鋁鋰合金化學銑切研究

張囡

摘要：在大量試驗數據的基礎上，分析影響鋁鋰合金化學銑切表面質量的因素，選擇最佳化學銑切參數，為實際零件生產提供技術支持。

關鍵詞：鋁鋰合金；化學銑切；表面粗糙度

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。研究表明，在鋁合金中每添加1%的Li，可使合金密度降低3%，而彈性模量提高6%，并可保證合金在淬火和人工時效后硬化效果良好。因此，鋁鋰合金作為一種低密度、高彈性模量、高比強度和高比剛度的鋁合金，在航空航天領域顯示出了廣闊的應用前景。

1 鋁鋰合金使用現狀

第一代鋁鋰合金2020應用于美國海軍RA5C軍用預警飛機的機翼蒙皮和尾翼水平安定面上。獲得了6%的減重效果；第二代鋁鋰合金是目前應用最為成熟的鋁鋰合金，俄羅斯在米格29，蘇35等戰斗機及一些中遠程導彈彈頭殼體上都采用了1420合金構件；第三代鋁鋰合金2099已應用于波音787飛機，C47A已應用于A350飛機。

國內大型客機C919機身壁板，應急門組件也采用了鎂鋁生產的2060T3鋁鋰合金。

2 鋁鋰合金化學銑切實驗

目前鋁鋰合金化銑規范使用的溶液配方與鋁合金化銑是一樣的。但大量論文顯示，需要調整鋁鋰合金化銑溶液中的成分，否則容易產生質量問題。

在實際生產中，前后進行了八張蒙皮零件的化學銑切，有五張蒙皮零件的尺寸公差符合圖紙要求，表面粗糙度符合規范要求，但有三張蒙皮零件，化銑區域有大量麻坑。經檢驗員確認將這三張蒙皮零件進行報廢處理，造成了很大的浪費。

3 結果分析

（1）鋁鋰合金化學銑切結果分析。

a.試片化學銑切實驗。

經過化銑的試片，表面粗糙度值基本符合規范要求，有少部分試片表面粗糙度值不符合規范。

b.蒙皮零件化學銑切。

共進行了8張蒙皮零件化學起切，五張零件尺寸公差符合圖紙要求，表面粗糙度值符合規范要求；有3張零件尺寸公差符合圖紙要求，而銑切表面有大量坑蝕，無法滿足規范要求。

（2）槽液成分分析。

a.新配制的槽液應添加鋁屑或保留一部分原來舊的化銑溶液。如果新槽液里沒有鋁離子，反應也無法進行；隨著生產的正常進行，鋁離子不斷地脫離零件進入槽液，當達到一定值后，槽液的浸蝕速率會很慢，零件表面的粗糙度會增加，這時的槽液就需要報廢，重新進行調配了，按規范要求，AI含量控制在19～75克/升。

b.硫化鈉在腐蝕過程中既是光亮劑也是腐蝕劑。浸蝕速率由化學腐蝕控制，而影響化銑表面粗糙度的重要原因是在化銑過程中存在合金元素與鋁的電化學作用。合金元素與鋁的電化學過程作用程度越大，則表面粗糙度越大，由于鋁合金中存在銅、鐵、鎂等合金元素，在鋁合金腐蝕過程中。存在合金元素與鋁的電化學過程，合金元素與鋁形成原電池，使腐蝕不均勻。Na2S的作用在于，S易于與合金中的Zn等元素結合，使Zn等元素與AI形成的電偶腐蝕作用降低，鋁的腐蝕起主導作用，從而降低表面粗糙度，所以，如果硫化鈉的濃度過低，會造成零件表面粗糙度超過規范要求；如果鋁合金中的Cu含量過高，S沒有完全與Cu元素結合，Cu元素就會與AI形成電偶腐蝕，造成表面粗糙度值過大；按規范要求，那Nas的含量控制在1126克/升。

c.三乙醇胺（TEA）是一種高效的螯合劑，可螯合各種重金屬，在化銑過程中吸附在化銑面上，一方面螯合Cu、Zn等元素，降低S的消耗，減少合金元素的富集；另一方面TEA作為表面活性劑，可以使附著化銑表面上的沉淀迅速脫離化銑面，使S與化銑面的接觸面積更大。降低電偶腐蝕作用。如果TEA濃度低于規范要求，也會造成零件表面粗糙度值變大；按規范要求TEA的含量控制在3060克每升。

（3）鋁合金化學銑切溫度分析。

溫度是鋁合金化銑加工的一個重要參數，化銑過程離子的擴散速度和化學反應速度.都是隨著溫度的升高增加。過低的溫度不利于化學銑切。但過高的溫度同樣會造成零件表面粗糙度值過大。按規范要求，鋁鋰合金化銑溫度控制在100℃～104℃。

鋁鋰合金在堿性化銑液中化銑時，存在著許多錯綜復雜的局部反應。并不是單一的化學過程，還伴隨著微區的電化學反應，擴散和吸附等基本物理過程。當合金材料內高電位與低電位金屬含量越接近、電位差越大，則電化學過程就越顯著。反之，化學腐蝕過程越顯著。鋁鋰合金中鋰是非常活躍的金屬元素，其電極電位為3.045V，比鋁的電極電位低你1.339V，鋁鋰元素間化學活性差別大，同時鋁鋰合金中主要析出相中Li具有高活性。因此析出相內部和析出相間的電極電位差比通常的鋁合金相大，腐蝕速度快，造成化銑過程中精確控制困難和產生麻點、小坑不均勻現象，使表面粗糙度增加，并通過影響材料的表面完整性而影響材料的耐蝕性及抗疲勞性能。

4 結論

（1）鋁鋰合金化學銑切加工，對槽液成份的控制要求，遠遠高于鋁合金化學銑切。鋁合金零件化學銑切合格的槽液，用于鋁鋰合金零件化學銑切，卻經常出現銑切區域大量坑蝕。造成零件報廢。用于鋁合金化學銑切的氫氧化鈉，硫化鈉和三乙醇胺含量，一般都調配在中值，對于化學銑切鋁鋰合金的槽液，應將硫化鈉和三乙醇胺的含量向上限調整。在實際生產過程中，調整槽液成份，在高含量硫化鈉和三乙醇胺的化學銑切槽液中銑切，蒙皮零件的表面粗糙度，完全滿足規范要求。

（2）過高或過低的槽液溫度對化學銑切都有影響。建議槽液溫度控制在100℃～104℃。

5 化學銑切技術展望

（1）化學銑切加工工藝已被許多的工業部門采用，是特種加工工藝之一。不可缺少的加工方法，特別是對成形零件的加工即可靠又有效。它通過化學溶液腐蝕零件預先確定的部位，從而獲得所需的加工尺寸和精度，是一種不用工具，沒有切削，不存在應力和零件之間不存在協調問題的特種加工工藝。那么在鋁合金化學銑切必須注意銑切溫度要求、濃度要求、添加劑的加入，有可能引起腐蝕速度的直線下降。而且大面積腐蝕加工鋁合金零件，就要保證分辨率要求較高的加工表面和精確的工藝流程。

（2） 化學銑切技術改進通常是圍繞生產中零件報廢的原因而進行的。所以提高防腐蝕性能對改善零件化銑的質量至關重要。此外，刻線操作不當或成形方法不合適及監控腐蝕速度方法不當，均是造成報廢零件的原因。

（3）化學銑切技術和其它技術相同，隨著航空航天工業的發展而發展，并隨著新機型在技術支持上得以提高。

參考文獻：

[1]威.T.哈里斯.化學銑切[M].北京：國防工業出版社，1983.

[2]林翠，王云英.可剝性化銑保護涂料的研制.2006，35（3）.