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DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720117
摘要：按铝合金现有的硫酸阳极化工艺对2A97铝锂合金进行硫酸阳极氧化处理和涂漆，通过膜层的膜重、耐蚀性及涂层结合力等性能指标的测试进行2A97铝锂合金硫酸阳极化适用性的研究。
关键词：铝锂合金；硫酸阳极化；耐蚀性；涂层结合力
锂（Li）是元素周期表中最轻的金属元素，密度只有05340g/cm3。在铝合金中加入金属元素锂（Li），可在降低合金密度的同时提高合金的弹性模量。AlLi 合金具有密度低、比强度高、比刚度大以及良好的低温性能和耐腐蚀性能，因此在航空航天领域，逐渐使用越来越多的铝锂合金材料，以提高性能、增强耐腐蚀性，同时又大大的降低重量，被认为是21世纪航空航天工业最理想的轻质高强结构材料。
铝合金表面一般需要进行阳极氧化或化学氧化等表面处理工艺，以提高其表面的耐蚀性以及与涂层的结合力。目前，对铝锂合金表面处理工艺的应用研究范围仅限于进口的铝锂合金材料，但随着航空材料的日益国产化，必须开展国产铝锂合金材料的表面处理工艺技术研究，迅速掌握国产铝锂合金表面处理的应用技术，为航空零件的实际生产提供必要的技术支持。
本文主要是在硫酸溶液中对国产的2A97铝锂合金进行阳极氧化，通过考察2A97铝锂合金硫酸阳极化后的膜重、耐盐雾腐蚀性和干、湿胶带涂层结合力等性能参数，对2A97铝锂合金硫酸阳极化表面处理工艺进行适用性研究。
1 工艺
（1）工艺准备。
硫酸阳极氧化工艺选用的试验材料为国产的2A97铝锂合金，漆料采用无铬底漆。制作用于耐蚀性试验的试片，尺寸为：75*250*1.5mm；制作用于膜重试验的试片，尺寸为：75*75*1.5mm；制作用于涂层结合力试验的试片，尺寸为75*150*1.5mm。
（2）工艺流程。
溶剂清洗→碱清洗→温水洗→冷水洗→脱氧→冷水洗→碱腐蚀→温水洗→冷水洗→脱氧→冷水洗→硫酸阳极氧化→冷水洗→填充→干燥→检验→涂漆→固化→检验
（3）主要工艺程序。
由于2A97铝锂合金材料的表面状况不佳（氧化皮有时很厚），按一般要求经过脱氧处理后表面仍有少量的黑色氧化物，無法进行后续的阳极氧化处理，因此，经过多次试验后，在脱氧后增加了碱腐蚀工序，处理时间为0.5min～1min，试片经碱腐蚀出光处理后，表面的氧化皮能去除干净，可以达到水膜连续，从而确保了硫酸阳极氧化处理工艺的顺利进行。
c.硫酸阳极氧化处理。
在硫酸浓度为165g/L～200g/L的溶液中，采用纯铅板作为阴极，铝锂合金板材为阳极，采用20V～22V的恒压直流氧化电压，13℃～25℃的氧化温度，进行硫酸阳极氧化处理30min～40min。
d.填充。
经硫酸阳极氧化处理后的表面，膜层呈多孔状，在铬酸盐溶液中进行10min ～15min填充处理后，可以大大地提高基体的耐蚀性。
2 质量控制要求
（1）耐盐雾腐蚀性试验。
经硫酸阳极氧化处理的试样，按照ASTM B117，盐雾箱温度为35℃，盐水浓度为5%，试片斜角6°，连续暴露时间为336小时，试片经耐蚀性试验后，其中的任一块试片上都不应有多于5个的腐蚀点或坑（最大的腐蚀点或坑的直径不得大于0.8mm），或在3块试片的总试验面积上不得多于9个腐蚀点或坑。
（2）膜重试验。
经硫酸阳极氧化处理的试样，按ASTM B137进行膜重试验时，膜重应至少为64.6mg/dm2。
（3）涂层结合力试验。
a.干划痕结合力。
硫酸阳极氧化处理的试样，均匀的涂敷一层无铬底漆并固化后，进行干划痕结合力试验时，可接受等级为10级，即无涂层脱落现象。
b.湿划痕结合力。
经硫酸阳极氧化处理的试样，均匀的涂敷一层无铬底漆并完全固化后，用浸饱去离子水的纱布浸润漆层表面24小时后进行湿划痕结合力试验时，可接受等级为10级，即无涂层脱落现象。
3 结果与讨论
由于每批铝锂合金材料的表面状况差异很大，因此选用3个不同批次的材料进行硫酸阳极氧化处理并对膜层进行相关的性能测试：
3.1 耐蚀性
每批材料选用每组5个试样进行耐蚀性试验，经过336小时盐雾试验后，每个试样上均未出现腐蚀现象，能满足硫酸阳极氧化耐蚀性的质量控制要求。
3.2 膜重
每批材料选用每组2个试样按ASTM B137进行膜重试验，试验结果如下：
由上表可见，经硫酸阳极氧化后的膜层膜重能满足质量控制要求。
3.3 涂层结合力
每批材料选用每组3个试样分别进行干划痕和湿划痕结合力试验，每个试片的涂层结合力（干划痕和湿划痕）均为10级，即无涂层脱落，均能满足硫酸阳极氧化的质量控制要求。
4 结语
综上所述，通过对三个批次的2A97铝锂合金硫酸阳极化处理后的膜层膜重、耐蚀性及涂层结合力的性能研究，明确表明2A97铝锂合金按上述工艺参数进行硫酸阳极化处理后的膜层耐蚀性能达到铝合金硫酸阳极化耐蚀性要求的336小时，膜重均高于铝合金硫酸阳极化膜重要求的不低于64.6mg/dm2，与涂层的干胶带划痕和湿胶带划痕结合力也良好，完全能满足设计的要求。目前，2A97铝锂合金硫酸阳极化工艺已成功的在试验件上进行了实际应用，各项性能指标均能满足质量要求。
摘要：按铝合金现有的硫酸阳极化工艺对2A97铝锂合金进行硫酸阳极氧化处理和涂漆，通过膜层的膜重、耐蚀性及涂层结合力等性能指标的测试进行2A97铝锂合金硫酸阳极化适用性的研究。
关键词：铝锂合金；硫酸阳极化；耐蚀性；涂层结合力
锂（Li）是元素周期表中最轻的金属元素，密度只有05340g/cm3。在铝合金中加入金属元素锂（Li），可在降低合金密度的同时提高合金的弹性模量。AlLi 合金具有密度低、比强度高、比刚度大以及良好的低温性能和耐腐蚀性能，因此在航空航天领域，逐渐使用越来越多的铝锂合金材料，以提高性能、增强耐腐蚀性，同时又大大的降低重量，被认为是21世纪航空航天工业最理想的轻质高强结构材料。
铝合金表面一般需要进行阳极氧化或化学氧化等表面处理工艺，以提高其表面的耐蚀性以及与涂层的结合力。目前，对铝锂合金表面处理工艺的应用研究范围仅限于进口的铝锂合金材料，但随着航空材料的日益国产化，必须开展国产铝锂合金材料的表面处理工艺技术研究，迅速掌握国产铝锂合金表面处理的应用技术，为航空零件的实际生产提供必要的技术支持。
本文主要是在硫酸溶液中对国产的2A97铝锂合金进行阳极氧化，通过考察2A97铝锂合金硫酸阳极化后的膜重、耐盐雾腐蚀性和干、湿胶带涂层结合力等性能参数，对2A97铝锂合金硫酸阳极化表面处理工艺进行适用性研究。
1 工艺
（1）工艺准备。
硫酸阳极氧化工艺选用的试验材料为国产的2A97铝锂合金，漆料采用无铬底漆。制作用于耐蚀性试验的试片，尺寸为：75*250*1.5mm；制作用于膜重试验的试片，尺寸为：75*75*1.5mm；制作用于涂层结合力试验的试片，尺寸为75*150*1.5mm。
（2）工艺流程。
溶剂清洗→碱清洗→温水洗→冷水洗→脱氧→冷水洗→碱腐蚀→温水洗→冷水洗→脱氧→冷水洗→硫酸阳极氧化→冷水洗→填充→干燥→检验→涂漆→固化→检验
（3）主要工艺程序。
由于2A97铝锂合金材料的表面状况不佳（氧化皮有时很厚），按一般要求经过脱氧处理后表面仍有少量的黑色氧化物，無法进行后续的阳极氧化处理，因此，经过多次试验后，在脱氧后增加了碱腐蚀工序，处理时间为0.5min～1min，试片经碱腐蚀出光处理后，表面的氧化皮能去除干净，可以达到水膜连续，从而确保了硫酸阳极氧化处理工艺的顺利进行。
c.硫酸阳极氧化处理。
在硫酸浓度为165g/L～200g/L的溶液中，采用纯铅板作为阴极，铝锂合金板材为阳极，采用20V～22V的恒压直流氧化电压，13℃～25℃的氧化温度，进行硫酸阳极氧化处理30min～40min。
d.填充。
经硫酸阳极氧化处理后的表面，膜层呈多孔状，在铬酸盐溶液中进行10min ～15min填充处理后，可以大大地提高基体的耐蚀性。
2 质量控制要求
（1）耐盐雾腐蚀性试验。
经硫酸阳极氧化处理的试样，按照ASTM B117，盐雾箱温度为35℃，盐水浓度为5%，试片斜角6°，连续暴露时间为336小时，试片经耐蚀性试验后，其中的任一块试片上都不应有多于5个的腐蚀点或坑（最大的腐蚀点或坑的直径不得大于0.8mm），或在3块试片的总试验面积上不得多于9个腐蚀点或坑。
（2）膜重试验。
经硫酸阳极氧化处理的试样，按ASTM B137进行膜重试验时，膜重应至少为64.6mg/dm2。
（3）涂层结合力试验。
a.干划痕结合力。
硫酸阳极氧化处理的试样，均匀的涂敷一层无铬底漆并固化后，进行干划痕结合力试验时，可接受等级为10级，即无涂层脱落现象。
b.湿划痕结合力。
经硫酸阳极氧化处理的试样，均匀的涂敷一层无铬底漆并完全固化后，用浸饱去离子水的纱布浸润漆层表面24小时后进行湿划痕结合力试验时，可接受等级为10级，即无涂层脱落现象。
3 结果与讨论
由于每批铝锂合金材料的表面状况差异很大，因此选用3个不同批次的材料进行硫酸阳极氧化处理并对膜层进行相关的性能测试：
3.1 耐蚀性
每批材料选用每组5个试样进行耐蚀性试验，经过336小时盐雾试验后，每个试样上均未出现腐蚀现象，能满足硫酸阳极氧化耐蚀性的质量控制要求。
3.2 膜重
每批材料选用每组2个试样按ASTM B137进行膜重试验，试验结果如下：
由上表可见，经硫酸阳极氧化后的膜层膜重能满足质量控制要求。
3.3 涂层结合力
每批材料选用每组3个试样分别进行干划痕和湿划痕结合力试验，每个试片的涂层结合力（干划痕和湿划痕）均为10级，即无涂层脱落，均能满足硫酸阳极氧化的质量控制要求。
4 结语
综上所述，通过对三个批次的2A97铝锂合金硫酸阳极化处理后的膜层膜重、耐蚀性及涂层结合力的性能研究，明确表明2A97铝锂合金按上述工艺参数进行硫酸阳极化处理后的膜层耐蚀性能达到铝合金硫酸阳极化耐蚀性要求的336小时，膜重均高于铝合金硫酸阳极化膜重要求的不低于64.6mg/dm2，与涂层的干胶带划痕和湿胶带划痕结合力也良好，完全能满足设计的要求。目前，2A97铝锂合金硫酸阳极化工艺已成功的在试验件上进行了实际应用，各项性能指标均能满足质量要求。