《材料表面与界面》

材料表面与界面调研报告题目:航空用铝合金表面研究

班级:材料化学12-2

学号:1209020208

姓名:宫宝昌

教师:李丽波

哈尔滨理工大学化学与环境工程学院

2014年10月8日

摘要

全面介绍了国内外铝合金在建筑"汽车"航空航天等行业的应用及研究进展，主要阐述了航空航天领域结构胶接在国内外的发展状况"胶接用铝合金表面处理方法的目的"表面处理的机理及分类"影响表面处理质量的工艺参数"现代表面分析技术等#并对近年来国内外应用最广"技术最成熟的磷酸阳极化表面处理技术的应用及优缺点进行了分析，并展望了该领域研究的发展趋势

目录

摘要...................................................................................................................... I 目录............................................................................................................ IV 第1章绪论.. (1)

1.1 意义目的 (1)

1.1.1 铝合金特性简介 (1)

1.1.2 铝合金表面常用的处理方法 (1)

1.1.3 铝基复合材料 (2)

1.1.4 超塑性成型铝合金 (2)

1.1.5 铝锂合金 (3)

第2章铝合金表面氧化现象研究 (5)

2.1.1 表面预处理 (5)

2.1.2阳极化处理 (6)

2.1.3阳极氧化膜生成一般原理 (7)

2.2阳极氧化的种类 (7)

2.3阳极氧化膜结构、性质 (8)

第3章铝合金阳极氧化缺陷 (9)

3.1铝合金阳极氧化缺陷 (9)

3.1.1酸或碱浸蚀 (9)

3.1.2 大气腐蚀 (9)

3.1.3 纸腐蚀(水斑) (10)

3.1.4氧化烧损(烧焦) (10)

3.1.5 粉化 (10)

3.1.6 黑斑(又称热斑或软斑) (10)

总结 (12)

第1章绪论

1.1意义目的

铝合金以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。铝合金通常使用铜、锌、锰、硅、镁等合金元素，20世纪初由德国人Alfred Wilm发明，对飞机发展帮助极大，一次大战后德国铝合金成分被列为国家机密。跟普通的碳钢相比有更轻及耐腐蚀的性能，但抗腐蚀性不如纯铝。在干净、干燥的环境下铝合金的表面会形成保护的氧化层【1】。

复合材料通过交接技术可以形成性能更优的复合材料，在航空领域发挥极大的作用。

1.1.1铝合金特性简介

铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。

1.1.2铝合金表面常用的处理方法

汽车、航空航天领域最常使用结构胶接。主要用来联接部件，承受外部或内部的力，表面处理的目的主要是脱脂，除油，除锈，粗化和表面活化等。获得清洁无污染、表面积大、具有高的表面能、具有较小的浸润角的被胶表面以获得良好的胶接力学性能。表面处理的质量是决定胶接强度的关键因素之一，表面处理的方法很多，国内外学者及工程师们也在不停地探索。目前比较成熟，应用比较广泛的有：化学法、物理化学法、综合法航空航天胶接用的铝合金，其表面处理最常用的方法是化学法和电化学

1.1.3铝基复合材料

铝基复合材料的研究开始于20世纪50年代，近20年来不论从理论上还是从技术上都取得了较大进步。铝基复合材料由于具有密度小、比强度和比刚度高、比弹性模量大、导电导热性好、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、制备工艺灵活等许多优点而引起人们的普遍关注，各国在研发上都投入了大量的人力物力，它是金属基复合材料中研究得最多和最主要的复合材料。铝基复合材料已成为铝合金，甚至是铝锂合金的重要竞争对手[2引。目前开发的铝基复合材料主要有SiC／A1、B／AI、BC／AI、A12O3／Al 等。其中，SiC／A1复合材料被认为最有发展前途，它不仅具有比强度和比刚度高、耐磨性和耐疲劳性好、尺寸稳定性强和热膨胀系数低等优良的力学性能和物理性能，且不需要用扩散层处理包覆纤维，制造成本低，目前已达到实用阶段。B／A1复合材料发展最快，目前美国能制造2m以上的各种B／A1型材、管材等，这些材料用于航空器上，可使质量减轻达到20％。铝基复合材料已经广泛用于制造歼灭机、直升机等大飞机的机翼、方向舵、襟翼、机身、蒙皮等部件[5钔。【2】美国麦道公司在F．15战斗机上使用1．8～2．25 t纤维增强铝基复合材料fiRM)，使战斗机质量减轻2％。前苏联航空材料研究所把硼纤维增强铝基复合材料用于安．28、安．72型飞机机体结构上，在提高可靠性的同时，零件质量减轻达25％,．,40％[55J。但长期以来，由于铝基复合材料还存在着制备工艺复杂、对环境和设备要求严格、成本很高等缺点，因此，其应用还不普遍。

1.1.4超塑性成型铝合金

材料在特定组织结构和变形温度、变形速度条件下，可以呈现出异常高的塑性和较小的变形抗力，这种现象称为超塑性。超塑性成形与一般成

只有很小的应变硬化现象，流动性和填充性都很好。超塑性变形为宏观均匀变形，变形后表面平滑，没有起皱、凹陷、微裂及滑移痕迹等。超性成型作为材料研究一个较新的方向，近年来发展很快。特别是对铝合金超塑性成型的研究，国内外许多学者都进行了大量工作，发现许多铝合金经过特殊的形变热处理、在一定的变形条件下都会呈现出优异的超塑性性能。铝合金的超塑性成型是通过形变热处理得到的小于10 um 的超细晶粒，这些超细晶粒合金在高于半熔点和低应变速率条件下能获得超塑性，可以成形出传统方法难以获得的质量轻、成本低、形状复杂的构件，并且具有成形压力小、模具寿命高、可一次精密成形等许多优点【3】趴。A一300客机上用于保护液压装置的起落架盖板采用超塑性成型工艺取代原来的焊接结构，成本降低一半，且精度得到提高。超塑性成型技术的应用，不仅为铝合金的开发利用提供了新途径，而且也是节约能源、降低成本的有效措施。

1.1.5铝锂合金

铝锂合金是含锂元素的多元铝合金。锂是最轻的金属元素，铝合金中每增加1％锂元素，密度就可减少3％，模量就可增加5％。铝锂合金除了具有质量轻、模量高和强度高的优点外，还具有优良的抗疲劳性能和良好的低温韧性，其强度可与2024、7075等铝合金媲美。鉴于此，铝锂合金已深得航空航天界的喜爱，它作为一种新型航空航天结构材料，已成为美、英、法、俄等发达国家竞相研制、开发的热点。塑韧性较差的2020第一代铝锂合金现已很少使用，1420、2090、8090、8091和2091等低密度、高弹性模量的第二代铝锂合金已进入工业化生产和商品化应用阶段，俄罗斯的雅克．36、苏．27、苏．36、米格一29、米格．33等飞机都大量采用铝锂合金。美国F l5飞机上的侧蒙皮使用的是8090合金板材，F．1 8飞机的