摘要：化铣是利用强腐蚀溶液，借助有效的保护措施将成形后的零件不需要的部分去除，从而获得零件所需尺寸和形状，是一种特种加工工艺方法。另外，化铣加工不产生切削应力，非常适用于超薄、易变形和大面积零件，它是飞机制造和武器装备发展中不可缺少的一种关键技术。本文详细分析了铝合金的化学铣切加工工艺。
关键词：铝合金；化学铣切；工艺
化学铣切加工（简称化铣）是依靠化学溶液对金属工件表面溶解的一种加工技术，即利用化学溶解的方法加工工件。由于化铣不产生切削应力，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，其应用越来越广泛，已成为制造飞机、宇宙飞船、火箭结构的低温贮箱和电子计算机大规模集成电路元件处理中不可替代的加工方法。
一、铝合金概述
铝合金是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。铝合金作为轻质金属结构材料，具有很多优良的物理、化学和力学性能，其比强度高、密度小，导热、导电性能好，色泽美观，耐蚀性优良，并且能承受较大的冲击载荷，具有优良的切削加工性能，因此，广泛地应用于工业生产、航空航天及军事国防等各个领域。
二、铝合金化学铣切简介
化学铣切简称化铣，也叫做化学加工、湿腐蚀等，是一种相当古老的非传统加工工艺，它是将金属材料要加工的部位暴露在化学介质中进行腐蚀，而不需加工的部位则保护起来，以获得零件所需要的尺寸及形状。化学铣切与一般的机械加工有着本质区别，它是利用化学或电化学腐蚀原理加工零件，通过对化铣液有效的控制，从工件上预先确定的部位、范围及深度上除去基体材料，以获得所需的加工尺寸和尺寸精度，被加工的零件可整个表面蚀除，也可有选择、多台阶或成锥度地蚀除。化学铣切加工是对机械加工的补充和发展，弥补了机械加工所不及的范围，值得在实践上推广应用。铝合金化学铣切是现代航空材料加工方法中一种必不可少的加工方法，对成型零件加工可靠又有效，以其加工无应力的特点，应用越来越广泛。我国从20世纪80年代中期开始吸收国外铝合金的先进化学铣切技术，陆续出现了一些关于铝合金化学铣切工艺研究的报道。化学铣切技术日趋成熟，在最尖端的航天航空工业中，已成为制造飞机、外太空飞行器及导弹等的大型整体结构件的标准加工方法。因此，对铝合金化学铣切加工的研究至关重要。
1、化铣加工的特点。作为一种新型的特种加工技术，化学铣切加工有着以下特点：1）采用化学溶液对基体材料进行化铣加工，是一种无刀痕、无切屑和无工件协调问题的特种切削加工；2）铣切深度与铣切时间在理论上成正比；3）化学铣切加工不仅垂直于工件表面进行，而且平行工件表面进行。在铣切边缘上会自然形成圆角。一般情况下，圆角半径值近似铣切深度，特别用化学铣切加工制造样板时，存在浸蚀比的问题。
2、基本原理。铝合金化铣过程包括铝的溶解过程和合金元素与铝的电化学过程。
1）铝的溶解。化学铣切是金属与介质直接发生化学反应引起的腐蚀。化学铣切的过程主要与化铣液中腐蚀液浓度和化铣温度有关。铝在碱性溶液中的溶解分以下步骤进行：
①表面氧化膜被碱溶液溶解，生成偏铝酸钠：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
②除去保护膜后的铝与水反应置换出氢气：2Al+6H2O=2Al（OH）3↓+3H2↑+Q
③生成的氢氧化铝凝胶溶解在碱溶液中，生成偏铝酸钠：2Al（OH）3+2NaOH=2NaAlO2+4H2O
由此可见，铝跟碱溶液的反应，实际上是铝与水的反应，NaOH的存在只起到了溶解铝的氧化膜和氢氧化铝的作用，促使铝与水迅速反应，整个化铣过程的总反应方程式为：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑+Q
生成物偏铝酸钠易发生水解作用：NaAlO2+2H2O NaOH+Al（OH）3↓
2）合金元素与铝的电化学过程。铝合金不仅只含有铝，而且还含有大量合金元素，如铜、镁、锰、硅等，同时，它们之间相互作用生成许多合金组分和金相体。同时，这些金属元素、合金组分和金相体都存在不同的电极电位，彼此间存在电极电位差。因而在腐蚀介质的作用下铝合金材料内部就会产生大量的微电池。由此可见，铝合金的化学铣切加工过程，不仅有铝的溶解过程，而且还存在着大量的合金元素与Al的电化学腐蚀过程，这两种过程对加工表面性能的影响不同。要提高铝合金化铣加工的表面性能，降低铝合金表面选择性腐蚀，就必须尽量抑制合金元素与Al形成的电化学腐蚀过程。
电化学腐蚀过程指金属与电介质起电化学作用而发生的腐蚀。铝合金在氢氧化钠溶液中发生电化学腐蚀时，介质与金属的电化学作用的总反应可分成两个在相当程度上独立的反应过程：
①阳极过程：金属铝以水化离子的形式进入溶液并把当量的电子留在金属中：
②阴极过程：在阴极上发生氢离子放电过程和重金属阳离子吸收电子被还原的过程：
由于电化学腐蚀过程的存在，铝及铝合金的化学铣切的表面腐蚀作用就存在着不均匀性，这就导致了化学铣切加工后表面粗糙度增大。
三、工艺流程
a）本工艺采用丝网印刷涂保护涂料。
b）制好符合要求的照像底片。
c）丝印准备：可采用铝合金框及合成纤维丝网，按印料粘度选用适当目数的丝网，涂感光胶，干燥后制成合格丝网板待用。
d）选用合适的保护涂层，利用丝网涂复在经过前处理的基体上。
（2）基体前处理→保护涂料→刻型→化学铣切→后处理→成品
a）前处理，有机溶剂式蒸汽除油。
b）漂洗，干燥。
c）涂保护涂料，固化。
d）刻型。
e）化学铣切，后处理。
四、化学铣切液的配制
1、氢氧化钠NaOH 200～250g/L
铝Al3+ 5～6g/L
温度 70～80℃
2/氢氧化钠 NaOH 80～100g/L
铝Al3+ 3～7g/L
硫S2- 40g/L
3/氢氧化钠 NaOH 200～250g/L
铝Al3+ 40～60g/L
硫化钠 Na2S 少许
以上各种腐蚀液的腐蚀速度为0.01～0.05mon/min。
五、注意事项
1、化学铣切应保证温度要求。
2、NaoH（氢氧化钠）浓度不要超过25Og/L。
3、添加剂的加入，可能会引起腐蚀速度的下降。
4、对于大面积腐蚀加工，可选用第1节中（2）的工艺流程；而对于较少面积，且分辨率要求较高的加工表面，可选用第1节中（1）的工艺流程。
六、结语
综上所述，化学铣切加工工艺已被许多工业部门采用，是一种特殊的加工工艺。它通过化学溶液对工件的预定部位进行腐蚀，以获得所需的加工尺寸和加工精度，其是一种无切削刀具、无切屑、无应力和无工件间协调的特殊加工技术。本文阐述了铝合金的化学铣切加工方法和工艺要求。
参考文献：
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[3]周一扬，李澄.铝合金的化学铣切加工[J].模具技术，2015（01）：90-91.
论文作者:王桂峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
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