ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件的防腐研究

錢建國(guó)+郝延剛

摘要：針對(duì)ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件使用三、四年后出現(xiàn)部分油漆層有氣泡、剝落，鋁合金基材存在腐蝕的問(wèn)題，提出了在涂裝前對(duì)其采取Al/Et·A（S）20·Cs（硫酸陽(yáng)極氧化、鉻酸鹽封閉）的表面處理，以進(jìn)一步提高其抗腐蝕性能。鹽霧試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)Al/Et·A（S）20·Cs處理后的ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件的防腐蝕性能得到了顯著提高，說(shuō)明了這種處理技術(shù)可以應(yīng)用于ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件。

Abstract： After being used 3-4 years later， bubbles and flaking appeared on some of the paint layers of sand type aluminum alloy casting of ZL102 and ZL101A， and its aluminum alloy substrate is corroded. In this paper， the surface treatment of Al/Et·A（S）20·Cs before the coating is adopted to further improve the corrosion resistance of the sand type aluminum alloy casting of ZL102 and ZL101A. Sat sparay test results show that after Al/Et·A（S）20·Cs treatment， the anti-corrosion performance of sand type aluminum alloy casting is improved significantly， and this treatment technology can be applied in sand mold aluminum alloy castings of ZL102 and ZL101A.

關(guān)鍵詞：砂型鋁合金鑄件；硫酸陽(yáng)極氧化、鉻酸鹽封閉；防腐處理

Key words： sand type aluminum alloy casting；Al/Et·A（S）20·Cs；treatment of corrosion resistance

中圖分類號(hào)：TS914.1+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）32-0120-03

0 引言

一般電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教材和SJ20818-2002《電子設(shè)備的金屬鍍覆與化學(xué)處理》均明確表示，砂型或硬模法等鑄造的金屬零件的表面防腐處理，原則上不允許采用電鍍和化學(xué)處理。目前設(shè)計(jì)人員和工藝人員對(duì)砂型鋁合金鑄件一般采用噴砂、涂覆有機(jī)涂料的防腐工藝，很少在涂裝前進(jìn)行表面處理。某型船載電子設(shè)備結(jié)構(gòu)件為ZL101A T5 Ⅱ類砂型鋁合金鑄件，表面經(jīng)噴砂處理后涂覆氟碳漆，部分機(jī)加工裝配面不涂漆。但經(jīng)使用三四年后發(fā)現(xiàn)，部分油漆層有氣泡、剝落，鋁合金基材存在腐蝕現(xiàn)象，詳見(jiàn)圖1～圖4。

有機(jī)涂膜都是半滲透性物質(zhì)，腐蝕性物質(zhì)可不同程度地滲透進(jìn)去，特別是當(dāng)鋁合金基材表面無(wú)人工氧化膜時(shí)，腐蝕性物質(zhì)的滲入很快會(huì)使基材腐蝕。這種腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，陰極區(qū)的pH可超過(guò)12.5，而陽(yáng)極區(qū)的pH可降到1。在這種情況下，鋁合金基體和自然氧化膜都開(kāi)始溶解。有機(jī)涂膜下的鋁合金基體一經(jīng)腐蝕，有機(jī)涂膜與基體間結(jié)合力的喪失就遠(yuǎn)超過(guò)鋼鐵件。

有機(jī)涂膜下的基體腐蝕的特征是絲狀腐蝕。絲狀腐蝕的發(fā)生和發(fā)展很大程度上取決于涂裝前的表面處理和質(zhì)量，陽(yáng)極氧化膜對(duì)絲狀腐蝕有明顯抑制作用，且能提高有機(jī)涂膜的附著力。即使有機(jī)涂膜破損，陽(yáng)極氧化膜仍能起到防腐作用。

砂型鋁合金鑄件因鑄造工藝因素或多或少存在一些缺陷，防腐性能不如5000系鋁合金板料、棒料，5000系鋁合金板料、棒料的戶外結(jié)構(gòu)件涂裝前一般均進(jìn)行硫酸陽(yáng)極氧化、鉻酸鹽封閉處理〔Al/Et·A（S）20·Cs〕，因此對(duì)于ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件，應(yīng)該在涂裝前進(jìn)行相應(yīng)的表面處理。本文從理論和實(shí)際試驗(yàn)結(jié)論兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)明ZL102、ZL101AⅡ類砂型鋁合金鑄件在涂裝前通過(guò)Al/Et·A（S）20·Cs處理，顯著地提高鑄件的防腐蝕性能。

1 Ⅱ類ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件進(jìn)行硫酸陽(yáng)極氧化處理的理論

SJ20985-2008《軍用電子整機(jī)腐蝕防護(hù)工藝設(shè)計(jì)與控制指南》中“3.3.1.1鋁合金鑄造件的針孔級(jí)別與鍍覆性能”明確指出，對(duì)于砂型鑄造、特種鑄造（不含壓力鑄造）的鋁合金鑄造件，當(dāng)其內(nèi)部氣孔率不超過(guò)3級(jí)（3級(jí)、2級(jí)、1級(jí)）時(shí)，可以進(jìn)行化學(xué)導(dǎo)電氧化和硫酸陽(yáng)極氧化；質(zhì)量要求高者，應(yīng)當(dāng)選用針孔級(jí)別為1級(jí)、2級(jí)的鑄造鋁合金。

GB/T9438-2013《鋁合金鑄件》第4.5.9條明確指出，Ⅰ類或液壓、氣壓等鑄件的加工表面一般按JB/T7946.3的2級(jí)針孔驗(yàn)收，局部允許3級(jí)針孔，但一般不超過(guò)受檢面積的25%。當(dāng)氣密性試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，允許降一級(jí)驗(yàn)收。Ⅱ類鑄件按3級(jí)針孔驗(yàn)收。

因此，從理論上來(lái)說(shuō)，Ⅱ類砂型鋁合金鑄件是可以進(jìn)行硫酸陽(yáng)極氧化處理的。

SJ20985-2008《軍用電子整機(jī)腐蝕防護(hù)工藝設(shè)計(jì)與控制指南》中“3.3.1.2鋁合金鑄造件的化學(xué)成分與鍍覆性能”的c）明確指出，常用的ZL101、ZL106的Al-Si系鑄造鋁合金，它們的可電鍍性、化學(xué)氧化性能一般，而陽(yáng)極氧化性能、拋光性能和加工性能較差：這是因?yàn)樗鼈兊暮枇枯^高（ZL101含Si6.5%～7.5%，ZL106含Si7.5%～8.5%）所致。

ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件含Si量分別為10%～13%、6.5%～7.5%，其硫酸陽(yáng)極氧化性能較差。針對(duì)含Si量較高的鋁合金（尤其是鋁硅系鋁合金鑄件），在進(jìn)行硫酸陽(yáng)極氧化前應(yīng)經(jīng)過(guò)含有5%左右的氫氟酸的硝酸混合酸溶液浸蝕活化，才能有效地保持良好的活化表面，確保陽(yáng)極氧化膜質(zhì)量。經(jīng)硫酸陽(yáng)極氧化后，最終得到具有六角柱狀結(jié)構(gòu)的多孔陽(yáng)極氧化膜，陽(yáng)極氧化膜的這些孔眼非常小且數(shù)量又極多，一塊6.452cm2上的孔眼就達(dá)到五、六十億之多。硫酸陽(yáng)極氧化后，一般在高溫下采用重鉻酸鉀（K7Cr2O7）溶液對(duì)氧化后的陽(yáng)極氧化膜進(jìn)行封孔處理。K7Cr2O7在水溶液中以CrO42-和Cr2O72-兩種離子形式存在，在大于80℃的K7Cr2O7溶液中，CrO42-和Cr2O72-兩種離子與陽(yáng)極氧化膜微孔內(nèi)的氧化鋁（Al2O3）發(fā)生反應(yīng)，生成堿式鉻酸鋁〔Al（OH）CrO4〕和堿式重鉻酸鋁〔Al（OH）Cr2O7〕沉淀。這些沉淀物沉積在氧化膜的孔隙內(nèi)，達(dá)到了氧化膜封孔的目的。同時(shí)，當(dāng)封孔溶液的溫度大于80℃而接近沸點(diǎn)時(shí)，具有很高化學(xué)活性的非晶質(zhì)陽(yáng)極氧化膜與溶液中的水發(fā)生水化反應(yīng)，生成結(jié)晶陽(yáng)極氧化膜。被水化的結(jié)晶陽(yáng)極氧化膜由于體積膨脹而將氧化膜孔堵塞，也起到了封堵陽(yáng)極氧化膜孔隙的作用。因此，鉻酸鹽封閉處理能夠大幅度地提高硫酸陽(yáng)極氧化膜的防腐蝕性能。endprint

綜上所述，對(duì)ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件進(jìn)行Al/Et·A（S）20·Cs處理是完全可行的。

2 鹽霧試驗(yàn)

選取ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件試樣由南京海創(chuàng)表面處理技術(shù)有限公司進(jìn)行Al/Et·A（S）20·Cs處理，然后進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，試驗(yàn)詳細(xì)情況如下。

2.1 ZL102砂型鋁合金鑄件試樣的鹽霧試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)情況

ZL102砂型鋁合金鑄件試樣為Ⅲ類鑄件，兩個(gè)品種各兩件，外表面均進(jìn)行了機(jī)加工，針孔級(jí)別為3級(jí)以上。其中，兩件試樣未進(jìn)行表面處理；兩件試樣表面進(jìn)行了Al/Et·A（S）20·Cs處理，因Si含量太高，Al/Et·A（S）20·Cs處理后顏色仍為深灰色，略泛綠，外觀如圖5所示。

按照GJB150.11A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第11部分：鹽霧試驗(yàn)》對(duì)以上4件試樣進(jìn)行240h連續(xù)噴霧鹽霧試驗(yàn)（鹽溶液濃度為5%±1%，溫度35℃±2℃），試驗(yàn)后外觀如圖6所示。

鹽霧試驗(yàn)結(jié)束后，接著按照GJB150.9A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第9部分：濕熱試驗(yàn)》進(jìn)行10個(gè)循環(huán)周期的交變濕熱試驗(yàn)，試驗(yàn)后外觀如圖7、圖8所示。

兩件經(jīng)Al/Et·A（S）20·Cs處理過(guò)的ZL102鋁合金鑄件試樣未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象，兩件未經(jīng)表面處理的ZL102鋁合金鑄件試樣發(fā)現(xiàn)有明顯大面積腐蝕現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)ZL102鋁合金鑄件進(jìn)行Al/Et·A（S）20·Cs處理可以顯著地提高其防腐蝕性能。

2.2 ZL101A砂型鋁合金鑄件試樣鹽霧試驗(yàn)情況

兩件材質(zhì)ZL101A T5砂型鋁合金鑄件，Ⅱ類鑄件，表面針孔級(jí)別為3級(jí)以下。2015年8月28日進(jìn)行過(guò)Al/Et·A（S）20·Cs處理，部分表面進(jìn)行了油漆處理。近期按照GJB150.11A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第11部分：鹽霧試驗(yàn)》進(jìn)行了480h連續(xù)噴霧鹽霧試驗(yàn)（鹽溶液濃度為5%±1%，溫度35℃±2℃），試驗(yàn)后整體外觀如圖9所示，兩件試樣未經(jīng)油漆處理的部位均未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，如圖10所示。

而其中1件局部油漆層有少量氣泡，挑破氣泡檢查，鋁件基體未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象，詳見(jiàn)圖11。另1件油漆層表面有幾個(gè)棕紅色點(diǎn)，詳見(jiàn)圖12。因條件限制，未能采用掃描電鏡和能譜儀來(lái)分析棕紅色點(diǎn)產(chǎn)生的原因。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)ZL102、ZL101A砂型鋁合金鑄件進(jìn)行Al/Et·A（S）20·Cs處理，可以顯著地提高砂型鋁合金鑄件的防腐蝕性能，降低電子設(shè)備的全壽命周期費(fèi)用，具有成本低的優(yōu)點(diǎn)，極具推廣應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)然，隨著表面處理技術(shù)的發(fā)展，微弧氧化處理技術(shù)方興未艾，雖然目前成本較高，但其防腐性能更優(yōu)越。

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