本發(fā)明屬于材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種7050鋁合金的硫酸陽(yáng)極化方法。
背景技術(shù)：
國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)高韌鋁合金超規(guī)格預(yù)拉伸板的研制與工程化應(yīng)用緊密圍繞型號(hào)設(shè)計(jì)需求，以國(guó)內(nèi)有一定研制和應(yīng)用基礎(chǔ)的新材料、新工藝為前提，開(kāi)展7050-t7451超厚板(δ130mm以上)的硫酸陽(yáng)極化工藝性能研究，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料的國(guó)內(nèi)自主保障。
目前國(guó)產(chǎn)的7050-t7451鋁合金沒(méi)有厚度超過(guò)130mm的板材，由于板材厚度增加，材質(zhì)合金成分的均勻性各方面會(huì)有所變化，因此超過(guò)130mm板材的硫酸陽(yáng)極化工藝也沒(méi)有。為了滿足設(shè)計(jì)需求和生產(chǎn)任務(wù)需求，這就需要對(duì)新研制的國(guó)產(chǎn)新材料進(jìn)行工藝研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題：
提出一種能夠滿足7050-t7451超厚板的鋁合金硫酸陽(yáng)極化形成的氧化膜層致密、膜層厚度、耐蝕性好、與底漆結(jié)合力較好的硫酸陽(yáng)極化工藝方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案：
一種7050鋁合金的硫酸陽(yáng)極化方法，包括以下步驟：
步驟1：試片加工，對(duì)待處理的鋁合金試樣表面進(jìn)行加工并查驗(yàn)，確保表面無(wú)銳角導(dǎo)圓、毛刺、棱角缺陷；
步驟2：初步除油，用丁酮有機(jī)溶劑初步除掉試樣表面殘留的油污和雜質(zhì)；
步驟3：裝夾，保證試樣裝夾牢固；
步驟4：堿洗；
步驟5：溫水洗至少2min，觀察試樣表面的水膜至少保持30s不破裂為合格，否則應(yīng)重新堿洗；
步驟6酸洗
步驟7：用去離子水沖洗試樣表面至少2min，去除試樣表面殘留的酸洗溶液及表面殘留的污垢；
步驟8：硫酸陽(yáng)極化，將試樣浸入硫酸溶液中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，采用穩(wěn)流法進(jìn)行陽(yáng)極化；
步驟9：水洗，陽(yáng)極氧化后，要先斷電，在20s內(nèi)把試樣取出后，用去離子水洗沖洗干凈試樣表面的殘留的硫酸溶液，水洗時(shí)要不斷抖動(dòng)試樣，使試樣充分洗干凈。
步驟10：壓縮空氣干燥，為了防止試樣表面產(chǎn)生水痕，去離子水沖洗后，應(yīng)立即使用壓縮空氣干燥；
步驟11：拆卸
步驟12：檢驗(yàn)
所述步驟4堿洗使用的溶液是不含硅、鉻的堿性清洗劑與去離子水混合而成的溶液，濃度為45g/l～60g/l，操作溫度為45℃～55℃，浸漬時(shí)間為：5min～10min。此工序的目的是用于去除試樣表面的不可見(jiàn)的油污。
步驟6酸洗中使用的溶液是鉻酐、硝酸、氫氟酸與去離子水混合配制成，其中鉻酐濃度22.5g/l～26.2g/l，硝酸濃度75g/l～105g/l，氫氟酸的添加使腐蝕速率達(dá)到0.020毫米/面/小時(shí)～0.025毫米/面/小時(shí)。
所述步驟8的具體工藝為：把裝夾好的試樣放置在陽(yáng)極銅導(dǎo)電杠上卡緊，陰極是鉛板，試樣與試樣之間，試樣與陰極之間保持較大的距離，不發(fā)生接觸，打開(kāi)壓縮空氣攪拌電解液，送以直流電，在5min內(nèi)把電流密度升高到1.0-1.8a/dm2；使用的溶液是由ρ＝1.84g/ml的濃硫酸調(diào)配而成的180～200ml/l的硫酸溶液，陽(yáng)極電流密度1.0～1.8a/dm2，反應(yīng)溫度18～22℃，軟起時(shí)間5min，陰陽(yáng)極面積比1:1～1:10。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明通過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)高韌7050-t7451超厚板硫酸陽(yáng)極化工藝試驗(yàn)的測(cè)試研究，有效的驗(yàn)證了新材料的應(yīng)用領(lǐng)域，有一定的可推廣性，為其它機(jī)型的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這給飛機(jī)上特別是耐蝕性要求高的特殊試樣有了前提保障。過(guò)去此類材料一直從國(guó)外進(jìn)口，而且定貨周期長(zhǎng)、成本高且定貨困難，根據(jù)國(guó)產(chǎn)化需要，對(duì)7050-t7451超厚板進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化研制。擺脫了依賴國(guó)外的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料的國(guó)內(nèi)自主保障，并且此材料的各項(xiàng)性能均處于國(guó)內(nèi)同類材料領(lǐng)先水平。
具體實(shí)施方式
一種7050-t7451超厚板鋁合金的硫酸陽(yáng)極化工藝方法，其使用硫酸作為電解液，試樣作為陽(yáng)極，鉛板作為陰極，其中通直流電，用壓縮空氣攪拌，采用穩(wěn)流法，并保持電解液在一定的電流密度的條件進(jìn)行的一種電化學(xué)發(fā)應(yīng)。
所述的一種7050超厚板鋁合金的硫酸陽(yáng)極化工藝方法，選擇一種7050(δ150mm)鋁合金超厚板，進(jìn)行機(jī)加處理，其具體過(guò)程如下：
步驟1：試驗(yàn)驗(yàn)收
對(duì)待處理的鋁合金試樣表面進(jìn)行查驗(yàn)，確保表面無(wú)銳角導(dǎo)圓、毛刺、棱角缺陷；步驟2：初步除油
用丁酮有機(jī)溶劑初步除掉試樣表面殘留的油污和雜質(zhì)；
步驟3：裝夾
夾具為鋁合金材料制造，裝夾時(shí)，在保證導(dǎo)電良好的情況下，使夾具印跡面積最小。并且保證試樣裝夾牢固，因?yàn)樵陉?yáng)極氧化的整個(gè)過(guò)程中槽液是需要攪拌，防止試樣從工裝夾具上脫落；
步驟4：堿洗
堿洗溶液是使用漢高公司提供的turco4215nclt清洗劑(不含硅、鉻的堿性清洗劑)與去離子水混合而成的溶液，濃度為45g/l～60g/l，操作溫度為45℃～55℃，浸漬時(shí)間為：5min～10min。此工序的目的是用于去除試樣表面的不可見(jiàn)的油污；
步驟5：溫水洗至少2min，去除試樣表面殘留的turco4215nclt清洗劑溶液，觀察試樣表面的水膜至少保持30s不破裂為合格，否則應(yīng)重新堿洗；
步驟6酸洗
酸洗溶液是由鉻酐、硝酸、氫氟酸(用于調(diào)節(jié)腐蝕速率，氫氟酸的添加使腐蝕速率達(dá)到0.020毫米/面/小時(shí)～0.025毫米/面/小時(shí))與去離子水混合配制成鉻酐(22.5g/l～26.2g/l)，硝酸(75g/l～105g/l)，浸漬時(shí)間為1min～3min，在室溫下操作。
此步驟主要是用于去除試樣表面的自然氧化膜和污垢，露出鋁合金的基體，以便于后續(xù)硫酸陽(yáng)極化的過(guò)程中更容易成膜；
步驟7：用去離子水沖洗試樣表面至少2min，去除試樣表面殘留的酸洗溶液及表面殘留的污垢；
步驟8：硫酸陽(yáng)極化
將試樣浸入硫酸溶液中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，其具體參數(shù)如表1所示：
表1硫酸陽(yáng)極氧化試驗(yàn)驗(yàn)證參數(shù)
把裝夾好的試樣放置在陽(yáng)極銅導(dǎo)電杠上卡緊，陰極是鉛板，試樣與試樣之間，試樣與陰極之間一定要保持較大的距離，絕對(duì)不能接觸。打開(kāi)壓縮空氣攪拌電解液，送以直流電，在5min內(nèi)把電流密度升高到1.0-1.8a/dm2；
步驟9：水洗
陽(yáng)極氧化后，要先斷電，在20s內(nèi)把試樣取出后，用去離子水洗沖洗干凈試樣表面的殘留的硫酸溶液，水洗時(shí)要不斷抖動(dòng)試樣，使試樣充分洗干凈。
步驟10：壓縮空氣干燥
為了防止試樣表面產(chǎn)生水痕，去離子水沖洗后，應(yīng)立即使用壓縮空氣干燥；
步驟11：拆卸
戴清潔不掉毛的棉質(zhì)手套拆卸試樣，防止試樣表面被污染。
步驟12：檢驗(yàn)
試樣尺寸、數(shù)量、驗(yàn)證試驗(yàn)后的檢測(cè)項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)等參見(jiàn)表2
表2硫酸陽(yáng)極化工藝驗(yàn)證檢測(cè)項(xiàng)目
測(cè)試的各項(xiàng)性能指標(biāo)結(jié)論如下：
●硫酸陽(yáng)極化膜外觀：
試片編號(hào)：c3d1-1,c3d1-2,c3d1-3
檢測(cè)方法：在天然散射光或無(wú)反射光的白色投射光線下目視檢查光的照度應(yīng)不低于300lx，(相當(dāng)于在40w的日光燈下500mm處的照度)。允許用5-10倍放大鏡檢查。
氧化膜層的外觀：陽(yáng)極氧化膜經(jīng)重鉻酸鉀封閉后顏色為淺黃色至黃綠色，膜層均勻完整，沒(méi)出現(xiàn)局部無(wú)膜層，疏松膜層、膜層劃傷及污染，燒傷及過(guò)腐蝕現(xiàn)象。
從試驗(yàn)的外觀檢查來(lái)看有以下規(guī)律：
(1)膜層越薄，顏色越淺；膜層越厚，顏色越深，總體趨勢(shì)是從淺黃到黃綠色。
(2)當(dāng)電流過(guò)大，氧化和似箭過(guò)長(zhǎng)或槽液溫度過(guò)高(大于25℃)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致膜層的顏色發(fā)暗，且表層變得粗糙，無(wú)光澤，出現(xiàn)網(wǎng)狀條紋，這種情況出現(xiàn)對(duì)于零件來(lái)講是不合格的，表層疏松，起粉是不允許的缺陷?！窳蛩彡?yáng)極化膜的膜厚
試片編號(hào)：c3c1-1,c3c1-2,c3c1-3：
檢測(cè)方法：用渦流測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)定。
氧化膜層的厚度：
從膜層厚度的試驗(yàn)處理結(jié)果可以得出：
(1)硫酸的濃度對(duì)最終氧化膜層的厚度有明顯的影響，隨著硫酸濃度的增加，氧化膜厚度增加?？傮w來(lái)看，雖然隨著硫酸濃度的增加，氧化膜厚度有增加的趨勢(shì)，但增加的幅度較小，說(shuō)明硫酸的濃度不是氧化膜層厚度的顯著影響因素。
(2)氧化時(shí)間對(duì)膜層厚度影響較大，隨著氧化時(shí)間的增加愛(ài)，膜層厚度顯著增加，扣除不顯著因子硫酸濃度的影響，氧化膜的厚度差別讓然很大。
(3)電流密度對(duì)膜層厚度影響較明顯，隨著電流密度的增加，膜層厚度顯著增加，電流密度與膜層厚度是正比關(guān)系。
●硫酸陽(yáng)極化膜的耐蝕性
試片編號(hào)：c3d2-1,c3d2-2,c3d2-3
檢測(cè)方法：按astmb117的要求進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)，鹽霧腐蝕時(shí)間為336h，
觀察確定試樣表面是否有腐蝕現(xiàn)象。
按astmb117執(zhí)行，試樣放置角度20度，鹽霧時(shí)間為336h下滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。
●硫酸陽(yáng)極化膜結(jié)合力
試片編號(hào)：c3d3-1,c3d3-2,c3d3-3
檢測(cè)方法：按bss7225的要求進(jìn)行濕刻痕結(jié)合力檢測(cè)。
檢測(cè)的試片按bss7225試驗(yàn)方法進(jìn)行濕刻痕結(jié)合力檢測(cè)，均符合10級(jí)的要求。
實(shí)例一
將7050-t7451超厚板鋁合金使用丁酮擦拭后；浸入52℃的55g/l的堿洗溶液中(turco4215nclt清洗劑溶液)8min后，水洗4min；觀察鋁合金表面水膜連續(xù)后進(jìn)行酸洗；在室溫下的酸洗溶液中(鉻酐、硝酸、氫氟酸與去離子水的混合溶液)，鉻酐濃度為25.2g/l，硝酸濃度為96g/l，腐蝕速率為23.6微米/單面/小時(shí)，浸蝕2.5min，水洗5min；將預(yù)處理后的鋁合金件放于陽(yáng)極氧化溶液：硫酸212g/l，溫度22℃，電流密度是1.4a/dm2,氧化30min。采用純鉛板作為陰極，在陽(yáng)極氧化過(guò)程中采用壓縮空氣攪拌。氧化結(jié)束后水洗4min后進(jìn)行封閉。封閉溶液為重鉻酸鉀溶液1.1g/l，溫度為97℃，封閉時(shí)間為40min。
該實(shí)例所得的氧化膜外觀合格，膜層厚度為12.9um，耐蝕性試驗(yàn)336h小時(shí)合格，濕刻痕結(jié)合力符合bss7225標(biāo)準(zhǔn)中10級(jí)的要求。
實(shí)例二
將7050-t7451超厚板鋁合金使用丁酮擦拭后；浸入53℃的52g/l的堿洗溶液中(turco4215nclt清洗劑溶液)10min后，水洗5min；觀察鋁合金表面水膜連續(xù)后進(jìn)行酸洗；在室溫下的酸洗溶液中(鉻酐、硝酸、氫氟酸與去離子水的混合溶液)，鉻酐濃度為24.9g/l，硝酸濃度為93g/l，腐蝕速率為23.5微米/單面/小時(shí)，浸蝕2min，水洗4min；將預(yù)處理后的鋁合金件放于陽(yáng)極氧化溶液：硫酸210g/l，溫度21℃，電流密度是1.3a/dm2,氧化35min。采用純鉛板作為陰極，在陽(yáng)極氧化過(guò)程中采用壓縮空氣攪拌。氧化結(jié)束后水洗4min后進(jìn)行封閉。封閉溶液為重鉻酸鉀溶液1.08g/l，溫度為96.5℃，封閉時(shí)間為40min。
該實(shí)例所得的氧化膜外觀合格，膜層厚度為13.4um，耐蝕性試驗(yàn)336h小時(shí)合格，濕刻痕結(jié)合力符合bss7225標(biāo)準(zhǔn)中10級(jí)的要求。
實(shí)例三
將7050-t7451超厚板鋁合金使用丁酮擦拭后；浸入51℃的49g/l的堿洗溶液中(turco4215nclt清洗劑溶液)9min后，水洗4min；觀察鋁合金表面水膜連續(xù)后進(jìn)行酸洗；在室溫下的酸洗溶液中(鉻酐、硝酸、氫氟酸與去離子水的混合溶液)，鉻酐濃度為23.9g/l，硝酸濃度為92g/l，腐蝕速率為23.2微米/單面/小時(shí)，浸蝕3min，水洗5min；將預(yù)處理后的鋁合金件放于陽(yáng)極氧化溶液：硫酸208g/l，溫度20℃，電流密度是1.2a/dm2,氧化40min。采用純鉛板作為陰極，在陽(yáng)極氧化過(guò)程中采用壓縮空氣攪拌。氧化結(jié)束后水洗4min后進(jìn)行封閉。封閉溶液為重鉻酸鉀溶液1.05g/l，溫度為96℃，封閉時(shí)間為40min。
該實(shí)例所得的氧化膜外觀合格，膜層厚度為13.9um，耐蝕性試驗(yàn)336h小時(shí)合格，濕刻痕結(jié)合力符合bss7225標(biāo)準(zhǔn)中10級(jí)的要求。
實(shí)例四
將7050-t7451超厚板鋁合金使用丁酮擦拭后；浸入52℃的48g/l的堿洗溶液中(turco4215nclt清洗劑溶液)8min后，水洗5min；觀察鋁合金表面水膜連續(xù)后進(jìn)行酸洗；在室溫下的酸洗溶液中(鉻酐、硝酸、氫氟酸與去離子水的混合溶液)，鉻酐濃度為23.8g/l，硝酸濃度為90g/l，腐蝕速率為23.0微米/單面/小時(shí)，浸蝕3min，水洗5min；將預(yù)處理后的鋁合金件放于陽(yáng)極氧化溶液：硫酸205g/l，溫度19℃，電流密度是1.1a/dm2,氧化40min。采用純鉛板作為陰極，在陽(yáng)極氧化過(guò)程中采用壓縮空氣攪拌。氧化結(jié)束后水洗4min后進(jìn)行封閉。封閉溶液為重鉻酸鉀溶液1.1g/l，溫度為95℃，封閉時(shí)間為40min。
該實(shí)例所得的氧化膜外觀合格，膜層厚度為15.9um，耐蝕性試驗(yàn)336h小時(shí)合格，濕刻痕結(jié)合力符合bss7225標(biāo)準(zhǔn)中10級(jí)的要求。