[发明专利]一种铝合金化铣溶液及其铣切方法

说明书

技术领域

本发明属于金属加工领域，更加具体的说，涉及一种新的铝合金化铣溶液和铣切工艺，主要用于对硬铝和超硬铝合金的化学铣切加工处理。

背景技术

化学铣切是指将金属材料要加工的部位浸入到适当的化学介质(溶液)中，由于工件表面与化学溶液间发生腐蚀反应，使材料不断地被溶解去除，从而获得零件所需的形状和尺寸。由于化学铣切是一种无刀具、无切屑、无应力和无工件之间协调问题的特种加工工艺，可加工特薄、易变形、大面积的零件，并能减轻结构重量，减少工艺装备，缩短生产周期。因此化学铣切的应用范围越来越广泛，已成为制造飞机、宇宙飞船、火箭结构的低温贮箱与电子计算机大规模集成电路元件处理中不可替代的方法。

在航空与航天工业零件的成形过程中，铝合金构件(如飞机蒙皮、贮箱等)的化学铣切，已经成为比传统机械加工方法优越得多的可靠加工方法。铝合金的化学铣切效果(化铣速率、表面粗糙度、浸蚀比等)，不仅与除油、出光、涂覆保护层等前处理过程有关，更重要的是与化铣溶液的组成和工艺控制密不可分。铝合金的化铣溶液，大致可分为酸性体系和碱性体系两大类。铝合金的酸性化铣溶液，常由1.25mol/LFeCl₃([1]易慧芝，邓飞跃，张忠亭，2197铝锂合金化学铣切工艺研究，表面技术，2010，39(4)：73-75；[2]Cakir O，Chemical etching of aluminum，Journal of Materials Processing Technology，2008，199(1-3)：337-340)或FeCl₃+HCl+HNO₃+CuSO₄体系([3]Lada H，Park L，Fishter R E，Method and composition for removing alumunide coatings from nickel superallloys，US PatentNo.4339282，1981)组成。虽然酸性体系的化铣温度较低(20-50℃或60-70℃)，但化铣后铝合金的表面质量较差(表面粗糙度Ra约为7～10μm)。

铝合金的碱性化铣溶液，常由NaOH和溶解Al组成；此外，还可添加Na₂S、三乙醇胺(TEA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、NaNO₃、Na₂CO₃、乙二醇或丙三醇、及少许缓蚀剂或其他添加剂等。如易慧芝、李博、尹茂生、毛大恒、林翠等分别采用NaOH+Na₂S+TEA+溶解Al体系对2197、5A90、LY12铝合金进行了化学铣切，并优化了溶液配比和铣切温度([1]易慧芝，邓飞跃，张忠亭，2197铝锂合金化学铣切工艺研究，表面技术，2010，39(4)：73-75；[4]李博，一种铝锂合金化铣溶液，中国专利201110341285.1；[5]尹茂生，廖广其，文庆杰，程红霞，铝合金筒段化学铣切工艺研究，材料保护，2005，38(8)：24-25；[6]毛大恒，韩德夫，周亚军，张灿，2197铝锂合金的化学铣切工艺，机械工程材料，2011，35(5)：77-79；[7]林翠，蔡剑，曾丰光，黄茜，杜楠，赵晴，LY12铝合金化铣工艺及加工质量影响因素，失效分析与预防，2010，5(1)：8-16)。在此基础上，谢春英和尹茂生还添加少许的HX缓蚀剂和添加剂来改善化铣后铝合金表面的粗糙度和均匀性([8]谢春英，刘敏，朱凯，文庆杰，铝合金化学铣切疲劳性能，腐蚀与防护，2008，29(4)：185-188；[9]尹茂生，廖广其，蒋洪俊，铝合金化学铣切常见故障浅析，涂装与电镀，2008，(8)：47-49)。此外，易慧芝和Gross则分别采用NaOH+Na₂S+溶解Al+EDTA+Na₂CO₃、NaOH+NaNO₃+乙二醇或丙三醇体系对2197、2219铝合金进行了化学铣切([1]易慧芝，邓飞跃，张忠亭，2197铝锂合金化学铣切工艺研究，表面技术，2010，39(4)：73-75；[10]Gross D W，Chemical milling process and etchants therefor，US PatentNo.4588474，1984)。