一種鋁合金化銑溶液及其銑切方法

2023-07-08 11:39:01 1

專利名稱：一種鋁合金化銑溶液及其銑切方法
技術領域：
本發明屬於金屬加工領域，更加具體的說，涉及一種新的鋁合金化銑溶液和銑切工藝，主要用於對硬鋁和超硬鋁合金的化學銑切加工處理。
背景技術：
化學銑切是指將金屬材料要加工的部位浸入到適當的化學介質(溶液)中，由於工件表面與化學溶液間發生腐蝕反應，使材料不斷地被溶解去除，從而獲得零件所需的形狀和尺寸。由於化學銑切是一種無刀具、無切屑、無應力和無工件之間協調問題的特種加工工藝，可加工特薄、易變形、大面積的零件，並能減輕結構重量，減少工藝裝備，縮短生產周期。因此化學銑切的應用範圍越來越廣泛，已成為製造飛機、宇宙飛船、火箭結構的低溫貯箱與電子計算機大規模集成電路元件處理中不可替代的方法。
在航空與航天工業零件的成形過程中，鋁合金構件(如飛機蒙皮、貯箱等)的化學銑切，已經成為比傳統機械加工方法優越得多的可靠加工方法。鋁合金的化學銑切效果(化銑速率、表面粗糙度、浸蝕比等)，不僅與除油、出光、塗覆保護層等前處理過程有關，更重要的是與化銑溶液的組成和工藝控制密不可分。鋁合金的化銑溶液，大致可分為酸性體系和鹼性體系兩大類。鋁合金的酸性化銑溶液，常由1.25m0l/LFeCl3([l]易慧芝，鄧飛躍，張忠亭，2197鋁鋰合金化學銑切工藝研究，表面技術，2010，39 (4) :73-75 ；Cakir O, Chemical etching of aluminum, Journal of Materials ProcessingTechnology, 2008,199(1-3) :337-340)或 FeCl3+HCl+HN03+CuS04 體系([3] Lada H, Park L,Fishter R E，Method and composition for removing alumunide coatings from nickelsuperallloys,US PatentNo. 4339282，1981)組成。雖然酸性體系的化銑溫度較低(20-50°C或60-70°C )，但化銑後鋁合金的表面質量較差(表面粗糙度Ra約為7 10 μ m)。鋁合金的鹼性化銑溶液，常由NaOH和溶解Al組成；此外，還可添加Na2S、三乙醇胺(TEA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、NaN03> Na2CO3^乙二醇或丙三醇、及少許緩蝕劑或其他添加劑等。如易慧芝、李博、尹茂生、毛大恆、林翠等分別採用Na0H+Na2S+TEA+溶解Al體系對2197、5A90、LY12鋁合金進行了化學銑切，並優化了溶液配比和銑切溫度([I]易慧芝，鄧飛躍，張忠亭，2197鋁鋰合金化學銑切工藝研究，表面技術，2010，39 (4) :73-75; [4]李博，一種鋁鋰合金化銑溶液，中國專利201110341285.1 ； [5]尹茂生，廖廣其，文慶傑，程紅霞，鋁合金筒段化學銑切工藝研究，材料保護，2005，38 (8) 24-25 ； [6]毛大恆，韓德夫，周亞軍，張燦，2197鋁鋰合金的化學銑切工藝，機械工程材料，2011，35 (5) :77-79 ; [7]林翠，蔡劍，曾豐光，黃茜，杜楠，趙晴，LY12鋁合金化銑工藝及加工質量影響因素，失效分析與預防，2010，5 (I) 8-16)。在此基礎上，謝春英和尹茂生還添加少許的HX緩蝕劑和添加劑來改善化銑後鋁合金表面的粗糙度和均勻性([8]謝春英，劉敏，朱凱，文慶傑，鋁合金化學銑切疲勞性能，腐蝕與防護，2008，29(4) =185-188 ； [9]尹茂生，廖廣其，蔣洪俊，鋁合金化學銑切常見故障淺析，塗裝與電鍍，2008，(8) :47-49)。此外，易慧芝和Gross則分別採用Na0H+Na2S+ 溶解 Al+EDTA+Na2C03、Na0H+NaN03+ 乙二醇或丙三醇體系對 2197、2219 鋁合金進行了化學銑切([I]易慧芝，鄧飛躍，張忠亭，2197鋁鋰合金化學銑切工藝研究，表面技術，2010,39(4) :73-75 ； [10]Gross D ff,Chemical milling process and etchants therefor,US PatentNo. 4588474，1984)。利用以上的鹼性化銑溶液雖然能對各種鋁合金進行銑切加工處理，但存在化銑溫度較高(75-110°C )、化銑速率範圍大(0. 010-0. 070mm/min)、表面粗糙度差別較大(Ra =
0.8 4. O μ m)等問題,尤其是當化統深度超過5_後材料表面的粗糙度明顯增大。隨著航空工業的發展，對鋁合金零 件化銑工藝條件和表面質量的精度控制要求越來越高和苛刻，因此需要對鋁合金化銑溶液組成和銑切工藝等進行優化組合、精確控制，以使鋁合金的化銑過程具有化銑速度大、表面粗糙度小、工藝控制簡單的特點，從而保證化銑零件的質量和生產交付工期。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，通過化銑溶液的組成與配比的組合設計，使鋁合金的化銑過程具有化銑速度高、表面粗糙度小的特點，且擁有工藝參數控制方便、簡單的優勢，並適用於對硬鋁和超硬鋁合金的化銑技術要求，以保證化銑鋁合金的高質量和工藝控制。本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現一種鋁合金化銑溶液，各個組分如下140-200g/L Na0H、6_30g/L Na2S、25_50g/LTEA、10-30g/L EDTA、10_40g/L Na2S2O3 · 5H20、10_40g/L Al，溶劑為水；在製備時在化銑槽中先加入1/3體積的水，在攪拌條件下依次加入NaOH、Na2S, EDTA，然後再加入事先用水溶解的Na2S2O3 · 5H20、TEA及純鋁，補足剩餘的水，並充分攪拌。在使用上述溶液進行銑切應用，具體工藝如下加熱化銑溶液至75-95 °C，然後將經過200#-2000#水砂紙逐次研磨、清潔處理、化學除油(在70°C的10g/L Na0H+30g/L Na2SiO3 · 9H20+664洗滌劑體系中清洗2min,該體系為水溶液體系)、流動水洗、出光(在室溫、300g/L硝酸水溶液中浸泡5min)、流動水洗、60-80°C熱風乾燥等前處理後的硬鋁或超硬鋁試件放入到溶液中，在50-200rpm的溶液攪拌速度下進行銑切處理。達到化銑深度或浸蝕一定時間後，取出試件並進行出光(在室溫、300g/L硝酸水溶液中浸泡5min)、流動水洗、熱風乾燥等處理。本發明的技術方案，首先是利用適量的分析純Na0H、Na2S、三乙醇胺(TEA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、Na2S2O3、工業純Al和去離子水配製出化銑溶液；然後將經過前處理的硬鋁或超硬鋁合金放入到溶液中，在適當的溫度、攪拌速度下進行銑切處理；達到化銑深度後、取出試件，檢驗化銑後鋁合金表面的粗糙度並計算化銑速度。利用遊標卡尺或精度為萬分之一的天平測量化銑前後試件的厚度和重量，計算化銑速度。同時，通過表面粗糙度測量儀測定化銑後鋁合金的表面粗糙度。本發明的有益效果在於，設計出的化銑溶液不僅適用於硬鋁和超硬鋁合金的銑切加工，而且具有化銑速度高、表面粗糙度小、工藝參數控制方便的優勢。具體實驗數據如下(I)化銑速度高利用發明的化銑溶液對2219、LY12、2195、7075、7A60等鋁合金進行了銑切處理；經計算化銑溶液對鋁合金的化銑速度為0. 030-0. 060mm/min間變化。5mm的化銑深度，大約需要1. 5 3. O小時。
(2)表面粗糙度小利用發明的化銑溶液對2219、LY12、2195、7075、7A60等鋁合金進行了銑切處理；經表面粗糙度測量，化銑深度達5mm時鋁合金的表面粗糙度Ra在O. 8 2. Oym間變化，符合化銑零件的精度要求。
具體實施例方式下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術方案實施方案一(I)按照配製溶液的體積及 180g/L Na0H、20g/L Na2S、40g/LTEA、10g/L EDTA、20g/LNa2S2O3 *5H20,30g/L Al的量稱取溶液各組分；在化銑槽中先加入1/3體積的水，在攪拌條件下依次加入NaOH、Na2S, EDTA，然後再加入事先用水溶解的Na2S2O3 · 5H20、TEA及純鋁，補足剩餘的水，並充分攪拌。 (2)加熱化銑溶液至85 °C，然後將經過200#-2000#水砂紙逐次研磨、清潔處理、化學除油(在70°C的10g/L Na0H+30g/LNa2Si03 · 9H20+664洗滌劑體系中清洗2min)、流動水洗、出光(在室溫、300g/L硝酸溶液中浸泡5min)、流動水洗、60_80°C熱風乾燥等前處理後的2219鋁合金放入到溶液中，在IOOrpm的溶液攪拌速度下進行銑切處理。達到化銑深度或浸蝕一定時間後，取出試件並進行出光(在室溫、300g/L硝酸溶液中浸泡5min)、流動水洗、熱風乾燥等處理。(3)經檢驗，2219鋁合金的化銑速度為O. 050mm/min ;化銑深度達5mm時鋁合金的表面粗糙度Ra為O. 9 μ m。實驗方案二(I)按照配製溶液的體積及 160g/L NaOHU5g/L Na2S、30g/LTEA、20g/L EDTA、15g/LNa2S2O3 *5H20,40g/L Al的量稱取溶液各組分；在化銑槽中先加入1/3體積的水，在攪拌條件下依次加入NaOH、Na2S, EDTA，然後再加入事先用水溶解的Na2S2O3 · 5H20、TEA及純鋁，補足剩餘的水，並充分攪拌。(2)加熱化銑溶液至90°C，然後將經過200#-2000#水砂紙逐次研磨、清潔處理、化學除油(在70°C的10g/L Na0H+30g/LNa2Si03 · 9H20+664洗滌劑體系中清洗2min)、流動水洗、出光(在室溫、300g/L硝酸溶液中浸泡5min)、流動水洗、60_80°C熱風乾燥等前處理後的LY12鋁合金放入到溶液中，在50rpm的溶液攪拌速度下進行銑切處理。達到化銑深度或浸蝕一定時間後，取出試件並進行出光(在室溫、300g/L硝酸溶液中浸泡5min)、流動水洗、熱風乾燥等處理。(3)經檢驗，LY12鋁合金的化銑速度為0. 040mm/min ;化銑深度達5mm時鋁合金的表面粗糙度Ra為1.2 μ m。實驗方案三(I)按照配製溶液的體積及 200g/L Na0H、30g/L Na2S、50g/LTEA、25g/L EDTA、30g/LNa2S2O3 *5H20,20g/L Al的量稱取溶液各組分；在化銑槽中先加入1/3體積的水，在攪拌條件下依次加入NaOH、Na2S, EDTA，然後再加入事先用水溶解的Na2S2O3 · 5H20、TEA及純鋁，補足剩餘的水，並充分攪拌。(2)加熱化銑溶液至95 °C，然後將經過200#-2000#水砂紙逐次研磨、清潔處理、化學除油(在70°C的10g/L Na0H+30g/LNa2Si03 · 9H20+664洗滌劑體系中清洗2min)、流動水洗、出光(在室溫、300g/L硝酸溶液中浸泡5min)、流動水洗、60_80°C熱風乾燥等前處理後的2195鋁合金放入到溶液中，在150rpm的溶液攪拌速度下進行銑切處理。達到化銑深度或浸蝕一定時間後，取出試件並進行出光(在室溫、300g/L硝酸溶液中浸泡5min)、流動水洗、熱風乾燥等處理。(3)經檢驗，2195鋁合金的化銑速度為O. 060mm/min ;化銑深度達5_時鋁合金的表面粗糙度Ra為1.6 μ m。實驗方案四(I)按照配製溶液的體積及 140g/L NaOHUOg/L Na2S、35g/LTEA、18g/L EDTA、25g/LNa2S2O3 *5H20,25g/L Al的量稱取溶液各組分；在 化銑槽中先加入1/3體積的水，在攪拌條件下依次加入NaOH、Na2S, EDTA，然後再加入事先用水溶解的Na2S2O3 · 5H20、TEA及純鋁，補足剩餘的水，並充分攪拌。(2)加熱化銑溶液至80°C，然後將經過200#-2000#水砂紙逐次研磨、清潔處理、化學除油(在70°C的10g/L Na0H+30g/LNa2Si03 · 9H20+664洗滌劑體系中清洗2min)、流動水洗、出光(在室溫、300g/L硝酸溶液中浸泡5min)、流動水洗、60_80°C熱風乾燥等前處理後的7075鋁合金放入到溶液中，在120rpm的溶液攪拌速度下進行銑切處理。達到化銑深度或浸蝕一定時間後，取出試件並進行出光(在室溫、300g/L硝酸溶液中浸泡5min)、流動水洗、熱風乾燥等處理。(3)經檢驗，7075鋁合金的化銑速度為O. 045mm/min ;化銑深度達5mm時鋁合金的表面粗糙度Ra為1.3 μ m。實驗方案五(I)按照配製溶液的體積及 150g/L Na0H、20g/L Na2S、45g/LTEA、15g/L EDTA、20g/LNa2S2O3 *5H20,30g/L Al的量稱取溶液各組分；在化銑槽中先加入1/3體積的水，在攪拌條件下依次加入NaOH、Na2S, EDTA，然後再加入事先用水溶解的Na2S2O3 · 5H20、TEA及純鋁，補足剩餘的水，並充分攪拌。(2)加熱化銑溶液至75 °C，然後將經過200#-2000#水砂紙逐次研磨、清潔處理、化學除油(在70°C的10g/L Na0H+30g/LNa2Si03 · 9H20+664洗滌劑體系中清洗2min)、流動水洗、出光(在室溫、300g/L硝酸溶液中浸泡5min)、流動水洗、60_80°C熱風乾燥等前處理後的7A60鋁合金放入到溶液中，在80rpm的溶液攪拌速度下進行銑切處理。達到化銑深度或浸蝕一定時間後，取出試件並進行出光(在室溫、300g/L硝酸溶液中浸泡5min)、流動水洗、熱風乾燥等處理。(3)經檢驗，7A60鋁合金的化銑速度為0. 035mm/min ;化銑深度達5mm時鋁合金的表面粗糙度Ra為1.1 μ m。以上對本發明做了示例性的描述，應該說明的是，在不脫離本發明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術人員能夠不花費創造性勞動的等同替換均落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種鋁合金化銑溶液，其特徵在於，各個組分如下140-200g/L Na0H、6-30g/LNa2S、25-50g/LTEA、10-30g/L EDTA、10_40g/L Na2S2O3 5H20、10_40g/L Al，溶劑為水。
2.一種製備如權利要求1所述的鋁合金化銑溶液的方法，其特徵在於，在製備時在化銑槽中先加入1/3體積的水，在攪拌條件下依次加入NaOH、Na2S, EDTA，然後再加入事先用水溶解的Na2S2O3 5H20、TEA及純鋁，補足剩餘的水，並充分攪拌。
3.一種利用如權利要求1所述的鋁合金化銑溶液進行化銑的方法，其特徵在於，按照下述步驟進行 步驟1，將試樣進行前處理，依次進行200#-2000#水砂紙逐次研磨、清潔處理、化學除油即在70°C的10g/L Na0H+30g/L Na2SiO3 9H20+664洗滌劑的水溶液體系中清洗2min、流動水洗、出光即在室溫20-25攝氏度300g/L硝酸水溶液中浸泡5min、流動水洗、60-80°C熱風乾燥； 步驟2，加熱鋁合金化銑溶液至75-95°C，將經過步驟I處理的試樣放入溶液中，在50-200rpm的溶液攪拌速度下進行銑切處理； 步驟3，在達到化銑深度後，取出試樣並進行出光即在室溫20-25攝氏度300g/L硝酸水溶液中浸泡5min、流動水洗、60-80 V熱風乾燥的後續處理。
4.根據權利要求3所述的一種利用如權利要求1所述的鋁合金化銑溶液進行化銑的方法，其特徵在於，所述試樣為硬鋁或超硬鋁試件。
5.根據權利要求3所述的一種利用如權利要求1所述的鋁合金化銑溶液進行化銑的方法，其特徵在於，所述試樣為2219、LY12、2195、7075、7A60鋁合金。
6.根據權利要求5所述的一種利用如權利要求1所述的鋁合金化銑溶液進行化銑的方法，其特徵在於，化銑溶液對鋁合金的化銑速度為0. 030-0. 060mm/min,達到5mm的化銑深度，需要1. 5 3. 0小時，鋁合金的表面粗糙度Ra在0. 8 2. 0 ii m間變化，符合化銑零件的精度要求。
全文摘要
本發明公開了一種鋁合金化銑溶液及其銑切方法，首先是利用適量的分析純NaOH、Na2S、三乙醇胺、乙二胺四乙酸、Na2S2O3、工業純Al和去離子水配製出化銑溶液；然後將經過前處理的硬鋁或超硬鋁合金放入到溶液中，在適當的溫度、攪拌速度下進行銑切處理；達到化銑深度後、取出試件，檢驗化銑後鋁合金表面的粗糙度並計算化銑速度。本發明的技術方案設計出的化銑溶液不僅適用於硬鋁和超硬鋁合金的銑切加工，而且具有化銑速度高、表面粗糙度小、工藝參數控制方便的優勢。
文檔編號C23F1/04GK103014711SQ20121053493
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者王吉會, 李娜, 李秋實 申請人:天津大學