铝合金航空排放零部件表面处理

2017-02-08

摘要:铝及铝合金作为重要的工业材料被广泛应用于航空领域,其中经氧化着黑色处理的铝制品尤为受到青睐[1]。铝件着黑色以电解着黑色方法较为成熟,化学氧化因工艺稳定性差且所得氧化膜较薄,使得显色物质不易沉积到孔隙中形成牢固附着,故此应用实际的工艺介绍较为鲜见,但因其具有投资少、成本低、操作简便等优点,更适合一般铝制品的加工应用,本文通过实验对化学氧化着黑色工艺进行了探索。

关键词:铝合金;航空排放零部件;表面处理

引言

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天领域中已大量应用[2]。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展,对铝合金焊接结构件的需求日益增多,使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展,同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域,因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。

1铝合金零件的表面处理技术

表面处理的目的是把金属表面经过改性处理,使素材的特性与改性皮膜的特性有很好的附著,使之适用于各种不同的用途。铝及其合金足金属中应用表面处理技术最好的金属,铝合金的阳极氧化及其应用技术在近期有著非常迅速的发展。在铝合金的表面处理技术中。依据防腐蚀与装饰的目的可概括分为:阳极氧化和封孔技术、阳极氧化之后电解著色和化学着色技术、表面陶瓷阳极氧化技术和阳极氧化与涂装相结合的复合膜处理技术等[3]。由于在航空航天行业中铝合金应用的多样化及量大面广,这些技术均得到了很好的研究。从改善环境状况的规划出发,对金属和非金属的表面处理技术提出了严格的限制要求,必须减少酸雾,降低污染物的放流量,也促进了表面技术的发展。随著世界大环境的变化,铝金属的高级装饰及多样化的应用表面处理技术也占了很重要的地位。

2实验过程及结果分析

2.1设计目的和意义

铝及铝合金作为重要的工业材料被广泛应用于航空领域,为了克服铝合金零件表面性能方面的缺点,扩大应用范围,延长使用寿命,表面处理技术是铝合金使用中不可缺少的一环。从根本上说是为了解决或提高防护性、装饰性和功能性三大方面问题。

2.2实验方案的工艺设计

2.2.1实验材料

铝合金航空排放零部件

2.2.2实验前材料处理

实验前把一大块试样锯成不等的九块,为了方便计算试样的表面积,把试样的形状都锯成长方体,并且用砂纸把试样表面原来的氧化膜磨掉,使得试样的表面光滑平整,方便氧化着色。

2.2.3氧化

本实验使用化学氧化处理,且是碱性溶液氧化法。

2.2.4着色

化学氧化膜可以用各种无机化合物和有机染料着成多种颜色。高锰酸钾溶液就是一种常见的着色剂。着色液以Co化合物为显色组分,辅以KMn04、NiS04,用HN03调pH值5左右,温度80—90℃,时间约8min。

2.2.5正交实验设计

本次课题研究中采用正交试验的方法,这是因为正交试验在不影响实验效果的前提下,能尽可能的减少试验的次数,这样就避免了全面做实验和高费用的弊端,正交设计的主要工具是正交表。此次实验主要因素有乙酸钴,高锰酸钾和着色时间三个因素,每个因素有三个水平,NiS04的浓度我们为设定值,为2g/L。本文采用了三因素三水的正交表来做此次研究,以此找出最好的工艺方案。

2.3实验后试样检验指标设计

2.3.1膜层单位面积质量测定

以试样表面铬酸盐膜实验前后称量质量来计算单位面积上膜层质量。试样上铬酸盐膜的总表面积应足够大,以使试样前后质量差别明显。单位面积膜层质量的大小对铬酸盐膜的性能有着较大的影响。

2.3.2耐磨性检验

用于检验铬酸盐膜耐磨性能的简单方法是用白纸(如实验用的滤纸)或无粒软橡皮轻擦试样表面,根据露出基体时所用的次数来表明耐磨性的的好与坏。但这种检验方法只能定性评价膜层的耐磨能,难于实现定量化。考虑到实验的条件的限制,我们统一采用B5纸作摩擦材料,并且规定一去一回算作计数一次,行程为1000px,实验过程中必须保证每个试样的用于摩擦的平面的压强为唯一定值,为此,我们设计特殊的装置,在不同的试样上放不同的载荷来确保压强为一定值,直到试样刚露出基体时停止摩擦,记下次数。

2.3.3附着力的检测

所谓附着力是指两种物质完全接触时,其界面作用的结合力。这种结合力可以来源于膜层—基体金属间的范德瓦耳斯力,静电作用力,也可以来自于化学键结合力等。在这种意义上定义的附着力是一种理想状态下的附着力,是实际膜层可能取得的最大附着力,实际上无法测量。所谓实际附着力则是指利用各种方法实际测量所得到、是膜层沿膜—基界面区域分离所需的力或能量,也称附着强度。足够强的附着力是保证膜层耐久的重要因素,附着力好的膜层应附着、不起粉。目前尚无实效的测量铝及其合金铬酸盐膜附着力的方法,上面测定铬酸盐耐磨性的方法亦可用于附着力的检验。

2.3.4耐腐蚀性能检验

本次试验我们用全浸腐蚀试验法来检验铬酸盐膜耐腐蚀性能。在进行全浸腐蚀试验时,试验溶液选用5%的氯化钠溶液。试验时间是指试验溶液达到规定温度后从试样浸入试验溶液时开始,直到试样取出时为止的时间。试验时间的长短由膜层的腐蚀状态以及基体金属是否能形成钝化膜而定。一般来说,试验时间较长的结果较准确。若基体金属易发生腐蚀,则试验时间不易过长。若基体金属易形成钝化膜,延长试验时间将会得到更为真实的结果。

结论

从最后得到的数据中可以看出,对单位面积膜层质量影响最大的因素是Co化合物的含量;对耐磨性影响最大的因素是着色的时间;对耐腐蚀性影响最大的因素是KMnO4的含量;对附着力的影响,三个因素是一样大的。

参考文献

[1]周鼎华.铝合金表面处理技术新进展[J].热处理技术与装备,2006,04:10-15.

[2]孙振起,黄明辉.航空用铝合金表面处理的研究现状与展望[J].材料导报,2011,23:146-151.

[3]陈廷益,王文慧,路文.铝合金表面腐蚀与化学处理及着色技术[J].金属功能材料,2014,01:46-54.


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