黃千里,楊　鵬,劉　濤,桓延昌,張忠志,鄧忠民,奕文波

(1.湖南華南光電(集團(tuán))有限責(zé)任公司，湖南 常德　415000；　2.武漢軍代局駐常德地區(qū)軍代室，湖南 常德　415000；　3.沈陽(yáng)興華航空電器有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng)　110000)

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AZ91D鎂合金氧化噴塑工藝在光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡產(chǎn)品中的應(yīng)用

黃千里1,楊鵬1,劉濤2,桓延昌3,張忠志1,鄧忠民1,奕文波1

(1.湖南華南光電(集團(tuán))有限責(zé)任公司，湖南 常德415000；2.武漢軍代局駐常德地區(qū)軍代室，湖南 常德415000；3.沈陽(yáng)興華航空電器有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng)110000)

摘要：為解決AZ91D鎂合金材料在光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡產(chǎn)品中消光和防腐的要求，采用化學(xué)氧化方法以達(dá)到產(chǎn)品光學(xué)系統(tǒng)中的消光和基本防腐蝕作用。在原有氧化工藝的基礎(chǔ)上，在產(chǎn)品光學(xué)的外露部位采用噴塑處理，提高了產(chǎn)品的耐磨、防腐及整體外觀均勻一致性。確保瞄準(zhǔn)鏡產(chǎn)品的光學(xué)性能及防腐性能達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞:AZ91D鎂合金；化學(xué)氧化；著黑色；噴塑；消光；防腐蝕

引言

鎂合金已成為繼鐵、鋁之后的第三大金屬工程材料，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”，它又是最輕和最易加工的結(jié)構(gòu)金屬，具有比強(qiáng)度和比剛度高等優(yōu)點(diǎn)，減輕金屬結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量[1]。隨著鎂合金的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用其表面裝飾性功能也是必須考慮的因素，作為制造光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡產(chǎn)品的鎂合金材料，必須滿足消光和防腐蝕的基本要求[2-4]。

本公司產(chǎn)品中使用的AZ91D型鎂合金材料，存在這兩大難點(diǎn)需要解決：一是在AZ91D鎂合金化學(xué)氧化加工過(guò)程中，按照原工藝進(jìn)行化學(xué)氧化后，產(chǎn)品外觀呈紅棕色，由于產(chǎn)品應(yīng)用在光學(xué)儀器內(nèi)部，紅棕色會(huì)產(chǎn)生雜散光，影響光路的光學(xué)性能。經(jīng)技術(shù)分析，這是由于材料成分的不同使得原鎂合金氧化工藝不能滿足新材料功能性要求。結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備和生產(chǎn)條件，進(jìn)行工藝優(yōu)化(通過(guò)增加發(fā)黑劑的濃度和添加劑)來(lái)解決AZ91D鎂合金材料氧化發(fā)黑的色澤問(wèn)題，從根本上解決光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡光學(xué)成像的技術(shù)指標(biāo)。二是在產(chǎn)品裝配過(guò)程中的碰傷及產(chǎn)品在交付用戶使用過(guò)程中的劃傷在所難免，這些劃傷或者碰傷處由于沒(méi)有氧化層的防護(hù)，腐蝕速度很快，已經(jīng)成為鎂合金表面處理的瓶頸問(wèn)題，必須盡快加以解決。為此采用涂層防腐及外觀改善可作為解決的有效方法。其中噴塑是一種重要的工藝手段，它具有操作簡(jiǎn)單、膜層均勻，硬度較高和耐蝕性較好等優(yōu)點(diǎn)。

1實(shí)驗(yàn)與工藝處理技術(shù)

1.1試樣

AZ91D鎂合金試樣規(guī)格為50mm×30mm×1.5mm。

AZ91D鎂合金材料元素組成(%)為：8.5%～9.5%Al，0.45%～0.90%Zn，0.17%～0.40%Mn，≤0.25%Si，≤0.025%Cu，≤0.001%Ni，≤0.004%Fe，其余為Mg。

1.2化學(xué)氧化工藝流程

鎂合金試樣化學(xué)氧化-噴塑工藝流程為：

上掛具→超聲波除油→水洗→噴砂→水洗→化學(xué)氧化→水洗→填充→熱水洗→干燥→化學(xué)氧化檢驗(yàn)→噴塑→交檢。

1)超聲波除油。40mL/L超聲波清洗劑，pH為8～9，θ為50～60℃，T為2～5min。

2)原化學(xué)氧化溶液配方和操作條件：30～60g/L Na2Cr2O7·2H2O,30～50g/L(NH4)2SO4，9～13g/L MnSO4，10～15g/L MgSO4，θ為80～110℃,pH為4～5，T為1～20min。

3)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)篩選，優(yōu)化后化學(xué)氧化溶液的配方及操作條件：25～35g/L K2Cr2O7，10～15g/L MgSO4·7H2O，15～18g/L MnSO4，15～20g/L添加劑，θ為95～105℃，pH為4～5,T為5～15min[5]。

化學(xué)氧化溫度宜采用上限，膜層質(zhì)量較好，氧化T為8～12min。

4)氧化液成分的作用

a.重鉻酸鹽。為氧化液中成膜的主鹽。其含量過(guò)高，膜層脆性增加；含量過(guò)低，成膜速度慢，膜層薄、膜層耐蝕性差[6]。

b.硫酸錳。氧化液中Mn2+的濃度對(duì)膜層顏色和粗糙度有影響。Mn2+濃度過(guò)高，膜層顏色加深，膜層粗糙，易成粉末狀；濃度低膜層薄，顏色淺。

c.添加劑。添加劑主要由金屬鹽混合組成。添加劑基本不參加化學(xué)反應(yīng)，氧化液中加入添加劑可使鎂合金基體表面活性提高，促進(jìn)成膜。

5)填充處理。40～50g/L K2Cr2O7溶液，θ為90～98℃，T為15～20min。[7]

6)噴塑處理。采用環(huán)氧樹(shù)脂粉末涂料，高溫固化θ為185℃，保溫15min。

1.3測(cè)試分析

1)光學(xué)指標(biāo)檢測(cè)。光學(xué)零部件可見(jiàn)光光譜反射率≤2%。

2)環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)。按照GJB 150A-2009標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鎂合金膜層進(jìn)行點(diǎn)滴試驗(yàn)、耐高溫儲(chǔ)存、耐低溫儲(chǔ)存、耐濕熱、淋雨、沖擊、振動(dòng)及鹽霧試驗(yàn)。試驗(yàn)條件分別如下：

a.點(diǎn)滴試驗(yàn)溶液成分0.05g高錳酸鉀、5mL硝酸和95mL蒸餾水。

b.耐高溫儲(chǔ)存試驗(yàn) θ為(70±2)℃，恒溫24h。

c.耐低溫儲(chǔ)存試驗(yàn) θ為(-55±2)℃，恒溫24h。

d.耐濕熱試驗(yàn) θ為(40±1)℃，濕度(95%±3%)，T為48h。

e.淋雨試驗(yàn)放置于專(zhuān)用噴頭下淋雨T為15min，雨滴直徑0.5～4.5mm，落高1m。

f.模擬沖擊試驗(yàn)，將產(chǎn)品或試樣安裝在專(zhuān)用沖擊臺(tái)上，經(jīng)受沖擊加速度150～180g,頻率7Hz,沖擊20s。

g.振動(dòng)掃頻方式為5Hz-55Hz-5Hz對(duì)數(shù)掃描一次；掃頻方向?yàn)榇怪陛S方向、橫向軸方向和縱向軸方向；每個(gè)方向振動(dòng)5min。

h.鹽霧試驗(yàn)將試樣放入鹽霧試驗(yàn)箱進(jìn)行24h噴霧、24h干燥兩種狀態(tài)交替共96h的中性鹽霧試驗(yàn)。目視觀察膜層無(wú)起泡、脫落以及腐蝕等現(xiàn)象。

2優(yōu)化工藝后處理效果

2.1光學(xué)指標(biāo)

AZ91D鎂合金試件經(jīng)優(yōu)化后氧化工藝的化學(xué)氧化-噴塑處理后，使用VU3600可見(jiàn)光光譜反射儀檢測(cè)膜層可見(jiàn)光反射率，結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

圖1　鎂合金化學(xué)氧化膜層可見(jiàn)光反射率

圖2　鎂合金化學(xué)氧化-噴塑膜層可見(jiàn)光反射率

由圖1和圖2可見(jiàn)，AZ91D鎂合金試樣經(jīng)優(yōu)化后黑色氧化工藝處理的氧化膜層可見(jiàn)光反射率0.186<2，可滿足光學(xué)零件內(nèi)部消光的指標(biāo)要求；優(yōu)化后黑色化學(xué)氧化-噴塑膜層可見(jiàn)光反射率0.537<2，也可滿足產(chǎn)品光學(xué)性能指標(biāo)要求。

2.2鎂合金氧化膜的耐蝕及防護(hù)性能

點(diǎn)滴試驗(yàn)檢測(cè)鎂合金氧化膜耐蝕性，在θ為20℃下，氧化膜層顏色2min內(nèi)未發(fā)生變化，符合要求。

膜層經(jīng)過(guò)24h高溫、24h低溫、48h濕熱以及淋雨、沖擊、振動(dòng)和96h鹽霧試驗(yàn)后，膜層表面均未出現(xiàn)腐蝕斑點(diǎn)，涂層表面未出現(xiàn)起泡、開(kāi)裂等現(xiàn)象，鎂合金氧化膜未出現(xiàn)腐蝕、起粉現(xiàn)象。表明噴塑層對(duì)氧化層進(jìn)行了有效地覆蓋，且與底材有較好的結(jié)合力，鎂合金氧化膜層的抗環(huán)境腐蝕性能較強(qiáng)。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)零件外表面增加噴砂處理工序，產(chǎn)品整體外觀顏色均勻一致，降低了光學(xué)件可見(jiàn)光的反射率，提高了噴塑涂層與底材的結(jié)合力；通過(guò)對(duì)化學(xué)氧化工藝的優(yōu)化，達(dá)到AZ91D鎂合金氧化發(fā)黑膜層的可見(jiàn)光反射率技術(shù)要求，解決了鎂合金零件消光難題；再經(jīng)基體化學(xué)氧化后采用噴塑工藝，解決了產(chǎn)品外觀色澤一致性和產(chǎn)品耐蝕性難題；經(jīng)過(guò)多批量產(chǎn)品部件加工實(shí)踐，證明該工藝方案工藝穩(wěn)定，光學(xué)指標(biāo)和耐環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，并可以推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]錢(qián)建剛，李荻，郭寶蘭.環(huán)保型鎂合金陽(yáng)極氧化工藝研究[J].航空材料學(xué)報(bào)，2013，(ZL)：109-112.

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[3]朱祖芳.鎂合金部件(制品)的表面處理保護(hù)盒裝飾工藝[J].材料保護(hù)，2000,14(6):4-5.

[4]金杰,吳繼文,李歡,等.鎂合金微弧氧化棕黑色膜的制備及性能研究[J].材料保護(hù),2015,(09)：165-166.

[5]許振明,徐孝勉.鋁和鎂的表面處理[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2005:111-115.

[6]李佳柱,侯富興.電鍍工(中級(jí))[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008：284-285.

[7]劉鵬飛.電鍍工實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2004：784-787.

Application of AZ91D Magnesium Alloy Anodizing and Powder Coating Processes in Optical Sighting Telescope Products

HUANG Qianli1,YANG Peng1,LIU Tao2,HUAN Yanchang3,

ZHANG Zhongzhi1,DENG Zhongmin1,YI Wenbo1

(1.Hunan Huanan Opto-electronic (Group) Co.,Ltd，Changde 415000,China;2.Military Representative Office of Wuhan Military Representative Bureau in Changde Region,Changde 415000,China;3.Shenyang Xinhua Aviation Appliances Co.,Ltd,Shenyang 110000,China)

Abstract:In order to meet the extinction and anti-corrosion requirments of magnesium alloy AZ91D material used in optical sighting telescope products,chemical oxidation method was adopted to achieve the extinction and basic anti-corrosion functions of the products.On the basis of the original oxidation process. powder coating process was applied on the exposed area of the products to improve its wear resistance，anti-corrosion functions and overall uniform consistency in appearance.Thus，the optical properties and anti-corrosion performances of the optical sighting telescope products could be guaranteed to meet the relative technical standard requirements.

Keyword:magnesium alloy AZ91D；chemical oxidation；blackening；powder coating process；extinction；anti-corrosion

doi：10.3969/j.issn.1001-3849.2016.05.007

收稿日期：2015-12-02修回日期：2016-02-01

中圖分類(lèi)號(hào)：TG174.451

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B