纯铝合金化学铣切工艺研究

巢昺轩，蒋克全，王宝龙

(昌河飞机工业集团有限责任公司，江西 景德镇 333002)

化学铣切是将金属材料需要加工去除的部位浸泡于化学介质(铝合金化铣主要采用氢氧化钠溶液)中进行腐蚀，从而获得零件最终所需形状和尺寸的一种加工方法[1]。涉及的主要化学反应有：

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2

NaAlO2+2H2O=Al(OH)3+NaOH

目前纯铝合金化学铣切已成为航空与航天工业零件成形的可靠加工方法。尤其是在加工飞机蒙皮、垫片、结构件时要比用传统的机械加工方法优越得多。航空用纯铝合金1035(L4)、8A06(L6)具有塑性高、耐蚀、导电性和导热性好的特点，但强度低、无法热处理强化、切削性不佳。通常用于制造直升机用特定部位的零件，如垫片、防护套和装饰件等。由于其使用规格种类较多，日常采购难以满足需求，机械加工尺寸精度难以控制，因此纯铝合金需进行化学铣切加工，以满足设计要求[2]。

为了分析化学铣切对纯铝性能的影响，本文对1035(L4)-M、8A06(L6)-M两种纯铝合金材料进行工艺试验验证，分析了化学铣切对铝合金材料尺寸、表面质量、力学性能、化学成分和显微组织的影响。

1 试验方法

化学铣切试样按照零件图纸要求选用两种牌号的退火态纯铝合金，该板材为无内应力的化铣专用板材，在化学铣切或后续成型过程中无应力释放。试验材料：尺寸为200 mm×100 mm×2 mm 的1035(L4)-M试样4片，化学铣切后的厚度为1.5 mm；尺寸为200 mm×100 mm×3 mm的8A06(L6)-M试样4片，化学铣切后的厚度为2.5 mm。

1.1 化学铣切工艺

化学铣切工艺流程：碱清洗→水洗→脱氧→水洗→干燥→化学铣切→清洗→干燥。铝合金化铣槽液及工艺参数[3]：

①槽液组成：NaOH 120～195 g/L，Na2S 11～26 g/L，TEA 30～60 g/L，Al 19～75 g/L。缓蚀剂HX 0.1～0.2 g/L；

②腐蚀速度0.03～0.05 mm/min；

③铣切温度：99～104 ℃。

1.2 化学铣切设备

纯铝板的化学铣切在专用表面处理自动化生产线上进行，水洗、碱洗和铣切槽见图1。

图1 (a)水洗槽；(b)铣切槽Fig.1 (a) water washing bath ；(b)milling groove

2 试验结果与分析

2.1 化学铣切对尺寸的影响

选取两块纯铝板1035(L4)-M和8A06(L6)-M进行化学铣切，铣切后厚度分别为1.5 mm和2.5 mm。在每块纯铝板的四处边缘分别选取一点，进行化铣前后的厚度测试，测试结果见图2。

(a)1035(L4)；(b)8A06(L6)图2 纯铝板化学铣切前后的厚度Fig.2 Thickness of pure aluminum before and after chemical milling

两种纯铝板化学铣切前的厚度均为正偏差，经化学铣切后，1035(L4)和8A06(L6)材料厚度分别为1.5±0.07 mm和2.5±0.07 mm，厚度符合材料标准GB/T 3880及YS/T 213中的高精度尺寸要求。

2.2 化学铣切对表面质量的影响

纯铝板材料1035(L4)、8A06(L6)化学铣切前表面存在划伤、氧化色、锈斑、水垢等，无法满足材料标准及零件成型的要求，针对此类情况应进行化学铣切或打磨处理。1035(L4)、8A06(L6)化学铣切前后表面质量见图3，纯铝板经化铣后表面呈金属亚光色，粗糙度≤1.6Ra，满足零件制造要求。

2.3 化学铣切对力学性能的影响

纯铝板材料1035(L4)、8A06(L6)的铝含量达到90%以上，材料抗拉强度低、伸长率高。对化学铣切前后的铝板进行抗拉强度和伸长率测试，结果见图4。从图中可以看出，化学铣切前后纯铝板力学性能(抗拉强度、伸长率)相近，无明显差异。因此化学铣切对材料力学性能没有影响。

(a)1035(L4)化学铣切前；(b)1035(L4)化学铣切后；(c)8A06(L6)化学铣切前；(d)8A06(L6)化学铣切后图3 纯铝板表面质量(a)1035(L4)，before chemical milling；(b)1035(L4)， after chemical milling；(c)8A06(L6)，before chemical milling；(d)8A06(L6)，after chemical millingFig.3 Surface quality of pure aluminum plate

(a)抗拉强度；(b)伸长率图4 化学铣切前后纯铝板的力学性能(a)tensile strength; (b)elongationFig.4 Mechanics performance of pure aluminum plate before and after chemical milling

2.4 化学铣切对成分、组织的影响

纯铝板材料1035(L4)、8A06(L6)化学铣切后的显微组织见图5。组织为典型的纯铝组织，纯铝基体上均匀分布金属间夹杂物，组织中白色区域为纯铝，夹杂的黑色点状物质为金属间化合物和氧化物，由Si、Fe、Mn、Zn等主要金属元素构成[4]；观察内部组织及化学铣切表面边缘处，未见化铣腐蚀坑及斑，表面仅出现少量水垢[5]。在化学铣切表面取样进行化学成分能谱分析，见表1，基材和表面化学成分一致，均满足标准要求。因此，化学铣切对材料金相组织和化学成分没有影响。

(a,c) 1035(L4)；(b,d)8A06(L6)图5 化学铣切后纯铝板的显微组织Fig.5 Microstructure of pure aluminum plate after chemical milling

表1 化学成分(质量分数，%)

3 结论

通过对化学铣切前后的纯铝板材料1035(L4)、8A06(L6)进行分析，得出以下结论：

1)化学铣切能有效去除纯铝板表面的锈斑、划伤和氧化色，化铣后表面呈金属光泽，粗糙度≤1.6Ra，耐蚀性得到提高；

2)化学铣切工艺能有效控制材料厚度，对纯铝材料的化学成分、力学性能和显微组织无影响；

3)纯铝板允许采用化学铣切工艺进行加工和表面质量改进，能满足直升机零件制造使用要求。