《鋁合金鑄件》第4.5.9條明確指出，Ⅰ類或液壓、氣壓等鑄件的加工表面一般按JB/T7946.3的2級針孔驗收，局部允許3級針孔，但一般不超過受檢面積的25%。當氣密性試驗滿足設計要求時，允許降一級驗收。Ⅱ類鑄件按3級針孔驗收。

因此，從理論上來說，Ⅱ類砂型鋁合金鑄件是可以進行硫酸陽極氧化處理的。

SJ20985-2008《軍用電子整機腐蝕防護工藝設計與控制指南》中“3.3.1.2鋁合金鑄造件的化學成分與鍍覆性能”的c）明確指出，常用的ZL101、ZL106的Al-Si系鑄造鋁合金，它們的可電鍍性、化學氧化性能一般，而陽極氧化性能、拋光性能和加工性能較差：這是因為它們的含硅量較高（ZL101含Si6.5%～7.5%，ZL106含Si7.5%～8.5%）所致。

ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件含Si量分別為10%～13%、6.5%～7.5%，其硫酸陽極氧化性能較差。針對含Si量較高的鋁合金（尤其是鋁硅系鋁合金鑄件），在進行硫酸陽極氧化前應經過含有5%左右的氫氟酸的硝酸混合酸溶液浸蝕活化，才能有效地保持良好的活化表面，確保陽極氧化膜質量。經硫酸陽極氧化后，最終得到具有六角柱狀結構的多孔陽極氧化膜，陽極氧化膜的這些孔眼非常小且數量又極多，一塊6.452cm2上的孔眼就達到五、六十億之多。硫酸陽極氧化后，一般在高溫下采用重鉻酸鉀（K7Cr2O7）溶液對氧化后的陽極氧化膜進行封孔處理。K7Cr2O7在水溶液中以CrO42-和Cr2O72-兩種離子形式存在，在大于80℃的K7Cr2O7溶液中，CrO42-和Cr2O72-兩種離子與陽極氧化膜微孔內的氧化鋁（Al2O3）發生反應，生成堿式鉻酸鋁〔Al（OH）CrO4〕和堿式重鉻酸鋁〔Al（OH）Cr2O7〕沉淀。這些沉淀物沉積在氧化膜的孔隙內，達到了氧化膜封孔的目的。同時，當封孔溶液的溫度大于80℃而接近沸點時，具有很高化學活性的非晶質陽極氧化膜與溶液中的水發生水化反應，生成結晶陽極氧化膜。被水化的結晶陽極氧化膜由于體積膨脹而將氧化膜孔堵塞，也起到了封堵陽極氧化膜孔隙的作用。因此，鉻酸鹽封閉處理能夠大幅度地提高硫酸陽極氧化膜的防腐蝕性能。endprint

綜上所述，對ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件進行Al/Et·A（S）20·Cs處理是完全可行的。

2 鹽霧試驗

選取ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件試樣由南京海創表面處理技術有限公司進行Al/Et·A（S）20·Cs處理，然后進行鹽霧試驗，試驗詳細情況如下。

2.1 ZL102砂型鋁合金鑄件試樣的鹽霧試驗、濕熱試驗情況

ZL102砂型鋁合金鑄件試樣為Ⅲ類鑄件，兩個品種各兩件，外表面均進行了機加工，針孔級別為3級以上。其中，兩件試樣未進行表面處理；兩件試樣表面進行了Al/Et·A（S）20·Cs處理，因Si含量太高，Al/Et·A（S）20·Cs處理后顏色仍為深灰色，略泛綠，外觀如圖5所示。

按照GJB150.11A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第11部分：鹽霧試驗》對以上4件試樣進行240h連續噴霧鹽霧試驗（鹽溶液濃度為5%±1%，溫度35℃±2℃），試驗后外觀如圖6所示。

鹽霧試驗結束后，接著按照GJB150.9A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第9部分：濕熱試驗》進行10個循環周期的交變濕熱試驗，試驗后外觀如圖7、圖8所示。

兩件經Al/Et·A（S）20·Cs處理過的ZL102鋁合金鑄件試樣未發現明顯腐蝕現象，兩件未經表面處理的ZL102鋁合金鑄件試樣發現有明顯大面積腐蝕現象。試驗結果表明，對ZL102鋁合金鑄件進行Al/Et·A（S）20·Cs處理可以顯著地提高其防腐蝕性能。

2.2 ZL101A砂型鋁合金鑄件試樣鹽霧試驗情況

兩件材質ZL101A T5砂型鋁合金鑄件，Ⅱ類鑄件，表面針孔級別為3級以下。2015年8月28日進行過Al/Et·A（S）20·Cs處理，部分表面進行了油漆處理。近期按照GJB150.11A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第11部分：鹽霧試驗》進行了480h連續噴霧鹽霧試驗（鹽溶液濃度為5%±1%，溫度35℃±2℃），試驗后整體外觀如圖9所示，兩件試樣未經油漆處理的部位均未發現腐蝕現象，如圖10所示。

而其中1件局部油漆層有少量氣泡，挑破氣泡檢查，鋁件基體未發現明顯腐蝕現象，詳見圖11。另1件油漆層表面有幾個棕紅色點，詳見圖12。因條件限制，未能采用掃描電鏡和能譜儀來分析棕紅色點產生的原因。

3 結束語

綜上所述，對ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件進行Al/Et·A（S）20·Cs處理，可以顯著地提高砂型鋁合金鑄件的防腐蝕性能，降低電子設備的全壽命周期費用，具有成本低的優點，極具推廣應用價值。當然，隨著表面處理技術的發展，微弧氧化處理技術方興未艾，雖然目前成本較高，但其防腐性能更優越。

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