火箭贮箱壁板在贮存期间的防锈技术

姜 锐 谭振洲, 徐欣轶

（1. 沈阳宝金金属防护技术有限公司，辽宁 沈阳 110032；2. 沈阳防锈包装材料有限责任公司，辽宁 沈阳 110032）

0 引言

运载火箭的贮箱是贮存燃料、支承火箭本体上其他结构件、为其它系统仪器设备提供安装基础的重要部件。大型复杂铝合金网格壁板作为一种典型的薄壁结构，具有较高的强度和刚度，广泛应用于运载火箭、商用飞机、卫星、空间站舱体等领域的箱体结构上。随着航空航天技术的发展，大型复杂铝合金网格壁板无论从外型上还是结构上都日趋复杂、用量大幅度增长。其中2A14铝合金是Al－Cu－Mg-Si系锻铝中最典型的高强铝合金，该合金具有较高的比强度、比刚度、优良的耐热耐蚀性等优点。该铝合金又因铜含量和硬铝相当，所以也叫高强度硬铝合金[1-6]。

2A14铝合金网格壁板在生产车间加工流转至库房内贮存，整个过程大约1年。对于这种材料而言，贮存期间如未采取适当的防锈措施，直接暴露在大气环境条件下，受温湿度及腐蚀性介质的影响极易发生腐蚀。导致网格壁板尺寸偏差过大、表面质量下降，影响后续的焊接和安装工艺，造成施工进度的延误，甚至给设备长期运行的可靠性带来风险和隐患。因此，需要对网格壁板在贮存过程中进行必要的防锈处理。

目前常采用的方法主要有涂覆防锈油、阳极氧化、三价铬钝化及六价铬钝化等，虽然这些防锈方法可以满足网格壁板在存储过程中的防锈需求，但是由于网格壁板的尺寸比较大，阳极氧化、三价铬钝化及六价铬钝化等方法工艺复杂，需要有专门的生产车间，不便于现场实施。并且铬和镍对环境污染较大，尤其六价铬是致癌物质，对人体有极大伤害。同样，涂覆防锈油的方式在装配前需要进行清洗处理，不仅劳动强度高，而且污染环境[7-10]。因此，寻找一种同时满足防锈效果优异、环境无污染且操作简便的防锈技术尤为重要。

1 防锈方案设计及效果评价

铝及铝合金的大气腐蚀是一种特殊形式的电化学腐蚀，主要是材料与大气中的H2O，O2及腐蚀性介质（主要有Cl-、SO2、H2S、NOx、CO2等）的联合作用而发生的电化学破坏。有研究表明，对铝及铝合金大气腐蚀影响最大的污染物因素是SO2和Cl-，最大的气象因素是最低温度和平均湿度[11,12]。针对2A14铝合金网格壁板在加工流转及库内存储过程中，影响网格壁板锈蚀的主要因素是温度、相对湿度、O2以及Cl-、SO2、H2S等腐蚀性介质。

1.1 防锈方案设计

为筛选出一种效果优异且适合工程应用的防锈方案，设计了一种主动防护膜配合速效干燥剂的主动防护技术。主动防护技术是将具有吸收和吸附性能物质微纳米化，添加到高分子聚合物中，解决酸性大气条件下酸性气体（H2S、SO2及HCl等）对金属及其制品的腐蚀；这些微纳米化的物质将酸性气体吸收和吸附在高分子聚合物中，同时外部酸性气体被固化在外层无法透过包装进入包装内部；使包装空间内酸性气体被净化，让被防护材料处于洁净氛围内，使材料得以保护。

将制备的2A14铝合金试样充分清洗干燥后，分别采用表1中的防锈方法进行防锈处理，通过交变湿热试验及中性盐雾试验对不同的防锈方法进行防锈效果的筛选评价，对比分析不同防锈方法的防锈 效果。

表1 防锈方法

1.2 效果评价

针对采用不同防锈方法处理的2A14铝合金试样分别采用交变湿热试验及中性盐雾试验进行防锈效果的筛选评价，最终筛选出满足防锈要求的防锈 方法。

1.2.1 交变湿热试验

按照GB/T 2423. 4-2008《电工电子产品环境试验第2部分：试验方法 试验Db：交变湿热（12+12h循环）》进行交变湿热试验。试验条件选择苛刻程度5.2b，如表2所示，12+12h为1周期。

表2 交变湿热试验条件（1周期）

试验过程中通过定期目视检查每个2A14铝合金试样的锈蚀情况，试验期间2A14铝合金试样如发生锈蚀则终止试验，如持续未发生锈蚀，则试验至504h终止试验。

1.2.2 中性盐雾试验

按照GB/T 10125-2012 《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》进行中性盐雾试验。试验条件如表3所示。

表3 中性盐雾试验条件

试验过程中通过定期目视检查每个2A14铝合金试样的锈蚀情况，试验期间2A14铝合金试样如发生锈蚀则终止试验，如持续未发生锈蚀，则试验至168h终止试验。

2 结果及讨论

2.1 交变湿热试验结果

从表4交变湿热试验结果和表5交变湿热试验后试样的宏观形貌可知：2A14铝合金空白试样20h试验后发生轻微锈蚀；采用三价铬氧化的2A14铝合金试样139h试验后发生锈蚀；采用阳极氧化-镍盐封闭的2A14铝合金试样504h试验后发生锈蚀；采用六价铬氧化的2A14铝合金试样504h试验后无锈蚀，但是有轻微变色现象；采用阳极氧化-重铬酸封闭、涂Y216防锈油及主动防锈技术的2A14铝合金试样504h试验后均无锈蚀，防锈效果优良。

表4 交变湿热试验结果

表5 交变湿热试验后试样的宏观形貌

2.2 中性盐雾试验结果

从表6中性盐雾试验结果和表7中性盐雾试验后试样的宏观形貌可知：2A14铝合金空白试样20h试验后发生严重锈蚀；采用三价铬氧化的2A14铝合金试样139h试验后发生较明显锈蚀；采用涂Y216防锈油的2A14铝合金试样168h试验后局部发生轻微锈蚀；采用阳极氧化-重铬酸封闭及六价铬氧化的2A14铝合金试验168h试验后均无锈蚀，但是均有轻微变色；采用阳极氧化-镍盐封闭及主动防护技术的2A14铝合金试样168h试验后均未发生锈蚀，具有优异的耐盐雾性能。

表6 中性盐雾试验结果

表7 （续）

表7 中性盐雾试验后试样的宏观形貌

3 结语

（1）针对采用不同防锈方法处理的2A14铝合金试样分别进行504h交变湿热及168h中性盐雾试验，综合考虑交变湿热及中性盐雾试验的结果，说明设计的主动防护技术具有优异的防锈性能，可取代常规的防锈技术方法，同时可以满足2A14铝合金网格壁板在库房内1年的贮存周期；

（2）在综合考虑现场操作便利性、经济性等因素的基础上，推荐采用主动防护膜与速效干燥剂相结合的主动防护技术对2A14铝合金网格壁板进行贮存过程中的防锈保护。