CN116670327A - 用于保护由含铜的铝基合金制成的部件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于保护部件的方法(100)，该部件包括铜含量大于或等于按质量计0.5％的铝基合金，该方法包括在整个部件上沉积非导电保护层(102)，借助于非导电保护层的区域的激光束进行激光剥离(104)，以便形成未受保护的区域，用三价铬对未受保护的区域进行化学转化(106)以便形成导电保护层，并且对部件进行干燥(108)。
Description
技术领域
本发明涉及包含铝基合金的部件的保护，例如免受腐蚀，该铝基合金含有铜，特别地，按质量计大于0.5％的铜。
背景技术
铝基合金具有轻的优点。然而，它们可易受腐蚀。此外，已知通过进行例如部件的表面的化学转化，保护由铝基合金制成的部件免受腐蚀。
通常地，通过使部件与含有六价铬(或铬VI或Cr VI)的浴液接触而进行这种化学转化处理。该浴液可以由溶液制成，例如像由汉高公司(Henkel)的注册商标1200S通常指定的溶液。这种化学转化处理是铝基合金的铬酸盐处理，在此过程中，该合金在表面处转化，以便在其中沉淀出特别是氢氧化铝和铬酸铝。这种处理允许在部件的表面上产生涂层，该涂层增加了由铝基合金制成的部件的耐腐蚀性。此外，该涂层允许保持涂覆区域的导电性，并且允许通常还基于六价铬的有机涂料的容易和优质的附着。
此外，在所使用的方法中，在整个部件上进行化学转化。然后施加涂料，但是为了保持部件上的电连续性的区域，这些区域中的每个覆盖有抗蚀剂。该操作通常手动进行，例如通过将保护粘合剂施加到待被保持的无涂料的区域。
然而，在应用REACH(“化学品注册、评估、授权和限制(Registration，Evaluation，AuthorizationandRestriction of Chemicals)”的缩写)条例中，六价铬的使用已被禁止。
从三价铬开发了铬酸盐浴溶液。然而，特别是对于含铜的铝基合金，铬酸盐处理不允许保证足够的耐腐蚀性。
因此需要开发新方法，该新方法允许改进铝基合金部件的耐腐蚀性，特别是对于2000和7000系列的铝基合金，并且还简化方法步骤和/或降低生产成本，同时改进方法可靠性。
发明内容
本发明旨在至少部分地克服这些缺点。
本发明涉及一种用于保护部件的方法，所述部件包括铜含量大于或等于按质量计0.5％的铝基合金，该方法包括以下步骤：
-在整个部件上沉积非导电保护层；
-通过激光束对非导电保护层的区域进行激光清洗，以形成具有小于或等于1.8μm的表面粗糙度Ra的未受保护的区域；
-用三价铬化学转化未受保护的区域，以形成导电保护层；
-干燥部件。
用于保护含按质量计至少0.5％的铜的铝基合金部件的方法允许获得处理的部件，该处理的部件被包括导电区域(已经经历化学转化的区域-导电保护层)和非导电区域(带有非导电保护层的区域)的涂层有效地保护，特别是免受腐蚀。根据标准NF EN ISO9227：2017的要求，在暴露于中性盐喷雾168小时之后，在由导电保护层保护的区域上，部件然后具有小于5个点蚀/dm2(平方分米)。要理解的是，非导电保护层不进行化学转化。非导电保护层不被化学转化步骤改变或改性。并且，相反地，非导电保护层不会污染化学转化浴液。因此，用三价铬的化学转化步骤仅在未受保护的区域上发生，在激光清洗步骤期间，已经先前地清洗了未受保护的区域。
作为非限制性实施例，7000系列铝基合金的一部分和2000系列具有按质量计大于或等于0.5％的铜含量。
由于经历化学转化的区域通过激光清洗暴露，因此不再需要施加抗蚀剂的手动步骤。
激光清洗允许将部件暴露给特定区域，在这些特定区域中希望具有用于保护免受腐蚀的导电部分。要理解的是，未受保护的区域的数量不限于一个。在激光清洗步骤期间，仅在其中需要部件与外部元件之间的电连续性的区域中去除非导电腐蚀保护层。因此，在这些未受保护的区域中，部件再次被暴露。表面粗糙度Ra(算术平均偏差)小于或等于1.8μm，清洗区域(即被暴露的区域)具有令人满意的表面条件，并且允许获得处理的部分，该处理的部分在具有包括导电区域和非导电区域的涂层的区域中被有效地保护，特别是免受腐蚀。
用三价铬的化学转化步骤本身是已知的。通常，化学转化浴液的制造商为技术数据表提供实施条件。
作为非限制性实施例，铬酸盐浴液可以是在商标名或/> 下出售的浴液。
在浸入化学转化浴液中之后，将该部件用软化水漂洗，并且干燥。作为非限制性实施例，它可以涉及通过浸入的漂洗，随后通过用软化水喷雾的漂洗。
作为非限制性实施例，可以在环境温度下，在压缩空气中和/或在烘箱中在低于或等于60℃(摄氏度)的温度下进行干燥步骤。要理解的是，可以在室温下使用压缩空气，然后可以在小于或等于60℃的温度下将部件投入研究，直到部件干燥。
在一些实施方式中，表面粗糙度Ra小于或等于1.7μm，优选地小于或等于1.6μm。
在一些实施方式中，未受保护的区域可以在激光清洗之后被清洁。
这个步骤允许去除残余物，例如以粉末的形式，这些残余物可能在激光清洗步骤过程中形成。
在一些实施方式中，可以通过机械刷洗进行未受保护的区域的清洁。
在一些实施方式中，可以通过超声辅助未受保护的区域的清洁。
在一些实施方式中，在化学转化之前，非导电保护层和未受保护的区域可以用溶剂和/或碱性溶液进行脱脂。
当非导电保护层和/或未受保护的区域具有“指纹”型污垢时，这个步骤允许对部件进行脱脂，该“指纹”型污垢可能是由于在先前步骤过程中对部件进行连续处理而产生的。
要理解的是，不借助于酸溶液进行脱脂步骤。
作为非限制性实施例，溶剂可以是乙醇或甲基乙基酮(丁酮-2，根据甲基乙基酮的首字母缩略词也称为MEK)。
作为非限制性实施例，碱性溶液可以是以名称Sococlean A3432销售的溶液。
在一些实施方式中，激光清洗可以借助YAG激光器进行，该YAG激光器具有在包括10kHz与200kHz之间的频率的1064nm的波长。
在一些实施方式中，激光束的轮廓可以是高斯(Gaussian)形的或平顶的。
平顶激光束轮廓也被称为“顶帽”。
在一些实施方式中，可以通过阳极氧化沉积非导电保护层。
在一些实施方式中，激光束可以具有大于或等于4J/cm2的通量。
在一些实施方式中，激光束可以具有小于或等于65J/cm2、优选地小于或等于56J/cm2的通量。
在一些实施方式中，通过阴离子电泳沉积非导电保护层。
在一些实施方式中，激光束可以具有大于或等于4J/cm2的通量，并且激光清洗可以包括一至四遍。
在一些实施方式中，激光束可以具有小于或等于56J/cm2的通量，并且激光清洗可以包括一至四遍。
在一些实施方式中，可以用大于或等于20％，并且小于或等于80％的激光束覆盖率进行激光清洗。
要理解的是，覆盖率可以是在激光束的移动的一个或两个方向上。两个方向上的值可以彼此不同。
作为非限制性实施例，覆盖率在两个方向上可以等于50％。
附图说明
将从参考附图，通过非限制性实施例给出的实施方式的以下说明中显现本发明的目的的其他特征和优点。
图1是示出用于保护包含铝基合金的部件的方法步骤的流程图。
图2是具有非导电保护层的部件的剖视和透视局部示意图。
图3是图2的部件在激光清洗之后的剖视和透视局部示意图。
图4是图3的部件在化学转化和干燥之后的剖视和透视局部示意图。
图5是在用激光进行激光清洗之后的未受保护的区域的显微照片的概要。
在所有附图中，共同的元件由相同的附图标记进行标识。
具体实施方式
图1示出了用于保护、特别是免受腐蚀的包含铝基合金的部件12的方法100，该部件具有按质量计大于或等于0.5％的铜含量。
如图2所示，方法100包括在整个部件12上沉积非导电保护层14的第一步骤102。
将注意的是，图2是元件10的示意性局部剖视图。因此，应当理解，部件12完全被非导电保护层14覆盖。示出了局部剖视图，以便看到部件12和非导电保护层14。
可以通过阳极氧化或阴离子电泳进行沉积保护层14的步骤102。
阳极氧化是一种方法，该方法允许通过将部件12浸入酸浴液中，并且在用作阳极的部件12与反电极之间施加电压，而在部件12的外表面上形成多孔氧化物层。作为非限制性实施例，酸浴液可以是硫酸浴液。沉积保护层的步骤102还包括通过浸入到浸渍和密封浴液中来密封多孔氧化物层的孔，以获得非导电保护层14。此方法是常规方法。
阴离子电泳是通过将部件12浸入到带电涂料浴液中来形成非导电保护层14的方法，并且在施加于用作阳极的部件与反电极之间的电压的作用下，非导电保护层14沉积在部件12上。一旦沉积物达到期望的厚度，沉积物在允许将涂料固定在部件12上和形成非导电保护层14的温度下聚合。
当部件12完全被非导电保护层14涂覆时，部件12被保护免受腐蚀。然而，该保护层是不导电的。
方法100包括借助于非导电保护层14的区域的激光束进行激光清洗的步骤104，以便形成未受保护的区域16，如图3所示。应当理解，部件12暴露在未受保护的区域16中。
可以借助于YAG激光器进行激光清洗104，该YAG激光器具有包括在10kHz与200kHz之间的频率的1064nm的波长。
激光束的轮廓可以是高斯形的或平顶的。
如图3所示，在一个区域中非导电保护层14已经从其去除的部件12具有未受保护的区域16。应当理解，未受保护的区域16的数量不限于一个。图3是示意图，未受保护的区域16被示出为具有正方形的形状。应当理解，该形状不是限制性的，并且未受保护的区域16可以具有任何形状。未受保护的区域16的形状由激光束在非导电保护层14上方通过来限定。
方法100包括用三价铬对未受保护的区域16进行化学转化106，以便形成导电保护层18的步骤，如图4中所示。
如图4中示意性地示出的，非导电保护层14不被化学转化步骤106改变或改性。因此，利用三价铬的化学转化的步骤106仅在未受保护的区域16上发生，未受保护的区域16在激光清洗步骤104期间已经被预先清洗，并且导电保护层18的形成仅在未受保护的区域16的位置处形成。
方法100包括干燥步骤108。作为非限制性实施例，干燥步骤108可以在环境温度下在压缩空气中和/或在烘箱中在小于或等于60℃(摄氏度)的温度下进行。应当理解，可在室温下使用压缩空气，然后可将部件12在小于或等于60℃的温度下投入研究，直至部件12变干。
方法100还可以包括在激光清洗步骤104之后，清洁未受保护的区域16的步骤110。
当一个或多个未受保护的区域16由于激光清洗而被轻尘覆盖时，有利的是清洁未受保护的区域16以去除这些残余物，例如以粉末的形式，这些残余物可能在激光清洗步骤104过程中形成。
可以通过机械刷洗进行未受保护的区域16的清洁110。
可以通过超声辅助未受保护的区域16的清洁110。
方法100还可以包括在激光清洗步骤104之后，非导电保护层14和未受保护的区域16的脱脂步骤112。
可以或不可以在清洁步骤110之后进行脱脂步骤112。
因此，在化学转化106之前，可以用溶剂和/或碱性溶液对部件12和非导电保护层14脱脂112。
当非导电保护层14和/或未受保护的区域16具有“指纹”型污垢时，这个步骤允许对部件进行脱脂，该“指纹”型污垢可能是由于在前述步骤过程中对该部分的连续处理而产生的。
应理解的是脱脂步骤112不是通过酸溶液进行的。
作为非限制性实施例，溶剂可以是乙醇或甲基乙基酮(丁酮-2，根据甲基乙基酮的首字母缩略词也称为MEK)
作为非限制性实施例，碱性溶液可以是以名称Sococlean A3432销售的溶液。
实施例1
使用2024铝基合金(机加工的T351)。该合金的质量组成为0.046％的硅(Si)、0.077％的铁(Fe)、4.4389％的铜(Cu)、0.621％的锰(Mn)、1.416％的镁(Mg)、0.002％的铬(Cr)、0.039％的锌(Zn)、0.0310％的钛(Ti)、0.0007％的硼(B)、0.0013％的锆(Zr)、0.0027％的铅(Pb)、0.0044％的镍(Ni)、0.055％的锡(Sn)、0.0076％的钒(V)，剩余部分由铝和可能的杂质组成。
实施例2
使用铝基合金7175(机加工的T351)。该合金的质量组成为0.041％的硅(Si)、0.083％的铁(Fe)、1.773％的铜(Cu)、0.001％的锰(Mn)、2.490％的镁(Mg)、0.197％的铬(Cr)、5.784％的锌(Zn)、0.0384％的钛(Ti)、0.0009％的硼(B)、0.0037％的锆(Zr)、0.0016％的铅(Pb)、0.0054的镍(Ni)、0.0024％的锡(Sn)、0.0076％的钒(V)，剩余部分由铝和可能的杂质组成。
测试样品
在每个合金中生产了具有150mm×100mm×6mm尺寸的测试样品(实施例1和实施例2)。
非导电保护层
测试样品经历洗涤剂清洁。
非导电保护层14通过在硫酸浴液中的阳极氧化和通过浸入在浸渍/密封浴液来密封孔隙而沉积在所有测试样品上。通过非限制性实施例，非导电保护层14可以具有包括在4μm与20μm之间的厚度。
当离开这些浴液时，用水冲洗测试样品。
激光清洗
激光束是TruMark6130类型的YAG激光器，其具有包括在1kHz与120kHz之间的频率的1064nm的波长。在每个测试样品上清洗1平方分米的未受保护的区域16，也就是说，每个测试样品的基础合金暴露于1平方分米的区域上。
对于实施例1和对于实施例2，用高斯形状的激光束进行五个测试。这些特征在表1中给出。进行单次通过来清洗未受保护的区域。
表1
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 影响的直径(μm) | 50 | 100 | 100 | 100 | 50 |
| 功率(W) | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
| 焦距(mm) | 254 | 254 | 254 | 254 | 254 |
| 脉冲频率(kHz) | 12 | 28 | 35 | 50 | 28 |
| 速度(mm/s) | 450 | 1400 | 1750 | 2500 | 700 |
| 通量(J/cm2) | 64 | 7 | 5 | 4 | 27 |
| 重叠Tx(％) | 25 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| 重叠Ty(％) | 0 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| 相对于表面的倾斜度(°) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
通过考虑激光光斑的直径来定义重叠率，并且在一个方向上的重叠率被定义为等于(1–L/d)，其中L是在给定方向上两个相邻激光光斑的中心与激光光斑的直径之间的距离。因此，50％的重叠率表示两个光斑的中心之间的距离等于激光光斑直径的一半。Tx是方向x上的重叠率，并且Ty是方向y上的重叠率，方向y垂直于方向x。
在这些实施例中，Tx和Ty是相等的。Tx可以不同于Ty。
在未受保护的区域上测量表面粗糙度Ra(算术平均偏差)。对于实施例1，对于测试1和3，表面粗糙度Ra等于0.8μm，对于测试2和4，表面粗糙度Ra等于0.7μm，对于测试5，表面粗糙度Ra等于1.0μm。对于实施例2，表面粗糙度Ra，对于测试1等于1.2μm，对于测试2和3等于0.6μm、对于测试4等于0.55μm，并且对于测试5等于0.8μm。根据标准ISO 25178的要求，使用光学粗糙度测量计，测量表面粗糙度Ra(算术平均偏差)。
未受保护的区域已经被测试，并且都是导电的。
图5示出了来自用激光器II进行的测试的测试样品的未受保护的区域16在相同放大倍数下的显微照片。
清洁
对测试样品进行清洁，例如通过刷洗。
刷洗步骤改善了化学转化后的耐腐蚀性。
脱脂
用浸泡在甲基乙基酮中的布对测试样品脱脂。
化学转化
浴液是SurTec 650浴，具有在蒸馏水中按体积计20％的Surtec 650的理论浓度。该浴液的理论pH是包括在3.7与4之间，并且浴液的理论温度是37.5℃。所测量的值如下：浓度：20.1％；pH：3.9；温度：在100L(升)槽中37.5℃。对测试样品进行手动搅拌。
通过在浴液中浸入1分钟来冲洗测试样品，以便润湿表面，以改变测试样品的表面张力。然后在实际的铬酸盐步骤之前用水冲洗测试样品。然后将测试样品浸入到浴液中4分钟，以进行未受保护的区域16的用三价铬的化学转化步骤，从而形成导电保护层18。
然后，通过浸入水中1分钟，并且通过用水喷雾1分钟，冲洗测试样品。
在导电保护区域18上测量表面粗糙度Ra(算术平均偏差)和表面粗糙度Rz(最大高度)。根据标准ISO 25178的要求，使用光学粗糙度测量计，测量表面粗糙度Ra(算术平均偏差)和表面粗糙度Rz(最大高度)。结果示于表2中。
表2
干燥
然后用压缩空气喷雾，干燥测试样品，以除去过量的水，然后将测试样品置于55℃的烘箱中，直到完全干燥。
盐喷雾试验
根据标准ISO 9227：2017的要求进行盐喷雾试验。试验条件在下面列出。在参考CORROTHERM 610e 1000L的ERICHSEN盐喷雾腐蚀测试室中进行试验。所使用的氯化钠盐(NaCl)是99％纯的。蒸馏水的电导率小于10μS/cm(微西门子/厘米)。该盐溶液具有50g/L(克/升)的浓度，贯穿该试验在该室中的温度包括在34.6℃与35.3℃之间，并且增湿器的温度是50℃。喷雾压力包括在0.93巴与0.96巴之间，收集器中溶液的平均回收率包括在1.26mL/h与1.36mL/h(毫升/小时)之间，收集器中收集的溶液的密度包括在1.031与1.035之间。并且收集器中收集的溶液的pH为6.5。
盐喷雾试验的持续时间最大为168小时，最小为72小时。
在72小时和168小时之后，将测试样品从封闭体中移除，并且视觉观察，以识别缺陷。根据标准NF EN ISO 9227：2017的要求，在暴露于中性盐喷雾168小时之后，试验的所有测测试样品在由导电保护层保护的区域上显示出小于5个点蚀/dm2。
对于根据上述方法处理的某些测试样品，省略刷洗步骤。在一些未清洁的测试样品上，观察到在测试样品边缘上形成的非典型腐蚀(黑色条纹)。(我更倾向于低调处理信息，并且将信息放在这里，以便避免使这个步骤变得必要-它被呈现为非必要的)。
虽然本说明书已经参考具体实施方式进行了描述，但显然的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的一般范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和改变。此外，所讨论的不同实施方式的单独特征可以被组合在附加实施方式中。因此，应该以说明性而非限制性的意义来考虑描述和附图。
Claims (12)
1.一种用于保护部件(21)的方法(100)，所述部件包括铜含量大于或等于按质量计0.5％的铝基合金，所述方法(100)包括以下步骤：
-在整个部件(12)上沉积非导电保护层(14)，(102)；
-借助于非导电保护层(14)的区域的激光束进行激光清洗(104)，以形成具有小于或等于1.8μm的表面粗糙度Ra的未受保护的区域(16)；
-用三价铬化学转化未受保护的区域(16)，以形成导电保护层(18)，(106)；
-干燥部件(12)，(108)。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，在激光清洗(104)之后，清洁未受保护的区域(16)，(110)。
3.根据权利要求2所述的方法(100)，其中，通过机械刷洗进行未受保护的区域(16)的清洁(110)。
4.根据权利要求2所述的方法(100)，其中。通过超声辅助未受保护的区域(16)的清洁(110)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法(100)，其中，在化学转化(106)之前，用溶剂和/或碱性溶液脱脂非导电保护层(14)和未受保护的区域(16)，(112)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法(100)，其中，借助于YAG激光器进行激光清洗(104)，所述YAG激光器具有包括在10kHz与200kHz之间的频率的1064nm的波长。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法(100)，其中，激光束的轮廓是高斯形或平顶的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法(100)，其中，通过阳极氧化，沉积非导电保护层(14)。
9.根据权利要求8所述的方法(100)，其中，激光束具有大于或等于4J/cm2的通量。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的方法(100)，其中，通过阴离子电泳，沉积非导电保护层(14)。
11.根据权利要求10所述的方法(100)，其中，激光束具有大于或等于4J/cm2的通量，并且激光清洗包括一到四遍。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法(100)，其中，用大于或等于20％，并且小于或等于80％的激光束覆盖率进行激光清洗。
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