学术论坛 铝合金叶片硫酸阳极化后表面黑点原因分析 潘 娜，陈建红，陈基东 （中国航发成都发动机有限公司，四川 成都 610503） 摘要：铝合金叶片硫酸阳极化工序后在叶身、长轴、短轴和大圆台部位出现不同程度的黑点，长轴和大圆台部位较叶身严重。解剖进行理化分析，发现黑点呈点蚀特征。本文从叶片整个加工过程进行分析和排查，并通过对比验证，确定黑点产生的原因是工序间防护不到位，同时制定了改进措施以减缓点蚀的产生。 关键词：铝合金；阳极化；黑点 铝合金因具有密度低，比强度、比刚度高，抗疲劳性能高等特点而成为飞机和发动机的理想材料。虽然近年来受到钛合金和复合材料在飞机和发动机上应用的挑战，但由于铝资源丰富、性能优良、易加工、成本低廉等一系列优点，加之传统铝合金新的热处理状态不断出现以及新型铝合金的应用，使得铝合金在飞机和发动机上的应用仍占有不可取代的优势。其中变形铝合金中的硬铝合金经沉淀硬化处理可提高抗拉强度，同时具有较好的塑性，因此广泛用于承力构件，但硬铝合金的缺点是耐腐蚀性能较低，因此，这类合金制品应用时需进行如阳极化处理、喷漆等防腐蚀保护[1]。 1 故障描述 铝合金叶片材料牌号2618，硫酸阳极化工序加工完发现同批加工的零件90%在叶身、长轴、短轴和大圆台部位有不同程度的小黑点，其中长轴和大圆台部位分布较多，典型宏观形貌。 2 故障分析 解剖一件零件对黑点特征进行判定，通过金相组织观察和能谱分析，发现黑点处有明显的点蚀形貌，且黑点处有腐蚀性元素Cl、K，因此认为黑点为点蚀，最大深度0.144mm，黑点内部约有厚度为0.003mm～0.004mm的阳极化膜层，基体显微组织未见异常。 3 原因排查和分析 由黑点部位有阳极化膜的结论可知，点蚀是在硫酸阳极化工序之前产生的。从叶片整个加工工艺路线着手，开展原因排查工作，可能原因如图1所示。 图1 可能原因 3.1 机加过程复查 3.1.1 冷却液复查 叶片加工用冷却液为SM824，主要成分为三乙醇胺、单乙醇胺、磺酸钠、矿物基础油。冷却液采用自来水配制，浓度5%～9%，pH值8.0～9.5，每半个月检查浓度和pH值。经查，冷却液的浓度和pH值均按规定定期检测，且符合要求。 三个零件，标印1#、2#、3#，使用精铣叶型机床用冷却液SM824浸泡4h。1#零件浸泡后取出，吹干后进行硫酸阳极化；2#零件浸泡后取出、吹干，涂抹防锈油后发下工序进行硫酸阳极化；3#零件浸泡后，取出、吹干、涂抹防锈油、振动光饰后进行硫酸阳极化。经检测，1#、2#、3#叶片硫酸阳极化后经检验均未出现黑点。 3.1.2 机加工过程符合性复查 复查叶片加工过程，零件在2019年7月29日完成精车长轴工序，8月5日进行后续平短轴端面工序，间隔7天；8月6日进行重钻短轴中心孔、精车短轴及精车圆台周面及叶肩工序，8月13日、15日精铣叶型及小圆台三角区，间隔9天。整个加工过程中在这两个时间段停留时间较长，且此时长轴、短轴和圆台均已加工到最终 尺寸，最终加工完后于2019年9月7日进行硫酸阳极化，工序间停留时间超过一周，使用的防锈油比例5%-10%与间隔时间超过7天不匹配，不符合要求；防锈油按规定定期检测，符合要求。 3.2 硫酸阳极化过程符合性复查 硫酸阳极化工艺流程、工艺参数、槽液成分均符合工艺文件要求，槽液定期检测并合格。根据点蚀仅分布在叶片局部部位，且点蚀部位有阳极化膜层，可排除点蚀在硫酸阳极化工序产生的可能性。 将两件零件表面全部抛光后标印4#、5#。采用与故障叶片相同的方法包装（聚乙烯薄膜）后发阳极化工序，4#叶片在现场放置10h后、5#叶片在现场放置24h后进行硫酸阳极化，4#叶片未发现黑点；5#叶片在叶身和长轴表面出现少量黑点，宏观照片见图2。对5#叶片黑点部位进行分析，结论为点蚀，腐蚀深度约0.025mm，坑底膜厚约0.005mm，正常区域膜厚0.01mm,坑底区域含S、Cl腐蚀性元素。 图2 5#叶片表面黑点形貌 3.3 周转防护复查 零件送到表面处理车间时直接采用聚乙烯薄膜包装，长轴朝上，袋口朝上敞开放在周转箱中，零件上部裸露在空气中，周转防护不符合要求；9月7日上午硫酸阳极化工序结束后零件当天发出，符合要求。 4 机理分析 铝合金在自然环境中表面生成一层致密的氧化膜，有一定的耐蚀能力，但在加工过程中清洗防护不到位或在环境相对湿度较大的环境中、酸碱环境中，仍会发生腐蚀。零件加工过程中出现最终表面的先后顺序为长轴——短轴——大圆台——叶身，长轴加工完成后到下一工序间隔7天，大圆台加工完成后到下一工序的间隔9天，且长轴和大圆台点蚀较严重。结合制造过程符合性清查，分析认为点蚀是由于精加工表面在工序间停留时间较长、防护不到位造成的；加之表面处理车间为酸碱环境，零件未进行防护在酸碱环境中裸露存放会产生或加速腐蚀。 5 结论 经复查和分析排查，认为铝合金叶片保密黑点是由于零件工序间停留时间较长且未进行有效防护发生了点蚀，且在酸碱环境中会加速腐蚀的扩展。 6 纠正措施 （1）完善相关文件，加强工序间零件的防护，防锈油的浓度和零件防锈期要匹配。 （2）转入表面处理车间的零件，24h内进行验收，工序完成后尽快转出。 参考文献： [1]航空材料手册第3卷《铝合金镁合金》. 《华东科技》 2021·1 433
