一種飛機用鋁合金表面清洗組合物的檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種飛機用鋁合金表面清洗組合物的適用性的檢測方法，包括：外觀檢測、對鋁合金表面處理工藝耐腐蝕性能影響檢測、晶間腐蝕檢測、去除速率檢測和去氧化皮能力檢測和受鋁離子影響檢測。本發(fā)明的目的在于通過以上檢測可以保證所采用的清洗組合物不對飛機安全性構(gòu)成影響，同時能夠滿足后續(xù)工藝的需要。
【專利說明】一種飛機用鋁合金表面清洗組合物的檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛機鋁合金的表面處理工藝。具體地，本發(fā)明涉及用于飛機鋁合金表 面處理前的表面清洗組合物的檢測方法，以保證清洗組合物的適用性。

【背景技術(shù)】
[0002] 飛機所用的鋁合金在使用前必須經(jīng)過表面準(zhǔn)備，表面準(zhǔn)備過程是對鋁合金表面進 行適當(dāng)?shù)母g或轉(zhuǎn)化處理，然后進行表面的陽極氧化或化學(xué)氧化，以達到提高抗腐蝕能力 和提高與涂層結(jié)合力的目的，因此保證前處理工藝配方經(jīng)過合理、正確的認證十分重要。國 內(nèi)外對六價鉻重污染產(chǎn)業(yè)進行日益嚴格的禁止和限制。航空業(yè)雖然為特殊行業(yè)，以安全性 能為第一位，含鉻表面處理和前處理工藝仍在大量采用。但是目前這一狀況已經(jīng)有了明顯 的改變，波音公司于2011年開始通知其供應(yīng)商取消含鉻的表面處理工藝，空中客車公司也 要求其供應(yīng)商在2013年開始禁止使用含鉻工藝。由此對涉及表面處理的工藝將產(chǎn)生巨大 影響，尤其是大量含鉻工藝配方的認證將是首先要解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于大量代鉻（不含鉻）的飛機用鋁合金表面清洗組合物適用性的不確定性，迫 切需要一種檢測方法來確定所述組合物的適用性，即同時保證飛機的安全性以及效率和成 本問題。
[0004] 為此本發(fā)明建立了適用于飛機用鋁合金表面處理工藝清洗組合物的檢測方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種飛機用鋁合金腐蝕清洗組合物的檢測方法，在確保飛機 安全性的同時保證生產(chǎn)中的效率和成本問題。
[0006] 在飛機鋁合金零部件的生產(chǎn)中，所有零件必須進行表面處理以提高飛機的耐腐蝕 性能，而表面處理之前必須進行表面清洗，表面清洗決定了表面處理的質(zhì)量。
[0007] 常用的鋁合金表面清洗工藝為含有六價鉻的清洗組合物，此類組合物既能夠保證 后續(xù)表面處理工藝的耐腐蝕性能，同時又能夠滿足生產(chǎn)效率的要求。但是隨著環(huán)保、排放要 求的日益提高，新型的表面清洗組合物越來越多的被開發(fā)出來，由此鋁合金表面清洗組合 物的檢測成為關(guān)鍵。
[0008] 本發(fā)明為了解決這個問題，提出了飛機用鋁合金表面清洗組合物的檢測方法，通 過多種檢測步驟和要求，來確保清洗組合物的可靠性和生產(chǎn)效率。
[0009] 因此，本發(fā)明的一個方面是提供一種飛機用鋁合金表面清洗組合物的適用性的檢 測方法，包括：
[0010] 外觀檢測、對鋁合金表面處理工藝耐腐蝕性能影響檢測、晶間腐蝕檢測、去除速率 檢測和去氧化皮能力檢測和受鋁離子影響檢測。
[0011] 如本發(fā)明所定義，術(shù)語"外觀檢測"是指通過目視方法檢查經(jīng)過清洗的表面狀態(tài)， 用于確定表面經(jīng)過清洗后是否能達到水膜連續(xù)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式，外觀檢測包括將鋁合金試板置于清洗組合物 的最低配制濃度中1-10分鐘時，外觀能夠達到水膜連續(xù)。
[0013] 如本發(fā)明所定義，術(shù)語"清洗組合物"是指能通過腐蝕來清洗去除鋁合金表面氧化 物、或去除一定厚度鋁合金的溶液，一般由酸性物質(zhì)溶解于水制備。
[0014] 如本發(fā)明所定義，術(shù)語"最低配制濃度"是指待測試清洗組合物用于鋁合金清洗時 規(guī)定的名義最低濃度。
[0015] 如本發(fā)明所定義，術(shù)語"水膜連續(xù)"是指在38°C (100° F)以下，用清潔水噴洗或 漂洗之后，憎水表面能維持連續(xù)水膜至少30秒不破裂。
[0016] 如本發(fā)明所定義，術(shù)語"對鋁合金表面處理工藝耐腐蝕性能影響檢測"是指將經(jīng)過 清洗組合物清洗的鋁合金板經(jīng)過鋁合金化學(xué)氧化處理后，放置于一定的腐蝕環(huán)境中，測試 其耐腐蝕性能是否能夠達到標(biāo)準(zhǔn)。
[0017] 所述腐蝕環(huán)境名義溫度35°C，通過沉降5± 1 %重量百分比的氯化鈉溶液霧形成 腐蝕條件，名義鹽霧沉降量為：每80平方厘米（12. 4平方英寸）的水平收集面，以平均運行 時間至少16小時應(yīng)能保證收集到1. 0-2. 0亳升溶液。
[0018] 耐腐蝕標(biāo)準(zhǔn)為：完成試驗規(guī)定小時后，用肉眼或沒有放大的目視校正鏡檢查：在 每580平方厘米面積試片（3片）上，孤立腐蝕斑點或腐蝕坑的數(shù)目不應(yīng)超過9個，任一直 徑均不大于0. 8mm(0. 032in)。在任意一個試片上，孤立腐蝕斑點或腐蝕坑的數(shù)目不應(yīng)超過 5個，任一直徑均不大于0. 8mm(0. 032in)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式，對鋁合金表面處理工藝耐腐蝕性能影響檢測 包括將鋁合金試板置于清洗組合物中至能夠達到水膜連續(xù)，并將試板按鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜處 理，然后按照ASTM Bl 17進行鹽霧試驗，單塊試板上腐蝕點數(shù)量不超過3個。
[0020] 如本發(fā)明所定義，術(shù)語"鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜"是指將鉻酸鹽與磷酸通過溶解的方法制備 成一定濃度的溶液，通過鉻酸鹽的強氧化性，在鋁板表面形成一層致密的氧化膜，此氧化膜 有一定的防腐蝕性能。
[0021] 鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜處理的具體步驟：
[0022] (1)將鋁合金試板清洗干凈至表面水膜連續(xù)；
[0023] (2)將鋁合金試板放入鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜溶液中1-5分鐘，使鋁合金試板表面氧化，生 成一層黃色或彩色的氧化膜，此膜層即為鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜。
[0024] ASTM Bl 17鹽霧試驗的具體步驟：
[0025] (1)按照ASTM B117對鹽霧試驗設(shè)備的要求調(diào)整鹽霧箱試驗參數(shù)，主要包括如下 內(nèi)容：
[0026] 將5±1 %重量百分比的氯化鈉溶解在95份滿足D 1193中IV型水質(zhì)要求的蒸餾 水中，制得鹽溶液（本方法對氯與鈉的限制可忽略）。
[0027] 溫度-鹽霧箱鹽霧暴露區(qū)的溫度應(yīng)保持在35+1. 1-1. 7°C。
[0028] 霧化和霧量-噴霧量的控制標(biāo)準(zhǔn)是：每80平方厘米（12. 4平方英寸）的水平收集 面，以平均運行時間至少16小時應(yīng)能保證收集到1. 0-2. 0毫升溶液。
[0029] 噴嘴的噴射方向或折流方向應(yīng)能保證鹽霧不會直接沖擊試驗試樣。
[0030] (2)將經(jīng)過鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜處理的試板放入鹽霧試驗箱內(nèi)，時間為168小時。
[0031] (3)到達168小時后，將試板取出，觀察試板表面。
[0032] 如本發(fā)明所定義，術(shù)語"晶間腐蝕檢測"是指用金相法測試鋁合金晶間腐蝕和點 蝕。測試方法如下：
[0033] (1)按照取橫截面試樣并按附圖1所示鑲嵌。
[0034] 按下列步驟以100倍或更大倍數(shù)在晶粒末端和晶粒邊界上檢查A面的晶粒末端點 蝕和晶間腐蝕：
[0035] 1.細看A面的整個界面并測定這一范圍內(nèi)最深的蝕坑。
[0036] 2.在顯微鏡或顯示屏上選取用于評估的點蝕區(qū)域。
[0037] 3.用附圖2所示的適用要求測量晶間腐蝕和晶粒末端點蝕。附圖2中D為晶粒末 端點蝕的深度。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式，晶間腐蝕檢測中，采用如下方法檢測時，無晶 間腐蝕發(fā)生，同時晶粒末端點蝕不超過25微米：
[0039] a)取一塊不小于50mmX50mmX3mm的7075-T76511鋁合金，將垂直晶粒方向的一 個截面通過打磨、拋光的方法，使該截面的表面粗糙度優(yōu)于0. 8 μ m ;
[0040] b)將試板直接放入清洗組合物中30分鐘；
[0041] c)將試板鑲嵌，檢查所述截面最深的蝕坑作為晶粒末端點蝕有效值；
[0042] d)檢查晶間腐蝕。
[0043] 如本發(fā)明所定義，術(shù)語"晶粒末端點蝕"是指在金相顯微鏡下觀測到的寬深比小于 6的坑狀缺陷，一般用一定范圍內(nèi)的滿足條件的缺陷的深度來表示。
[0044] 如本發(fā)明所定義，術(shù)語"去除速率檢測"是指腐蝕速率定義為每分鐘腐蝕去除的深 度，用毫米/小時/面表示。按適用性由下列方法來確定腐蝕速率：
[0045] 制備一個IOOmmX IOOmm的條狀試板，該試板應(yīng)有足夠的厚度。垂直地將試板浸入 化銑溶液里一定時間。厚度損失除以時間，再除以2就是腐蝕速率。去除速率不低于5微 米/小時。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式，去除速率檢測包括將待清洗的鋁合金浸入清 洗組合物的最低配制濃度中，去除5 μ m，所用的時間不超過60min。
[0047] 如本發(fā)明所定義，術(shù)語"去氧化皮能力檢測"是指清洗組合物在規(guī)定的最低濃度下 對鋁合金的清洗能力測定，以達到水膜連續(xù)作為去氧化皮能力達到要求的標(biāo)準(zhǔn)。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式，去氧化皮能力檢測包括將經(jīng)過晶間腐蝕檢測 的試樣，放入清洗組合物的最低配制濃度溶液中優(yōu)選20分鐘，外觀能夠達到水膜連續(xù)。 [0049] 如本發(fā)明所定義，術(shù)語"受鋁離子影響檢測"是指人工制備清洗組合物使得其中的 鋁離子含量為l〇g/L，檢測清洗組合物此種狀態(tài)下，外觀檢測、對鋁合金表面處理工藝耐腐 蝕性能影響、晶間腐蝕、去除速率和去氧化皮能力是否能夠達到要求。換言之，是指清洗組 合物中鋁離子含量達到l〇g/L的時候，清洗組合物是否仍具有正常的清洗能力和效果。
[0050] 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式，受鋁離子含量影響檢測中，當(dāng)清洗組合物的 最低配制濃度溶液中含有的鋁離子（以Al 3+計）濃度為10g/L時，重新進行外觀檢測、對鋁 合金表面處理工藝耐腐蝕性能影響檢測、晶間腐蝕檢測、去除速率檢測和去氧化皮能力檢 測。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式，所述清洗組合物可以選自三價鉻溶液或混合 酸溶液。所述三價鉻溶液可以由三價鉻鹽溶液、硝酸和氫氟酸混合制備，其中三價鉻濃度范 圍：19-26g/L(以Cr 3+計），硝酸濃度范圍：40-90g/L(以圓03計），以及氫氟酸濃度范圍： 0.6-3. lg/L(以HF計）；所述混合酸溶液可以是鉻酸和硫酸的混合溶液，其中鉻酸濃度范 圍：45-55g/L(以 CrO3 計），硫酸濃度范圍：250-300g/L(以 H2SO4 計）。
[0052] 經(jīng)本發(fā)明方法檢測合格的清洗組合物應(yīng)該使得飛機用鋁合金表面的外觀能夠達 到水膜連續(xù)、經(jīng)鉻酸鹽處理后耐腐蝕試驗不低于ASTM B 117鹽霧試驗168小時，晶間腐蝕 低于5微米、晶粒末端腐蝕不高于25微米、去除速率不低于5微米/小時、可去除鋁合金經(jīng) 鉻酸鹽處理的表面氧化膜、允許鋁離子含量的濃度達到l〇g/L。
[0053] 本發(fā)明建立的飛機用鋁合金腐蝕清洗組合物的檢測方法能夠在確保飛機安全性 的同時保證生產(chǎn)中的效率和成本問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0054] 圖1是晶粒末端腐蝕和晶間腐蝕試樣的制樣圖。制樣方法如下：
[0055] a)取一塊不小于50mmX50mmX3mm的7075-T76511鋁合金，將垂直晶粒方向的一 個截面通過打磨、拋光的方法，使該截面的表面粗糙度優(yōu)于0. 8 μ m ;
[0056] b)將試板直接放入清洗組合物中30分鐘；
[0057] c)將試板鑲嵌。
[0058] 圖2是檢查末端晶粒點蝕和晶間腐蝕的示意圖，其中W為金相顯微鏡下坑狀腐蝕 的寬度，D為坑狀腐蝕的深度。
[0059] 圖3為實施例1中步驟1)中去氧化皮后采用化學(xué)轉(zhuǎn)化膜工藝：清洗組合物 A(左）、清洗組合物B(右）。
[0060] 圖4為實施例1中步驟3)中晶粒末端點蝕：清洗組合物A(右）、清洗組合物 B(左）。

【具體實施方式】
[0061] 實施例1以甲公司清洗組合物A(24. 3g/L三價鉻鹽溶液、45. 5g/L硝酸和I. 6g/L 氫氟酸的混合溶液）和乙公司清洗組合物B (47. 4g/L鉻酸和286. 5g/L硫酸的混合溶液） 的檢測程序為例：按組合物A占體積比19%用去離子水配制清洗組合物A溶液；按組合物 B占體積比22%用去離子水配制清洗組合物B溶液。
[0062] 1)外觀檢測
[0063] 配制清洗組合物A和清洗組合物B的去氧化皮溶液，將2024-T3非包鋁試板放入 溶液中分別去氧化皮5分鐘、10分鐘、30分鐘、60分鐘，將試板取出，用水沖洗，驗證水膜，均 發(fā)現(xiàn)表面水膜連續(xù)可以維持30秒以上。
[0064] 2)耐腐蝕性能影響檢測
[0065] 將2024-T3非包鋁試板分別放入清洗組合物A和清洗組合物B的溶液中分別去氧 化皮20分鐘，然后鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜加工，然后按照ASTM Bl 17要求執(zhí)行鹽霧試驗168小時試 驗。試驗結(jié)果如圖3所示，試驗后表面仍為彩虹色，表面無肉眼可見的腐蝕點，表明采用此 工藝的清洗溶液，對轉(zhuǎn)化膜本身的防腐蝕性能沒有明顯影響。
[0066] 3)晶間腐蝕檢測
[0067] 取一塊不小于25mmX25mmX3mm或更厚的7075-T6511鋁合金，如圖1所示，將垂 直晶粒方向的一個截面A通過打磨、拋光的方法，使A面的表面粗糙度優(yōu)于0. 8 μ m。
[0068] 將試板直接放入去氧化皮溶液中，銑切時間定位30分鐘。
[0069] 將試板按圖1所示切取至少5mm后鑲嵌，檢查A面最深的蝕坑（圖2)為晶粒末端 點蝕有效值。
[0070] 按圖2中所示檢查晶間腐蝕。
[0071] 實驗結(jié)果如圖4所示，兩個晶間腐蝕分別為清洗組合物A為20微米，清洗組合物 B為10微米，兩種配方基本沒有發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕。其中組合物B晶間腐蝕中僅在如圖所示的 位置發(fā)現(xiàn)有晶粒末端點蝕，其它位置未發(fā)現(xiàn)晶粒末端點蝕。
[0072] 4)去除速率檢測
[0073] a)清洗組合物B 50°C下的腐蝕速率研究。
[0074] 將試板依次放入2L配制好的溶液中，清洗約15分鐘，得到了如下表1所示的數(shù) 據(jù)。由表1可知，腐蝕速率變化不大，基本控制在5-7微米/面/小時左右。
[0075] 表I :50°C時清洗組合物B的腐蝕速率
[0076]

【權(quán)利要求】
1. 一種飛機用鋁合金表面清洗組合物的適用性的檢測方法，包括： 外觀檢測、對鋁合金表面處理工藝耐腐蝕性能影響檢測、晶間腐蝕檢測、去除速率檢測 和去氧化皮能力檢測和受鋁離子影響檢測。
2. 如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，外觀檢測包括將鋁合金試板置于清洗 組合物的最低配制濃度中1-10分鐘時，外觀能夠達到水膜連續(xù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于， 對鋁合金表面處理工藝耐腐蝕性能影響檢測包括將鋁合金試板置于清洗組合物中至 能夠達到水膜連續(xù)，并將試板按鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜處理，然后按照ASTM B117進行鹽霧試驗，單 塊試板上腐蝕點數(shù)量不超過3個。
4. 如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，晶間腐蝕檢測中，采用如下方法檢測 時，無晶間腐蝕發(fā)生，同時晶粒末端點蝕不超過25微米： a) 取一塊不小于50mmX50mmX3mm的7075-T76511鋁合金，將垂直晶粒方向的一個截 面通過打磨、拋光的方法，使該截面的表面粗糙度優(yōu)于0. 8 y m ; b) 將試板直接放入清洗組合物中30分鐘； c) 將試板鑲嵌，檢查所述截面最深的蝕坑作為晶粒末端點蝕有效值； d) 檢查晶間腐蝕。
5. 如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，去除速率檢測包括將待清洗的鋁合金 浸入清洗組合物的最低配制濃度中，去除5 y m，所用的時間不超過60min。
6. 如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，去氧化皮能力檢測包括將經(jīng)過晶間腐 蝕檢測的試樣，放入清洗組合物的最低配制濃度溶液中，外觀能夠達到水膜連續(xù)。
7. 如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于， 受鋁離子含量影響檢測中，當(dāng)清洗組合物的最低配制濃度溶液中含有的鋁離子（以 Al3+計）濃度為10g/L時，重新進行外觀檢測、對鋁合金表面處理工藝耐腐蝕性能影響檢測、 晶間腐蝕檢測、去除速率檢測和去氧化皮能力檢測。
8. 如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述清洗組合物選自三價鉻混合溶液 或混合酸溶液。
9. 如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述三價鉻溶液由三價鉻鹽溶液、硝酸 和氫氟酸混合制備，其中三價鉻濃度范圍：19_26g/L(以Cr3+計），硝酸濃度范圍：40-90g/ L (以HN03計），以及氫氟酸濃度范圍：0. 6-3. lg/L (以HF計）。
10. 如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述混合酸溶液為鉻酸和硫酸的混合 溶液，其中鉻酸濃度范圍：45-55g/L(以〇03計），硫酸濃度范圍：250-300g/L(以H2SOJf)。
【文檔編號】C23C22/73GK104372358SQ201410605431
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】陳潔, 宋袁曾, 余飛龍, 毛景, 吳宏亮, 莊淼, 邱太文 申請人:上海飛機制造有限公司, 中國商用飛機有限責(zé)任公司