王云飞，李旭勇，吴筱兰，魏 娜，刘诗超

(1.洪都航空工业集团有限责任公司，江西南昌 330024;2.海军驻南昌地区航空军事代表室，江西南昌 330024)

引 言

铝-锂合金是一种低密度、耐蚀性好的轻质金属，具有高弹性模量、高比强度和高比刚度等优点，用其取代常规铝合金(如2219、2024、7075)能使构件的质量减少10%～15%，刚度提高15% ～ 20%［1］。

我国航空企业大量使用铝-锂合金，为提高其防护性能，其表面处理方法常采用的是铬酸阳极氧化［2］，在材料表面形成一层氧化膜，提高材料表面的耐蚀性和与漆膜的结合力。但目前市场上的铝-锂合金，两面的表面状态不一样，一面色泽光滑，即亚光面，另一面色泽较为深暗，即亚面，两面在同等工艺条件下进行铬酸阳极氧化，获取氧化膜光泽度有所不同。为研究两面是否均能作为加工零件的工作面，观察了材料的亚光面和亚面获取氧化膜的形貌，测试了亚光面和亚面氧化膜的耐蚀性、膜厚及与漆膜的结合力，进一步探索材料的表面状态对阳极氧化膜层性能的影响，为后期生产提供指导。

1 实验

1.1 基材

实验所选用的材料为2060-T8E30，其成分见表1。测试漆膜结合力试样尺寸为75 mm×150 mm×3 mm，测试电化学参数试样尺寸为10 mm×10 mm×3 mm。

表1 铝-锂合金材料化学成分

1.2 工艺流程

试件丙酮擦洗→碱性清洗剂除油(t为15min)→水洗［θ为(59±1)℃］→去离子水漂洗→脱氧［7.5% ～ 10.6%HNO3，22.6 ～ 26.2g/L Cr(Ⅳ)，16ml/L HF，室温，t为5～20min］→冷水洗→去离子水漂洗→铬酸阳极化(U为20～24V，t为55～60min)→冷水洗→去离子水漂洗→封闭(θ为88～93℃，t为23～28min)→去离子水漂洗→干燥。

1.3 铬酸阳极氧化工艺配方

阳极氧化电解液组成为:

30.5～52.0g/L游离铬酸，θ为32～38℃，U 为20～24V，t为55～60min。

阴极采用铅板，Ak∶Aa=1∶3，槽液采用空气搅拌，夹具材料为纯铝丝。

1.4 性能表征

1)利用Quanta2000型扫描显微镜观察基材及膜层的表面形貌，利用金相显微镜观察亚光面和亚面的形貌。

2)利用TT260薄膜测厚仪测试膜层的厚度。

3)采用CHI660C电化学工作站测试极化曲线。采用三电极体系，将试样作为工作电极(10mm×10mm)，饱和甘汞电极作为参比电极，铂金电极作为辅助电极，以3.5%NaCl溶液作为电化学反应池溶液，扫描速率为1mV/s，测试的结果利用相应的计算机软件，计算自腐蚀电位φcorr和自腐蚀电流密度Jcorr。

4)按照ASTM D3359-1997漆膜附着力测试方法进行漆膜结合力测试。

2 结果与讨论

2.1 表面形貌

2.1.1 基材清洗后形貌

为了探讨铝-锂合金材料亚光面和亚面的异同，本实验首先分别对试件的光、亚面进行除油，清洗干净后，采用扫描电镜观察其表面形貌，结果如图1所示。

图1 材料清洗后的表面形貌照片

由图1可知，铝-锂合金材料亚光面光滑平整，有微细横向划痕，可能是材料成型后经过了机械抛光所致，而亚表面有塑变裂纹，所以用肉眼观察亚光面有一定的光泽度，而亚面表面粗糙，颜色发暗，表面氧化膜厚于亚光面。

2.1.2 基材脱氧后形貌

铝-锂合金材料脱氧处理后表面形貌见图2。从图2可以看出，试件光亚面经过脱氧后，表面自然氧化物有效地进行了脱出，表面仍然光滑平整，而亚面变得较粗糙，主要是其表面自然氧化膜较厚所致，这对后续阳极氧化膜的形貌结构有影响。

图2 材料脱氧后的表面形貌照片(400×)

2.1.3 基材氧化膜形貌

铝-锂合金材料的试件亚光面、亚面经过相同条件的前处理、阳极氧化和后处理所得氧化膜形貌如图3所示。

图3 氧化膜表面形貌照片

从图3可知，铝-锂合金材料亚光面经过铬酸阳极氧化，获取的氧化膜层表面光滑平整，膜层致密;而亚面获取的膜层为网纹状。为了进一步探讨膜层的不同，对两者截面形貌进行了观察。

氧化膜的截面形貌如图4所示。由图4可以看到，尽管亚光面和亚面获得的氧化膜表面形貌不同，但两者氧化膜截面的形貌类似，阳极氧化膜层与基材的结合紧密，没有穿透氧化膜层的裂纹产生。

图4 氧化膜的截面形貌照片

2.2 氧化膜厚度

利用TT260涡流测厚仪，测试铝-锂合金试样亚光面、亚面的氧化膜厚度，结果如表2所示。

表2 铝-锂合金试样两面的膜厚(μm)

由表2可知，铝-锂合金试样光亚面、亚面在同等工艺条件下获取的氧化膜厚度接近，均在3～5μm内。另外，从图4的氧化膜截面图也可以看出，试样两面氧化膜的厚度也接近。

2.3 漆膜的结合力

按照ASTM D3359-1997漆膜附着力(划格法)测试方法，对铝-锂合金试样亚光面和亚面的漆膜结合力进行测试。测试结果表明，亚光面、亚面获取的铬酸阳极氧化膜与漆膜的结合力较好，刻线周围涂层均没有起皮和脱落，两面与漆膜的结合力均符合技术要求。

2.4 耐蚀性

利用电化学工作站测试了铝-锂合金试样不同表面状态下的阳极氧化膜的极化曲线，结果如图5，电化学参数见表3所示。

图5 氧化膜的极化曲线

表3 不同表面状态氧化膜的电化学参数

从图5和表3可以得出，铝-锂合金试样亚光面与亚面的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度接近，说明2060-T8E30铝-锂合金亚光面、亚面获取的铬酸阳极氧化膜的耐蚀性接近。

3 结论

1)铝-锂合金试样亚光面较为平整，亚面有塑变裂纹，脱氧后亚光面仍比亚面平整。

2)铝-锂合金试样亚光面获取的氧化膜光滑平整，亚面获取氧化膜为网纹状，但试样两面氧化膜的截面形貌无差别，无穿透氧化膜层的裂纹。

3)铝-锂合金试样亚光面、亚面获取的氧化膜与漆膜均具有良好的结合力，且耐蚀性接近。

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