ZL102、ZL101A砂型铝合金铸件的防腐研究

钱建国+郝延刚

摘要：针对ZL102、ZL101A砂型铝合金铸件使用三、四年后出现部分油漆层有气泡、剥落，铝合金基材存在腐蚀的问题，提出了在涂装前对其采取Al/Et·A（S）20·Cs（硫酸阳极氧化、铬酸盐封闭）的表面处理，以进一步提高其抗腐蚀性能。盐雾试验结果表明，经Al/Et·A（S）20·Cs处理后的ZL102、ZL101A砂型铝合金铸件的防腐蚀性能得到了显著提高，说明了这种处理技术可以应用于ZL102、ZL101A砂型铝合金铸件。

Abstract： After being used 3-4 years later， bubbles and flaking appeared on some of the paint layers of sand type aluminum alloy casting of ZL102 and ZL101A， and its aluminum alloy substrate is corroded. In this paper， the surface treatment of Al/Et·A（S）20·Cs before the coating is adopted to further improve the corrosion resistance of the sand type aluminum alloy casting of ZL102 and ZL101A. Sat sparay test results show that after Al/Et·A（S）20·Cs treatment， the anti-corrosion performance of sand type aluminum alloy casting is improved significantly， and this treatment technology can be applied in sand mold aluminum alloy castings of ZL102 and ZL101A.

关键词：砂型铝合金铸件；硫酸阳极氧化、铬酸盐封闭；防腐处理

Key words： sand type aluminum alloy casting；Al/Et·A（S）20·Cs；treatment of corrosion resistance

中图分类号：TS914.1+3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）32-0120-03

0 引言

一般电子设备结构设计教材和SJ20818-2002《电子设备的金属镀覆与化学处理》均明确表示，砂型或硬模法等铸造的金属零件的表面防腐处理，原则上不允许采用电镀和化学处理。目前设计人员和工艺人员对砂型铝合金铸件一般采用喷砂、涂覆有机涂料的防腐工艺，很少在涂装前进行表面处理。某型船载电子设备结构件为ZL101A T5 Ⅱ类砂型铝合金铸件，表面经喷砂处理后涂覆氟碳漆，部分机加工装配面不涂漆。但经使用三四年后发现，部分油漆层有气泡、剥落，铝合金基材存在腐蚀现象，详见图1～图4。

有机涂膜都是半渗透性物质，腐蚀性物质可不同程度地渗透进去，特別是当铝合金基材表面无人工氧化膜时，腐蚀性物质的渗入很快会使基材腐蚀。这种腐蚀主要是电化学腐蚀，阴极区的pH可超过12.5，而阳极区的pH可降到1。在这种情况下，铝合金基体和自然氧化膜都开始溶解。有机涂膜下的铝合金基体一经腐蚀，有机涂膜与基体间结合力的丧失就远超过钢铁件。

有机涂膜下的基体腐蚀的特征是丝状腐蚀。丝状腐蚀的发生和发展很大程度上取决于涂装前的表面处理和质量，阳极氧化膜对丝状腐蚀有明显抑制作用，且能提高有机涂膜的附着力。即使有机涂膜破损，阳极氧化膜仍能起到防腐作用。

砂型铝合金铸件因铸造工艺因素或多或少存在一些缺陷，防腐性能不如5000系铝合金板料、棒料，5000系铝合金板料、棒料的户外结构件涂装前一般均进行硫酸阳极氧化、铬酸盐封闭处理〔Al/Et·A（S）20·Cs〕，因此对于ZL102、ZL101A砂型铝合金铸件，应该在涂装前进行相应的表面处理。本文从理论和实际试验结论两个方面来说明ZL102、ZL101AⅡ类砂型铝合金铸件在涂装前通过Al/Et·A（S）20·Cs处理，显著地提高铸件的防腐蚀性能。

1 Ⅱ类ZL102、ZL101A砂型铝合金铸件进行硫酸阳极氧化处理的理论

SJ20985-2008《军用电子整机腐蚀防护工艺设计与控制指南》中“3.3.1.1铝合金铸造件的针孔级别与镀覆性能”明确指出，对于砂型铸造、特种铸造（不含压力铸造）的铝合金铸造件，当其内部气孔率不超过3级（3级、2级、1级）时，可以进行化学导电氧化和硫酸阳极氧化；质量要求高者，应当选用针孔级别为1级、2级的铸造铝合金。

GB/T9438-2013《铝合金铸件》第4.5.9条明确指出，Ⅰ类或液压、气压等铸件的加工表面一般按JB/T7946.3的2级针孔验收，局部允许3级针孔，但一般不超过受检面积的25%。当气密性试验满足设计要求时，允许降一级验收。Ⅱ类铸件按3级针孔验收。

因此，从理论上来说，Ⅱ类砂型铝合金铸件是可以进行硫酸阳极氧化处理的。

SJ20985-2008《军用电子整机腐蚀防护工艺设计与控制指南》中“3.3.1.2铝合金铸造件的化学成分与镀覆性能”的c）明确指出，常用的ZL101、ZL106的Al-Si系铸造铝合金，它们的可电镀性、化学氧化性能一般，而阳极氧化性能、抛光性能和加工性能较差：这是因为它们的含硅量较高（ZL101含Si6.5%～7.5%，ZL106含Si7.5%～8.5%）所致。

ZL102、ZL101A砂型铝合金铸件含Si量分别为10%～13%、6.5%～7.5%，其硫酸阳极氧化性能较差。针对含Si量较高的铝合金（尤其是铝硅系铝合金铸件），在进行硫酸阳极氧化前应经过含有5%左右的氢氟酸的硝酸混合酸溶液浸蚀活化，才能有效地保持良好的活化表面，确保阳极氧化膜质量。经硫酸阳极氧化后，最终得到具有六角柱状结构的多孔阳极氧化膜，阳极氧化膜的这些孔眼非常小且数量又极多，一块6.452cm2上的孔眼就达到五、六十亿之多。硫酸阳极氧化后，一般在高温下采用重铬酸钾（K7Cr2O7）溶液对氧化后的阳极氧化膜进行封孔处理。K7Cr2O7在水溶液中以CrO42-和Cr2O72-两种离子形式存在，在大于80℃的K7Cr2O7溶液中，CrO42-和Cr2O72-两种离子与阳极氧化膜微孔内的氧化铝（Al2O3）发生反应，生成碱式铬酸铝〔Al（OH）CrO4〕和碱式重铬酸铝〔Al（OH）Cr2O7〕沉淀。这些沉淀物沉积在氧化膜的孔隙内，达到了氧化膜封孔的目的。同时，当封孔溶液的温度大于80℃而接近沸点时，具有很高化学活性的非晶质阳极氧化膜与溶液中的水发生水化反应，生成结晶阳极氧化膜。被水化的结晶阳极氧化膜由于体积膨胀而将氧化膜孔堵塞，也起到了封堵阳极氧化膜孔隙的作用。因此，铬酸盐封闭处理能够大幅度地提高硫酸阳极氧化膜的防腐蚀性能。endprint

综上所述，对ZL102、ZL101A砂型铝合金铸件进行Al/Et·A（S）20·Cs处理是完全可行的。

2 盐雾试验

选取ZL102、ZL101A砂型鋁合金铸件试样由南京海创表面处理技术有限公司进行Al/Et·A（S）20·Cs处理，然后进行盐雾试验，试验详细情况如下。

2.1 ZL102砂型铝合金铸件试样的盐雾试验、湿热试验情况

ZL102砂型铝合金铸件试样为Ⅲ类铸件，两个品种各两件，外表面均进行了机加工，针孔级别为3级以上。其中，两件试样未进行表面处理；两件试样表面进行了Al/Et·A（S）20·Cs处理，因Si含量太高，Al/Et·A（S）20·Cs处理后颜色仍为深灰色，略泛绿，外观如图5所示。

按照GJB150.11A-2009《军用装备实验室环境试验方法 第11部分：盐雾试验》对以上4件试样进行240h连续喷雾盐雾试验（盐溶液浓度为5%±1%，温度35℃±2℃），试验后外观如图6所示。

盐雾试验结束后，接着按照GJB150.9A-2009《军用装备实验室环境试验方法 第9部分：湿热试验》进行10个循环周期的交变湿热试验，试验后外观如图7、图8所示。

两件经Al/Et·A（S）20·Cs处理过的ZL102铝合金铸件试样未发现明显腐蚀现象，两件未经表面处理的ZL102铝合金铸件试样发现有明显大面积腐蚀现象。试验结果表明，对ZL102铝合金铸件进行Al/Et·A（S）20·Cs处理可以显著地提高其防腐蚀性能。

2.2 ZL101A砂型铝合金铸件试样盐雾试验情况

两件材质ZL101A T5砂型铝合金铸件，Ⅱ类铸件，表面针孔级别为3级以下。2015年8月28日进行过Al/Et·A（S）20·Cs处理，部分表面进行了油漆处理。近期按照GJB150.11A-2009《军用装备实验室环境试验方法 第11部分：盐雾试验》进行了480h连续喷雾盐雾试验（盐溶液浓度为5%±1%，温度35℃±2℃），试验后整体外观如图9所示，两件试样未经油漆处理的部位均未发现腐蚀现象，如图10所示。

而其中1件局部油漆层有少量气泡，挑破气泡检查，铝件基体未发现明显腐蚀现象，详见图11。另1件油漆层表面有几个棕红色点，详见图12。因条件限制，未能采用扫描电镜和能谱仪来分析棕红色点产生的原因。

3 结束语

综上所述，对ZL102、ZL101A砂型铝合金铸件进行Al/Et·A（S）20·Cs处理，可以显著地提高砂型铝合金铸件的防腐蚀性能，降低电子设备的全寿命周期费用，具有成本低的优点，极具推广应用价值。当然，随着表面处理技术的发展，微弧氧化处理技术方兴未艾，虽然目前成本较高，但其防腐性能更优越。

参考文献：

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[2]周永璋，刘正宝，周桃玉，施兵兵.铸铝合金硫酸阳极氧化[J].电镀与环保，1999，19（2）：22-25.

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