6063铝合金型材氧化过程中出现“白斑”的原因分析及解决

6063铝合金型材氧化过程中出现“白斑”的原因分析及解决

1 关于白斑

在实际生产中,加工率大(ε> 95 %) ,壁厚较薄(δ≤115 mm) 的T5 状态的6063 铝合金挤压型材在经硫酸阳极氧化处理后,其表面会呈现有规律(而有时无规律) 分布的白色斑点(或无光斑

痕) ;严重时呈现深色斑痕———“白斑”。“白斑”的分布规律及特征是:它是在平行于挤压方向的平面上大致等间距的、呈线状或扁四边形状或不规则星点(片) 状的、相对于基体表面有微小深度而呈凹槽形的一种表面缺陷[5 ,6 ] 。白斑通常分布于型材的一个或几个表面,有时会分布在型材的所有表面(对薄壁空心型材,则是分布于某一平面或曲面的内外两侧) 。

2 原因分析

从金属材料腐蚀的观点看来,白斑这种表面缺陷实质上是6063 铝合金材料发生“剥落腐蚀”的结果。剥落腐蚀是一种浅表面的选择腐蚀,腐蚀是沿着金属表面发展的,其产物的体积往往比发生腐蚀的金属大得多,因而膨胀。一般而言,当铝与呈阴极性的异种金属相邻接时, “剥落腐蚀”程度上升。在电子显微镜下观察发现:“剥落腐蚀”通常沿不溶组成物(如Si , Mg2Si 等) ,或沿晶界进行.

2.1 铸锭质量的影响

6063 铝合金的主要相组成是:α(Al) 固溶体、游离Si (阳极相) 和FeAl3 (阳极相) ;当铁含量大于时,有β(FeSiAl) (阳极相) ;而当铁含量小于时,有α(FeSiAl) (阴极相) ;其他可能的杂质相是:MgZn2 、CuAl2 等。生产中,由于非平衡结晶过程而获得的6063 铝合金铸锭往往存在宏观偏析或晶内偏析现象。因此,铸锭中的Si 、Mg、Zn、Cu 等元素分布不均匀。而一些铝型材加工企业缘于经济方面的因素,一般很少对小规格(如Φ100 mm 以下) 的铸锭进行均匀化退火处理,以消除偏析现象[2 ] ,从而为“白斑”的产生创造了条件。

2.2 挤压—热处理工艺的影响

为提高生产效率,在生产操作中,常采用低温高速挤压,由于挤压速度引起的“热效应”使制品在模具出口处的淬火温度大大提高,而在固定出料台上与表面温度为80～110 ℃(或略低) 的石墨板(或轮) 接触时,型材表面就会因受到“急冷换热”作用而使该部分的合金元素Mg、Si 的浓度比正常部位的偏高一些。在随后的人工时效过程中,该部位就会析出粗大的β′(Mg2Si) ;未经均匀化退火处理且加热温度偏低的6063 铝合金铸锭由于挤压时所引起的“热效应”不足以使型材的淬火温度升高到500 ℃以上,这不但会使铸锭中的一少部分β(Mg2Si) 相保留在型材组织中,还会使高温固溶于α(Al) 基体相中的Mg、Si 元素发生如上述中所讲的变化。这些因素为“白斑”的产生准备了组织上的条件。

2.3 表面碱蚀处理的影响

对Si 含量大于Fe 的含量,过剩Si 在α(Al) 晶内或晶界附近偏聚而形成游离单晶Si相。阴极相Si 与偏析出的阳极相Mg2Si ,或阳极相α(Al) 基体与粗大的阴极相Mg2Si 在碱蚀液中发生了“原

电池效应”; 其结果是:游离Si 周围的α(Al) 固溶体快速溶解或者粗大的Mg2Si 相优先于

α(Al) 固溶体溶解,从而在型材表面留下了一个个浅而平的“腐蚀坑”。

此外,有人提出:白斑与NaAlO2 的水解反应有关。当Al3 + 浓度与总的NaOH 浓度之比大于0135 时,NaAlO2 稳定性下降而水解析出的Al (OH) 3 沉淀在铝材表面,由于水洗不彻底, 也容易出现斑点或块状“白斑”。然而,笔者认为:这主要与碱蚀添加剂中所含结垢抑制剂(如羟基羧酸盐、酒石酸钠等) 的作用有关。具体而言,在稳定的碱蚀工艺条件下,羟基羧酸盐能与Al (OH) 3 发生可逆络合反应而生成可溶性络合阴离子

214 硫酸阳极氧化工艺的影响因素

一般地,当硫酸浓度太高、或电解温度过高、或者氧化槽硫酸溶液中Al3 + 含量大于20 g/ L 时,随着Al3 + 的增加,电离平衡状态被破坏,使硫酸氧化槽中的Al (OH) 3 呈絮状沉淀析出并附着于型材表面沟槽或Al2O3 膜针孔内,清水洗不净,封孔也不易; 风干后,表面即出现白色斑点。

3 解决方法

①严格控制化学成分,要求Si 的过剩量不大于0120 % ,且含Zn 量不大于0105 % ,同时,尽量对铸锭进行均匀化退火处理,处理后采用快速冷却方式对铸锭进行冷却。

②将固定出料台上的首未石墨辊的轴线稍作改造,使其高度可调,有条件的话使用比石黑绝热性更好的材料代替石墨。

③采用下限温度挤压,避免局部过热,或尽量缩短过热时间,使6063 铝合金不足以析出

β′(Mg2Si) 相。

④向碱蚀液中补加质量相当于生成ZnS沉淀两倍的沉淀剂Na2S 或过硫化钠,且碱液中Al3 + 超过控制标准时,要及时补充碱蚀添加剂。