【摘 要】本文擬對(duì)鋁合金蒙皮鋸齒形淺臺(tái)階結(jié)構(gòu)化銑加工液中的添加劑進(jìn)行研究，研究出一種適合鋁合金精密化學(xué)銑切的復(fù)合添加劑，以提高其加工性能。研究結(jié)果表明，硫脲和LN可以配置為鋁合金化銑加工液中的復(fù)合添加劑HR901，其化銑適宜的濃度范圍為0.2-0.6g/L。隨著復(fù)合添加劑HR901濃度的增加，化銑表面粗糙度降低，試樣基體與化銑區(qū)域的圓弧過(guò)渡區(qū)域細(xì)膩光滑。

【關(guān)鍵詞】鋁合金 化學(xué)銑切 添加劑 表面粗糙度

一、引言

鋁合金化學(xué)銑切（簡(jiǎn)稱“化銑”）是飛機(jī)制造和武器裝備研制中的一種重要的、不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一?；娂庸V泛應(yīng)用于加工薄壁、厚壁零件，以加工形狀復(fù)雜及曲線準(zhǔn)確的零部組件，化銑同樣可減小組件如機(jī)翼等的質(zhì)量 [1，2]。目前，鋁合金化學(xué)銑切工藝在精度上尚達(dá)不到更高的技術(shù)要求，本文擬在鋁合金蒙皮鋸齒形淺臺(tái)階結(jié)構(gòu)化銑加工中化學(xué)銑切液的添加劑進(jìn)行研究，研究出一種適合鋁合金高精密化銑的復(fù)合添加劑，以提高其加工精度。

二、實(shí)驗(yàn)

（一）試片

采用航空用2024（Al-Cu-Mg）鋁合金。試樣主要成分如表1所示。

試樣規(guī)格： 40 mm×30 mm×3.0 mm。

（二）工藝流程

試片打磨→冷水洗→化學(xué)除油→熱水洗→冷水洗→堿蝕→熱水洗→脫氧處理→熱水洗→吹干→涂膠→干燥固化→刻型→測(cè)量→裝掛→化銑加工→熱水洗→冷水洗→脫氧處理→冷水洗→吹干→測(cè)量→除保護(hù)膠。

化學(xué)除油工藝參數(shù)為，NaOH 60～80 g/L，Na2CO3 20～40 g/L，Na3PO4 20～40 g/L，Na2SiO3 3～10 g/L，溫度 70～90 ℃，時(shí)間除盡為止[3] 。堿蝕工藝參數(shù)為，NaOH 120～150 g/L，溫度 80～90 ℃，時(shí)間6～8 s。脫氧工藝參數(shù)為，HNO3 8～10%，CrO3 45～60g/L，HF 1～2%，表面潔凈為止。化銑加工時(shí)將化銑件垂直吊掛在裝有化銑槽液的燒杯中，采用恒溫水浴鍋加熱，化銑槽液配方和工藝參數(shù)如下[4]：NaOH 120～180g/L，TEA（三乙醇胺）40～60g/L，Na2S 15～30g/L，Al3+ 5～80g/L，溫度 90～100℃。

（三）性能測(cè)試

1.化學(xué)銑切加工速度

鋁合金化學(xué)銑切加工速度影響加工效率，化學(xué)銑切加工深度與時(shí)間在理論上成正比[5]。采用螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)量化銑深度，秒表計(jì)時(shí)。

2.表面粗糙度

一般是由所采取的加工方法或其他因素形成的。表面粗糙度是衡量化銑性能高低的重要指標(biāo)之一，要求化銑表面粗糙度Ra≤1.6μm。

3.浸蝕比

鋁合金化銑過(guò)程中，要求浸蝕比在一個(gè)比較穩(wěn)定的小范圍之內(nèi)，以便刻型時(shí)模具的制作。浸蝕比是化銑件的橫向腐蝕長(zhǎng)度與縱向腐蝕長(zhǎng)度（即腐蝕深度）之比，分別采用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)量[6]。

4.加工精度

加工精度是影響化銑性能的重要指標(biāo)，指理論化銑深度與實(shí)際化銑深度之間的偏差。

三、結(jié)果與討論

（一）復(fù)合添加劑的選擇

堿蝕添加劑主要是對(duì)鋁合金表面起到整平和緩蝕作用，還具有抑垢效能。堿蝕添加劑必須保證表面均勻腐蝕。在化銑液中加入添加劑，可是鋁合金表面達(dá)到外觀要求，同時(shí)其成分中絡(luò)合劑的作用，與Al3+形成絡(luò)合物。根據(jù)粘膜理論，在金屬表面凸峰處，腐蝕產(chǎn)物容易移去，腐蝕速度快，而在凹處，腐蝕產(chǎn)物Al3+等不易遷移，粘度較大，腐蝕速度降低。這種凸凹處腐蝕速度的不平衡，從而達(dá)到整平的目的。

鋁合金化學(xué)銑切是在高溫、濃堿的環(huán)境中進(jìn)行的，因此選擇添加劑的原則是必須能在高溫（95℃或更高）、強(qiáng)堿的環(huán)境中存在不易分解，且必須保證試樣在化銑后浸蝕比在一定的公差范圍內(nèi)。

現(xiàn)有市場(chǎng)上鋁合金化銑中使用的添加劑是一種混合物，其中有些成分是有對(duì)化銑有用，而很多成分沒(méi)用甚至有害。一旦市售產(chǎn)品改型，會(huì)影響到實(shí)際生產(chǎn)，因此，我們要選擇成分可知可以直接購(gòu)買的化工原料為添加劑。對(duì)市售添加劑成分初步分析，其有用的成分主要是表面活性劑。表面活性劑主要分離子型表面活性劑以及非離子型表面活性劑，而離子型又分陰離子型、陽(yáng)離子型和兩型離子型三種。

本文在并參考國(guó)外化銑的專利及相關(guān)資料，對(duì)添加劑進(jìn)行篩選和比較，分析添加劑在提高表面質(zhì)量和加工精度等方面的影響，確定適合鋁合金的精密化銑加工的復(fù)合型添加劑。驗(yàn)中可選用的表面活性劑主要有乙醇、乳化硅油、十二烷基硫酸鈉，硫脲、羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，也可是羥基、酰胺基、醚鍵等。

由表2可以看出，四種添加劑的化銑速度和浸蝕比相當(dāng)，但添加劑LN的粗糙度最低，十二烷基硫酸鈉濁點(diǎn)低，易受高溫分解，在鋁合金化銑液中不穩(wěn)定。硫脲和添加劑LN均有良好的水溶性、化銑后圓弧過(guò)渡區(qū)均較光滑、浸蝕比相當(dāng)、粗糙度相對(duì)較低。所以選擇LN和硫脲為適宜的添加劑進(jìn)行配置復(fù)合添加劑。

（二）復(fù)合添加劑的范圍控制

（a）無(wú)添加劑；（b）HR901 0.2g/L；（c）HR901 0.4g/L ；（d）HR901 0.6g/L；（e） HR901 0.8g/L

從表3可以看出，添加劑HR901的濃度變化對(duì)化銑速度的影響很小，均在42.0 μm/min左右。無(wú)添加劑HR901化銑時(shí)，粗糙度相對(duì)有時(shí)很大為0.8 μm，且加工精度偏差大，為0.015μm。但隨著添加劑HR901的濃度由0.2 g/L增加至0.8 g/L時(shí)，粗糙度變化很小，呈逐漸下降趨勢(shì)，當(dāng)添加劑的濃度大于0.8g/L時(shí)，在升溫通空氣攪拌時(shí)產(chǎn)生的泡沫很多，不利于清洗，因此，在化銑液中復(fù)合添加劑HR901的濃度以0.2-0.6g/L為宜。

從圖1可以看出， 圖1（a）為鋁合金在未加添加劑在槽液中化銑深度1.0mm時(shí)的表面，其表面粗糙出現(xiàn)波痕，且A與B之間的過(guò)渡區(qū)域不光滑平整（其中A為化銑區(qū)域，B為基體）。圖1（b）、1（c）、1（d）的化銑表面平整細(xì)膩，過(guò)渡區(qū)域較光滑平整。圖1（e）的化銑表面也比較粗糙。過(guò)渡區(qū)域也不夠光滑平整。因此，鋁合金的化銑加工隨LN濃度的增加表面粗糙度下降，復(fù)合添加劑HR901可以降低表面粗糙度，且使試樣基體與化銑區(qū)域的圓弧過(guò)渡區(qū)光滑，使輪廓線平整。添加劑的加入，可以使過(guò)渡區(qū)域的膠層與基體縫隙間的沉淀附著物易脫落，減小電偶作用，從而使波痕不存在，過(guò)渡區(qū)域光滑。

由以上分析可知，復(fù)合添加劑添加劑HR901可以使化銑時(shí)附著在化銑面的沉淀較容易脫落，減小電偶腐蝕作用，從而降低表面粗糙度，使圓弧過(guò)渡區(qū)光滑。

四、結(jié)束語(yǔ)

（一）硫脲和LN為鋁合金化銑中適宜作為配置復(fù)合型添加劑HR901，其濃度控制范圍為0.2-0.6g/L。

（二）復(fù)合添加劑HR901對(duì)化銑化銑性能影響很大，能降低化銑表面粗糙度，可以使試樣基體與化銑區(qū)域的圓弧過(guò)渡區(qū)域光滑、細(xì)膩。

參考文獻(xiàn)：

[1] Dini，J.W.， Fundamental of chemical milling[J].American Machinist，1984： 13-128

[2] McCallion，H.，High production chemical milling[J].prod.Eng， 1987：66

[3] 于芝蘭.鋁合金腐蝕加工的現(xiàn)代技術(shù)[J].輕合金加工技術(shù)，1994，22（12）：27-31

[4] 中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司.HB/Z 5125-2008，鋁合金在堿性溶液中化學(xué)銑切工藝.北京：中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所出版，2008

[5] Muller H.The chemical millinging of etc materials[J].ASTM.ET Technical paper，1987，2：486.

[6] 王立娟，孫珍珠.機(jī)械加工中的化學(xué)銑切[J].黑龍江科技信息，2003，8：27.

作者簡(jiǎn)介：

尚佳陽(yáng)（1992.3），男，漢族，江西豐城人，南昌航空大學(xué)材料學(xué)院，本科在校生，金屬材料工程專業(yè)腐蝕與防護(hù)方向。

陳瑋 、王強(qiáng) （ 南昌航空大學(xué)材料學(xué)院 本科在校生）

劉剛 南昌航空大學(xué)材料學(xué)院