阿洛丁1200S處理工藝參數對鋁合金耐鹽霧腐蝕性能的影響

(航空工業成都飛機工業(集團)有限責任公司，成都 610092)

阿洛丁1200S處理工藝是一種化學氧化技術，常用于鋁合金的表面防護，以提高基體的耐蝕性以及基體和漆層的結合力，在飛機[1]、航空發動機[2-3]、機載電子設備的制造、維修過程中廣泛應用[4-5]。阿洛丁1200S處理工藝為漢高公司的專利產品，其成分保密，因此只能通過添加原料來進行槽液維護，常因其pH超出溶液控制范圍而造成槽液的報廢；同時各個工序槽液成分和工藝參數控制不到位也會導致其產品在鹽霧試驗中出現不合格的情況[6]，由于影響阿洛丁1200S處理過程因素多，很難找到造成其產品耐鹽霧腐蝕性能不合格的關鍵因素并加以控制。波音公司要求按照ASTM B 117-2011《鹽霧設備的操作標準》對經過阿洛丁1200S處理的試樣進行168 h的中性鹽霧試驗，將耐鹽霧腐蝕性能作為產品質量控制的指標，通過工藝控制試驗尋找影響試樣耐鹽霧腐蝕性能的關鍵因素，建立監控方法是解決阿洛丁1200S處理工藝穩定性和產品質量一致性的唯一途徑。

本工作從原材料差異，前處理，阿洛丁1200S處理時間、含量和pH，以及后處理等方面，對阿洛丁1200S處理工藝控制的全要素進行了研究，以耐鹽霧腐蝕性能為評價標準，尋找影響工藝控制的關鍵因素，達到穩定生產的目的，同時可以將該生產線的研究成果作為經驗推廣到其他表面處理生產線。

1 試驗

1.1 試驗材料

試驗材料為2024-T3鋁合金，試樣尺寸10 in×3 in×0.032 in(254 mm×76 mm×0.8 mm)，共制備了400片試樣。

1.2 工藝配方及工藝流程

對試樣先進行阿洛丁1200S處理。阿洛丁1200S處理液的主要成分為阿洛丁1200S (7.5～22.5 g/L)，pH為1.3～1.8。操作溫度為20～35 ℃，處理時間1～3 min。阿洛丁1200S處理工藝的主要流程：除油→堿清洗→熱水洗→冷水洗→輕脫氧→冷水洗→阿洛丁1200S處理→冷水洗→干燥。

1.3 測試方法

按照ASTM B 117-2011標準對阿洛丁1200S處理過的試樣進行168 h的鹽霧試驗，鹽霧為5%(質量分數)NaCl溶液，試樣表面與垂直方向呈6°的傾斜。時間每延長30 s，增加1組(2個)試樣，共5組鹽霧試樣。

耐鹽霧腐蝕性能合格標準:鹽霧腐蝕后，在總面積為60 in2(38 709.6 mm2)的暴露試驗區域，孤立的斑點和點蝕總量不能超過6個；同時在總面積為 30 in2(19 354.8 mm2)的暴露試驗區域，孤立的斑點和點蝕總量不能超過5個。即2個試樣上總的腐蝕點個數不得超過6個，并且單個試樣上腐蝕點個數不能超過5個，且不能有直徑大于0.031 in(0.787 4 mm)的點。

2 結果與討論

2.1 原料的影響

從阿洛丁1200S原料取樣，將其配成15 g/L的標準溶液，然后測該標準溶液的pH。結果發現，每桶阿洛丁1200S原料的pH都存在差異，考慮到阿洛丁1200S原料對槽液使用效果的影響，對每桶阿洛丁1200S原料分別配置小槽，并對其處理過的鋁合金試樣進行鹽霧試驗，發現阿洛丁1200S原料的pH對經過其處理過的試樣的鹽霧試驗結果存在影響。

表1為阿洛丁1200S原料的pH，選擇pH低的阿洛丁1200S原料進行配槽。若其pH超出上限，可繼續添加阿洛丁1200S原料，使槽液中阿洛丁1200S達到允許的最大含量(22.5 g/L)，或每使用0.9～1.8 kg 阿洛丁1200S 加入60 g/L的硝酸。

表1 阿洛丁1200S原料的pHTab. 1 pH value of Alodine 1200S raw material

2.2 前處理的影響

2.2.1 堿清洗槽

試樣在進行阿洛丁1200S處理前，使用質量濃度為45～60 g/L的Turco 4215NCLT堿清洗槽進行了除油清洗，鹽霧試驗后，試樣的表面形貌如圖1所示。其中，5組試樣的阿洛丁1200S處理時間分別為1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 min，并且同時下槽處理。結果表明：這些試樣的耐鹽霧腐蝕性能均不合格。造成試樣耐鹽霧腐蝕性能不合格的一個原因是堿清洗槽油污較多，清洗過程中很難達到水膜完整狀態。油污的存在會隔離成膜物質和金屬基體，導致成膜不均勻，在鹽霧試驗中出現腐蝕點。因此應加強堿清洗槽的維護，控制堿清洗槽的雜質和油污，當槽液表面有可見油污時要及時清理和過濾，當無法保證水膜完整狀態時，應更換槽液，保證清洗后零件表面水膜連續。

圖1 前處理不當試樣鹽霧試驗后的表面形貌Fig. 1 Surface morphology of improperly pretreated samples after salt spray test

2.2.2 脫氧時間

試驗使用腐蝕速率為0.34～0.42 μm/min的三酸(CrO3、HNO3、HF)脫氧槽進行脫氧，表2為脫氧時間對阿洛丁1200S處理試樣耐鹽霧腐蝕性能的影響。從試驗結果可以看出，脫氧時間的延長會導致試樣耐鹽霧腐蝕性能不合格。這是因為鋁合金在大氣環境中自然形成的氧化層厚度為納米級，因此較易去除，并且試驗采用的試樣為進口成品試樣，覆膜保護，表面質量狀態好，在1～3 min脫氧過程中，試樣表面的氧化層被去除。且2024鋁合金的銅含量高，脫氧時間的延長會造成表面組織成分不均勻，反而影響阿洛丁1200S在試樣表面的成膜，導致其耐鹽霧腐蝕性能不合格。

表2 脫氧時間對試樣耐鹽霧腐蝕性能的影響Tab. 2 Eeffect of deoxidization time on salt spray corrosion resistance of samples

2.3 阿洛丁1200S處理的影響

2.3.1 阿洛丁1200S處理時間

試驗使用5組相同的試樣，每組2片，阿洛丁1200S處理時間分別為1.0,1.5,2.0,2.5,3.0 min。圖2為經過168 h鹽霧試驗后試樣表面的形貌。結果表明：5組試樣表面均無腐蝕點。經過多組驗證試驗，在相同的工藝條件下，阿洛丁1200S處理時間為1～3 min時，均可得到耐鹽霧腐蝕性能合格的產品。因此，阿洛丁1200S處理時間不是影響鹽霧試驗結果的關鍵因素。

2.3.2 阿洛丁1200S含量和處理液pH

對阿洛丁1200S生產線全部的槽液成分和參數進行數據采集和分析，使用Minitab軟件對試驗數據作圖，分別得到耐鹽霧腐蝕性能不合格試樣的概率與阿洛丁1200S含量以及處理液pH的散點圖，如圖3和圖4所示。

由圖3可以看出，當阿洛丁1200S的含量增加時，耐鹽霧腐蝕性能不合格試樣的概率降低，因為阿洛丁1200S含量的升高有利于膜層的生成，阿洛丁1200S最佳的質量濃度范圍是11.3～12.5 g/L。由圖4可以看出，當阿洛丁1200S的pH升高時，耐鹽霧腐蝕性能不合格試樣的概率降低。這是因為當pH較低時，溶液的酸性強，對膜層的溶解作用強，pH升高有利于膜層的生成，阿洛丁1200S最佳pH范圍是1.6～1.8。

圖2 不同阿洛丁1200S處理時間的試樣鹽霧試驗后的表面形貌Fig. 2 Surface morphology of samples treated by Alodine 1200S for different periods of time after salt spray test

2.4 后處理的影響

阿洛丁處理后需要使用去離子水對試樣進行清洗，以洗凈殘留在試樣表面的溶液，避免膜層繼續反應起粉。由于阿洛丁1200S膜層是一種膠狀膜層，剛形成的新鮮膜層脆弱，易受到損傷，因此不可采用噴淋水進行沖洗，應在水槽中緩慢漂洗。清洗時間不宜太長，以免膜層部分溶解或六價鉻化合物流失導致耐蝕性下降[2]。

處理后的試樣可以使用溫度不高于54 ℃的熱循環空氣進行干燥，也可在空氣中進行干燥。切忌使用壓縮空氣吹干，已免過大的壓力損傷膜層。阿洛丁1200S處理形成的化學轉化膜是顆粒狀致密的連續膜層[3]，其完整性是耐鹽霧腐蝕性能的保證。

3 結論

(1) 在阿洛丁1200S處理工藝的前處理階段，堿清洗效果要保證表面水膜連續，脫氧時間為1～3 min。

圖3 耐鹽霧腐蝕性能不合格試樣的概率與 阿洛丁1200S含量的散點圖 圖4 耐鹽霧腐蝕性能不合格試樣的概率與 處理液pH的散點圖Fig. 3 Scatter diagram between probability of unqualified samples in salt spray corrosion resistance and Alodin 1200S content Fig. 4 Scatter diagram between probability of unqualified samples in salt spray corrosion resistance and pH value of treatment solution

(2) 阿洛丁1200S最佳質量濃度范圍為11.3～12.5 g/L，pH為1.6～1.8，按照規定范圍定期對槽液進行維護，可延長阿洛丁1200S主槽的使用壽命。

(3) 阿洛丁1200S處理后的水清洗不得使用噴淋裝置；同時干燥時不可采用壓縮空氣，以免造成其膜層損傷。