CN109778280A - 一种降低铝合金焊接接头腐蚀速率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料表面防护技术领域，尤其涉及降低铝合金焊接接头腐蚀速率的方法。本发明提供的方法，包括以下步骤：提供微弧氧化处理液；将铝合金焊接接头在所述微弧氧化处理液中进行微弧氧化处理；所述微弧氧化处理液包括主成膜剂、pH调节剂、膜层致密性调节剂和溶剂。根据实施例的记载，利用本发明所述的方法处理后的铝合金焊接接头在标准中性盐雾腐蚀条件下，400～1500小时后才开始出现腐蚀现象。

Description

一种降低铝合金焊接接头腐蚀速率的方法

技术领域

本发明涉及材料表面防护技术领域，尤其涉及一种降低铝合金焊接接头腐蚀速率的方法。

背景技术

铝合金以密度小、比强度高等优点在航空航天、汽车、化工、电子等领域被广泛应用。使用过程中铝合金常需要进行焊接以形成所需的结构。随着技术的进步，现有的一些焊接方式如电子束焊接、TIG焊接、搅拌摩擦焊接等方式对同种或异种铝合金进行焊接，均可以得到焊接缺陷较少的焊接接头。尽管如此，由于铝合金焊接接头区域在成分、组织结构等方面与母材存在差异，且焊接过程中不可避免的会形成焊接残余应力，当焊接接头在高温高盐的海洋环境中使用，尤其是焊接接头需要承受载荷时，焊缝或热影响区极易在应力及组织结构不均匀的双层作用下形成腐蚀源，进而扩展为裂纹，引起焊接接头失稳乃至失效，引发事故发生。

目前，为了避免焊缝成为应力腐蚀源，主要解决方法除了焊接工艺控制、焊后锤击和焊后热处理以外，还可以在合金焊接表面对焊缝区进行表面处理，如涂刷防锈漆等；但由于表面膜层与母材之间在成分、组织的差异较大，容易形成腐蚀源。因此，如何采用一种简单的方法降低该差异，来避免焊缝因残余应力导致的裂纹扩展，进而降低铝合金焊接接头在高湿高盐海洋环境下的腐蚀速率，现有技术中并没有较好的办法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低铝合金焊接接头腐蚀速率的方法，所述方法可以降低焊缝区域与铝合金母材之间在成分、组织上的差异，避免焊接接头焊缝产生裂纹并扩展的可能，进而可以有效的降低铝合金焊接接头在高湿高盐海洋环境下的腐蚀速率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种降低铝合金焊接接头腐蚀速率的方法，包括以下步骤：

提供微弧氧化处理液；

将铝合金焊接接头在所述微弧氧化处理液中进行微弧氧化处理；

所述微弧氧化处理液包括主成膜剂、pH调节剂、膜层致密性调节剂和溶剂。

优选的，所述膜层致密性调节剂为钨酸钠、钼酸钠、纳米氧化铝、偏铝酸钠、碳酸钠和氟化钠中的一种或几种；

所述膜层致密性调节剂在微弧氧化处理液中的浓度为0.5～50g/L。

优选的，所述pH调节剂为氢氧化钠和/或氢氧化钾；

所述pH调节剂在微弧氧化处理液中的浓度为0.5～5g/L。

优选的，所述主成膜剂为可溶性硅酸盐；

所述主成膜剂在微弧氧化处理液中的浓度为5～100g/L。

优选的，所述微弧氧化处理的脉冲频率为200～3000Hz，脉宽调节范围为50～200μs。

优选的，所述微弧氧化处理过程中搅拌气泵出气量为10～300L/min，冷却功率为2～50kW。

优选的，所述微弧氧化处理过程中的电流密度为2～20A/dm²，所述微弧氧化处理的时间为5～60min，温度为10～40℃。

优选的，在进行微弧氧化处理前对所述铝合金焊接接头进行预处理。

优选的，所述预处理为依次采用酮类清洗剂、酒精和水对铝合金焊接接头进行清洗；所述酮类清洗剂为丙酮或丁酮。

优选的，所述预处理为依次采用碱液、酸液和水进行清洗；

所述碱液为质量浓度为10％～40％的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液；所述酸液为质量浓度为10％～30％的稀硝酸。

本发明提供了一种降低铝合金焊接接头腐蚀速率的方法，包括以下步骤：提供微弧氧化处理液；将铝合金焊接接头在所述微弧氧化处理液中进行微弧氧化处理；所述微弧氧化处理液包括主成膜剂、pH调节剂、膜层致密性调节剂和溶剂。本发明所述的方法适用于处理通过各种焊接方法形成的同种或异种铝合金焊接接头，所述方法可以在铝合金焊接母材及焊缝区表面形成以氧化铝为主的陶瓷层，由于氧化铝膜层本身耐腐蚀性能较好且在整个区域氧化铝膜层组织均匀，可以有效降低焊缝区域与铝合金母材之间在成分、组织上的差异，避免焊接接头焊缝产生裂纹并扩展的可能，进而可以有效的降低铝合金焊接接头在高湿高盐海洋环境下的腐蚀速率。根据实施例的记载，利用本发明所述的方法处理后的铝合金焊接接头在标准中性盐雾腐蚀条件下可以达到400～1500小时而不发生腐蚀。

具体实施方式

本发明提供了一种降低铝合金焊接接头腐蚀速率的方法，包括以下步骤：

提供微弧氧化处理液；

将铝合金焊接接头在所述微弧氧化处理液中进行微弧氧化处理；

所述微弧氧化处理液包括主成膜剂、pH调节剂、膜层致密性调节剂和溶剂。

在本发明中，若无特殊说明，所有处理过程中用到的原料均为本领域技术人员熟知的市售的产品。

本发明提供微弧氧化处理液，所述微弧氧化处理液包括主成膜剂、pH调节剂、膜层致密性调节剂和溶剂。在本发明中，所述主成膜剂优选为可溶性硅酸盐；所述可溶性硅酸盐优选为硅酸钠和/或硅酸钾；当所述可溶性硅酸盐为硅酸钠和硅酸盐时，本发明对所述硅酸钠和硅酸盐的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。所述pH调节剂优选为氢氧化钠和/或氢氧化钾；当所述pH调节剂为氢氧化钠和氢氧化钾时，本发明对所述氢氧化钠和氢氧化钾的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。所述膜层致密性调节剂优选为钨酸钠、钼酸钠、纳米氧化铝、偏铝酸钠、碳酸钠和氟化钠中的一种或几种；当所述膜层致密性调节剂为上述具体选择中的两种以上时，本发明对所述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合，并满足上述两种以上的具体物质的总浓度在下述范围内即可。所述溶剂优选为蒸馏水。

在本发明中，所述主成膜剂在微弧氧化处理液中的浓度优选为(5～100)g/L，更优选为(20～80)g/L，最优选为(40～60)g/L；所述pH调节剂在微弧氧化处理液的浓度优选为(0.5～5)g/L，更优选为(1～4)g/L，最优选为(2～3)g/L；所述膜层致密性调节剂在微弧氧化处理液中的浓度优选为(0.5～50)g/L。在本发明中，当所述膜层致密性调节剂的种类不同时，其在微弧氧化处理液中对应的浓度也不同，具体的：当所述膜层致密性调节剂中含有钨酸钠时，所述钨酸钠在微弧氧化处理液中的浓度优选为(0.5～30)g/L，更优选为(5～25)g/L，最优选为(10～20)g/L；当所述膜层致密性调节剂中含有钼酸钠时，所述钼酸钠在微弧氧化处理液中的浓度优选为(0.5～30)g/L，更优选为(5～25)g/L，最优选为(10～20)g/L；当所述膜层致密性调节剂中含有纳米氧化铝时，所述纳米氧化铝在微弧氧化处理液中的浓度优选为(0.5～5)g/L，更优选为(1～4)g/L，最优选为(2～3)g/L；本发明对所述纳米氧化铝的粒度没有特殊限定，在纳米级范围内均可；当所述膜层致密性调节剂中含有氟化钠时，所述氟化钠在微弧氧化处理液中的浓度优选为(0.5～50)g/L，更优选为(10～40)g/L，最优选为(20～30)g/L；当所述膜层致密性调节剂中含有偏铝酸钠时，所述偏铝酸钠在微弧氧化处理液中的浓度优选为≤5g/L，更优选为≤4g/L，最优选为≤3g/L；当所述膜层致密性调节剂中含有碳酸钠时，所述碳酸钠在微弧氧化处理液中的浓度优选为≤5g/L，更优选为≤4g/L，最优选为≤3g/L。

在本发明中，所述微弧氧化处理液的制备方法，优选包括以下步骤：

将所述主成膜剂、pH调节剂、膜层致密性调节剂和溶剂混合，得到微弧氧化处理液。

在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌过程进行搅拌并使溶液混合均匀即可。

在本发明中，所述主成膜剂、pH调节剂、膜层致密性调节剂和溶剂的混合优选为将主成膜剂、pH调节剂和膜层致密性调节剂加入溶剂中；本发明对所述主成膜剂、pH调节剂和膜层致密性调节剂加入溶剂中的顺序没有任何特殊的限定，采用任意加入顺序进行混合即可。

本发明将铝合金焊接接头在所述微弧氧化处理液中进行微弧氧化处理。

本发明对所述铝合金焊接接头的组成没有特殊的限定，为本领域技术人员熟知的铝合金焊接接头；本发明对所述铝合金焊接接头的焊接方式也没有任何特殊的限定。

在本发明中，进行微弧氧化处理前优选对所述铝合金焊接接头进行预处理；所述预处理优选为除油清洗；所述除油清洗优选为依次采用酮类清洗剂、酒精和水对铝合金焊接接头进行清洗；所述酮类清洗剂为丙酮或丁酮；或依次采用碱液、酸液和水进行清洗。在本发明中，所述碱液优选为质量浓度为10％～40％的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液；所述酸液优选为质量浓度为10％～30％的稀硝酸。

在本发明中，微弧氧化处理使用的设备优选包括直流脉冲微弧氧化电源、电解槽、搅拌系统和冷却系统。在本发明中，所述微弧氧化处理前优选将铝合金焊接接头用铝电极或铝导线牢固连接后置于盛有上述微弧氧化处理液的电解槽中，以便进行后续的微弧氧化处理。

在本发明中，所述微弧氧化处理中的直流脉冲微弧氧化电源的脉冲频率优选为200～3000Hz，更优选为500～2500Hz，最优选为1000～2000Hz；脉宽调节范围优选为50～200μs，更优选为80～160μs，最优选为100～130μs。在本发明中，所述微弧氧化处理过程中搅拌系统中搅拌气泵的出气量优选为10～300L/min，更优选为50～250L/min，最优选为100～200L/min；冷却功率优选为2～50kW，更优选为10～40kW，最优选为20～30kW。

在本发明中，所述微弧氧化处理过程中的电流密度优选为2～20A/dm²，更优选为5～15A/dm²，最优选为8～12A/dm²；所述微弧氧化处理的时间优选为5～60min，更优选为10～50min，最优选为20～40min；所述微弧氧化处理的温度优选为10～40℃，更优选为20～30℃，最优选为24～26℃。

微弧氧化处理完成后，本发明优选对处理后的铝合金焊接接头进行后处理；所述后处理为用清水将处理后的铝合金焊接接头进行清洗后，进行干燥；所述干燥优选为自然风干或烘干。

下面结合实施例对本发明提供的一种降低铝合金焊接接头腐蚀速率的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

提供铝合金焊接接头：1060与2Al2铝合金电子束焊接接头；

依次用丙酮和酒精对铝合金焊接接头进行清洗后，用清水进行清洗，晾干待用；

提供微弧氧化处理液：按照：硅酸钠20g/L、氢氧化钠2g/L、钨酸钠8g/L的浓度，将硅酸钠、氢氧化钠、钨酸钠和水在搅拌的条件下混合，直至完全溶解；

将所述铝合金焊接接头用铝导线连接后置于盛放有所述微弧氧化处理液的电解槽内，进行微弧氧化处理(电源参数：脉冲频率1000Hz，脉宽调节范围200μs；搅拌气泵出气量300L/min，冷却功率20kW；电流密度10A/dm²，时间15min，温度40℃)；

处理完成后，用清水进行清洗并自然风干。

将利用上述方法处理后的铝合金焊接接头置于标准中性盐雾腐蚀条件(5％氯化钠溶液、35℃，湿度95％)下进行腐蚀，经观察，500小时以内未出现腐蚀现象。

实施例2

提供铝合金焊接接头：6061同种铝合金搅拌摩擦焊焊接接头；

依次用丙酮和酒精对铝合金焊接接头进行清洗后，用清水进行清洗，晾干待用；

提供微弧氧化处理液：按照硅酸钠10g/L、氢氧化钠2g/L、氟化钠4g/L、硼酸钠4g/L的浓度，将硅酸钠、氢氧化钠、氟化钠、硼酸钠和水在搅拌的条件下混合，直至完全溶解；

将所述铝合金焊接接头用铝导线连接后置于电解槽内，进行微弧氧化处理(电源参数：脉冲频率500Hz，脉宽调节范围200μs；搅拌气泵出气量300L/min，冷却功率10kW；电流密度5A/dm²，时间40min，温度25℃)；

处理完成后，用清水进行清洗并自然风干。

将利用上述方法处理后的铝合金焊接接头置于标准中性盐雾腐蚀条件(5％氯化钠溶液、35℃，湿度95％)下进行腐蚀，经观察，700小时内未出现腐蚀现象。

实施例3

提供铝合金焊接接头：6082铝合金钨极氩弧焊焊接接头

依次用丙酮和酒精对铝合金焊接接头进行清洗后，用清水进行清洗，晾干待用；

按照硅酸钠30g/L、氢氧化钠2g/L、氟化钠8g/L、六偏磷酸钠8g/L的浓度，将硅酸钠、氢氧化钠、氟化钠、硼酸钠和水在搅拌的条件下混合，直至完全溶解；

将所述铝合金焊接接头用铝导线连接后置于电解槽内，进行微弧氧化处理(电源参数：脉冲频率1000Hz，脉宽调节范围300μs；搅拌气泵出气量100L/min，冷却功率10kW；电流密度5A/dm²，时间30min，温度25℃)；

处理完成后，用清水进行清洗并自然风干。

将利用上述方法处理后的铝合金焊接接头置于标准中性盐雾腐蚀条件(5％氯化钠溶液、35℃，湿度95％)下进行腐蚀，经观察，450小时内未出现腐蚀现象。

由以上实施例可知，利用本发明所述的方法处理后的铝合金焊接接头在标准中性盐雾腐蚀条件(高湿高盐)下，400～1500小时以后才开始出现腐蚀现象，具有较好的耐腐蚀性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种降低铝合金焊接接头腐蚀速率的方法，包括以下步骤：

提供微弧氧化处理液；

将铝合金焊接接头在所述微弧氧化处理液中进行微弧氧化处理；

所述微弧氧化处理液包括主成膜剂、pH调节剂、膜层致密性调节剂和溶剂。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜层致密性调节剂为钨酸钠、钼酸钠、纳米氧化铝、偏铝酸钠、碳酸钠和氟化钠中的一种或几种；

所述膜层致密性调节剂在微弧氧化处理液中的浓度为0.5～50g/L。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述pH调节剂为氢氧化钠和/或氢氧化钾；

所述pH调节剂在微弧氧化处理液中的浓度为0.5～5g/L。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主成膜剂为可溶性硅酸盐；

所述主成膜剂在微弧氧化处理液中的浓度为5～100g/L。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微弧氧化处理的脉冲频率为200～3000Hz，脉宽调节范围为50～200μs。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微弧氧化处理过程中搅拌气泵出气量为10～300L/min，冷却功率为2～50kW。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微弧氧化处理过程中的电流密度为2～20A/dm²，所述微弧氧化处理的时间为5～60min，温度为10～40℃。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行微弧氧化处理前对所述铝合金焊接接头进行预处理。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预处理为依次采用酮类清洗剂和酒精对铝合金焊接接头进行清洗；所述酮类清洗剂为丙酮或丁酮。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预处理为依次采用碱液、酸液和水进行清洗；

所述碱液为质量浓度为10％～40％的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液；所述酸液为质量浓度为10％～30％的稀硝酸。