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在廈門鋁型材表面斑狀缺陷的成因

2020-02-15  來自: 國際鋁(lv)業(廈門)有限公司 瀏覽次數:716

  在廈門鋁型材經過熔鑄、均勻化處理、擠壓、陽極氧化等幾大過程,由于合金成分不當或者處理工藝限制等,加工型材表面會產生各種腐蝕缺陷,如白條、斑點、斑塊等,為了提高鋁型材的表(biao)面(mian)質量,防控表(biao)面(mian)斑(ban)狀腐蝕缺陷(xian),必須加強對斑(ban)狀缺陷(xian)產生的原因(yin)進行深入(ru)分析。本文將對鋁型材生產過程中幾個典型步驟產生斑(ban)狀缺陷(xian)的原因(yin)進行分析。

一、熔鑄過(guo)程(cheng)中的(de)斑狀缺陷

在鋁型(xing)材的(de)熔鑄過(guo)(guo)程中(zhong),形成(cheng)表面(mian)斑(ban)狀缺陷的(de)主要原因(yin)是(shi)合金(jin)的(de)化(hua)學成(cheng)分。在合金(jin)中(zhong),除了主要元素Mg、Al、Si之外,還(huan)有Mn、Fe、Zn等少量元素。適當加入(ru)這些元素,可有效改善原材料的(de)力(li)學性與化(hua)學性,但(dan)是(shi)如果這些元素過(guo)(guo)量也會產(chan)生負(fu)面(mian)作(zuo)用,因(yin)此需嚴格控制。

  經大量實驗(yan)證(zheng)明,如果Zn>0.02%,一方面(mian)氧化處理(li)中如果遇到SO、CI=就可能產(chan)生(sheng)雪(xue)(xue)花狀斑(ban)點(dian);另一方面(mian),在(zai)時效處理(li)過程中析出的(de)介(jie)穩相(xiang)(xiang)η(MgZn2)相(xiang)(xiang)時,在(zai)陽極(ji)氧化的(de)預處理(li)中,η相(xiang)(xiang)和(he)鋁基(ji)體的(de)電(dian)化學位置不同,形成微電(dian)池,加(jia)快(kuai)η相(xiang)(xiang)周(zhou)圍鋁基(ji)體的(de)溶解速度,此時相(xiang)(xiang)脫落(luo),產(chan)生(sheng)雪(xue)(xue)花狀斑(ban)點(dian)。

在鋁(lv)(lv)型(xing)材(cai)陽極氧化(hua)之前,堿(jian)洗中(zhong)的(de)(de)鋁(lv)(lv)固溶(rong)體Zn發生溶(rong)解(jie)反應Zn2+,經過(guo)電極電位校(xiao)正的(de)(de)鋁(lv)(lv)由溶(rong)液(ye)中(zhong)置換,同時產生溶(rong)解(jie)反應,加快鋁(lv)(lv)基體的(de)(de)溶(rong)解(jie)速度,造成(cheng)合(he)金中(zhong)產生雪花狀斑點,且Zn的(de)(de)含(han)量越高(gao),這種情況就(jiu)會越嚴重。還應認(ren)識到,當(dang)合(he)金中(zhong)的(de)(de)游離(li)Si以及Al―Fe―Si化(hua)合(he)物(wu)偏析相(xiang)反應時,相(xiang)對鋁(lv)(lv)固溶(rong)體呈陰極,堿(jian)洗中(zhong)周圍的(de)(de)鋁(lv)(lv)首先溶(rong)解(jie),并(bing)形(xing)成(cheng)雪花斑。

  另外(wai),如果偏(pian)析(xi)相沿晶界中呈(cheng)現連續的(de)(de)(de)鏈(lian)狀(zhuang)分(fen)布狀(zhuang)態(tai)時,容易(yi)產(chan)生晶界腐(fu)(fu)蝕。而合金中的(de)(de)(de)Fe、Zn等元素容易(yi)形(xing)成α―Fe2SiAl8、β-FeSiAl、T-AlMgZn3等雜質(zhi)相,降(jiang)低了合金的(de)(de)(de)電化學性(xing)、耐蝕性(xing)、氧(yang)化著(zhu)色均勻性(xing)以及(ji)抗擠壓(ya)能力。尤其在Fe元素富集(ji)的(de)(de)(de)位置(zhi),氧(yang)化膜較薄且不夠致密(mi),此陽(yang)極區首先(xian)受到腐(fu)(fu)蝕作用(yong)。Mn和(he)Fe生成的(de)(de)(de)金屬間化合物Al6(MnFe),弱化了氧(yang)化膜的(de)(de)(de)透(tou)明度(du)。

因此在(zai)實際生產(chan)過(guo)程(cheng)中,應(ying)合理控制這些元素(su)(su),對提高(gao)鋁合金(jin)效率具有(you)重要意(yi)義。為(wei)了(le)盡量(liang)(liang)降低雜質(zhi)的(de)有(you)害影響,在(zai)實際生活(huo)中應(ying)控制元素(su)(su)含量(liang)(liang),以(Fe)=0.15~0.20、 ω(Zn)<0.02%、ω(Si)(Mn)<0.1%為(wei)宜。

  二(er)、均勻化處理中的斑(ban)狀缺陷(xian)

  均勻化(hua)處理的(de)主要目(mu)標為(wei)細化(hua)晶粒,以(yi)避免在后續加(jia)工過程中出(chu)現選擇性晶間腐(fu)蝕。而產生(sheng)表面斑點。在鑄錠過程中,強化(hua)相(xiang)Mg2Si以(yi)及由于Fe元素加(jia)入(ru)而產生(sheng)的(de)β-FeSiAl在錠中連接,呈(cheng)枝狀分布,對(dui)擠(ji)壓(ya)性能產生(sheng)嚴重影響。

  較(jiao)多的Mg2Si相(xiang)在擠壓過程(cheng)中雖然(ran)會發(fa)生破(po)碎,但(dan)是破(po)碎相(xiang)不會彌散(san)性散(san)發(fa)在基(ji)體(ti)中,在時(shi)效過程(cheng)中,一些(xie)Mg2Si相(xiang)會發(fa)生異常長大問(wen)題。經過堿(jian)洗優先被腐蝕(shi),產生雪花(hua)狀(zhuang)腐蝕(shi)坑(keng)。由于β-FeSiAl和(he)鋁(lv)基(ji)體(ti)的電化學位置不同,在堿(jian)洗時(shi)會促進鋁(lv)基(ji)體(ti)快速溶(rong)解(jie),產生蝕(shi)坑(keng)。

通(tong)過科學(xue)的(de)均(jun)勻(yun)(yun)化處理,可(ke)(ke)促(cu)進β-FeSiAl相球化,而Mg2Si相則呈針狀(zhuang),提高組(zu)織(zhi)均(jun)勻(yun)(yun)性,可(ke)(ke)有效(xiao)弱化暗斑的(de)形成。經實(shi)踐證明,可(ke)(ke)行均(jun)勻(yun)(yun)化熱處理的(de)標準(zhun)為(wei):在溫(wen)度(du)為(wei)560±5℃時(shi)(shi),保溫(wen)時(shi)(shi)間>6小時(shi)(shi),當溫(wen)度(du)約為(wei)580℃時(shi)(shi),保溫(wen)時(shi)(shi)間約為(wei)2小時(shi)(shi)。

 三、擠壓過(guo)程中(zhong)的斑狀缺陷(xian)

  由于鋁(lv)型材的擠壓性能普遍較好,一(yi)般實心型材的擠壓速(su)度(du)約(yue)在(zai)20-50m/min。但(dan)是(shi)為了提高鋁(lv)型材加(jia)工組織均(jun)勻度(du),一(yi)般控制擠壓型材出(chu)口的速(su)度(du)應大于30m/nin。為了強(qiang)化(hua)Mg2Si相可充(chong)分(fen)在(zai)鋁(lv)基(ji)體中固溶,鋁(lv)型材在(zai)擠壓過程中的出(chu)口溫(wen)度(du)應大于500℃,但(dan)是(shi)需要在(zai)后續過程中加(jia)強(qiang)表(biao)面處理;但(dan)是(shi)出(chu)口溫(wen)度(du)不能超(chao)過530℃,否則會(hui)降(jiang)低鋁(lv)型材的表(biao)面質量,且無(wu)法保障尺寸(cun)精確度(du)。

  由于擠壓處理之(zhi)前,鑄(zhu)錠(ding)預(yu)加熱溫(wen)度約為480℃,為了能提(ti)高(gao)型材(cai)(cai)出口溫(wen)度在510℃,可適(shi)當改變擠壓的(de)速度,并調(diao)節出口溫(wen)度。在選擇擠壓工(gong)藝時,應優先考慮(lv)鋁型材(cai)(cai)的(de)力學性能,對于材(cai)(cai)料(liao)與表面(mian)處理質量的(de)要求不同,產品采用的(de)工(gong)藝參數也應有所區(qu)別。

經過一些實(shi)際試驗要求,可(ke)發現當(dang)(dang)擠(ji)壓型(xing)材(cai)(cai)(cai)(cai)出口(kou)速度控制(zhi)在37m/min時(shi),鋁型(xing)材(cai)(cai)(cai)(cai)的(de)(de)表面處理具有(you)極強(qiang)性(xing)能,且此時(shi)型(xing)材(cai)(cai)(cai)(cai)出口(kou)的(de)(de)溫度正好為510℃,符合要求。可(ke)見(jian),若(ruo)想(xiang)控制(zhi)鋁型(xing)材(cai)(cai)(cai)(cai)的(de)(de)斑點(dian)腐蝕,主要措(cuo)施為:將鑄錠的(de)(de)加熱溫度控制(zhi)約(yue)為480℃,以恰當(dang)(dang)的(de)(de)擠(ji)壓速度工作,保證其出口(kou)溫度約(yue)510℃。


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 四、時效中的斑狀缺陷
  
在時(shi)(shi)效過(guo)程中,主(zhu)要(yao)(yao)為固溶強化(hua)相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)析出(chu)過(guo)程。根據強化(hua)相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)性能(neng)、分布、大小等(deng),對時(shi)(shi)效的(de)影(ying)響主(zhu)要(yao)(yao)包括時(shi)(shi)效時(shi)(shi)間與時(shi)(shi)效溫(wen)度。Al-Mg-Si系的(de)強化(hua)相(xiang)(xiang)(xiang)主(zhu)要(yao)(yao)是(shi)Mg2Si相(xiang)(xiang)(xiang),其(qi)析出(chu)的(de)順序(xu)主(zhu)要(yao)(yao)為:①過(guo)飽和固溶體(ti)高;②濃(nong)度空位GP區(qu);③針狀共(gong)格沉淀(dian)相(xiang)(xiang)(xiang)β";④棒狀半共(gong)格沉淀(dian)相(xiang)(xiang)(xiang)β';⑤板狀穩定沉淀(dian)相(xiang)(xiang)(xiang)β。

  當(dang)溫(wen)(wen)度高于(yu)200℃的(de)(de)(de)長時(shi)(shi)(shi)間(jian)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)過(guo)程(cheng)中,或者在(zai)(zai)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)產(chan)生(sheng)復(fu)熱的(de)(de)(de)情(qing)況下,可能(neng)造(zao)成(cheng)(cheng)β相的(de)(de)(de)異常長大(da)。由于(yu)晶粒分布(bu)不均勻,造(zao)成(cheng)(cheng)其電化(hua)學性質差異擴(kuo)大(da)。堿(jian)洗過(guo)程(cheng)中,Mg2Si相會提前(qian)溶解并形成(cheng)(cheng)蝕坑,經過(guo)氧化(hua)形成(cheng)(cheng)雪花斑。為了確(que)保(bao)在(zai)(zai)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)后,鋁型材中的(de)(de)(de)Mg2Si相可細(xi)小彌散分布(bu),一般應在(zai)(zai)200℃保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)(shi)(shi)間(jian)1-2小時(shi)(shi)(shi),或者在(zai)(zai)170℃保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)(shi)(shi)間(jian)7-10小時(shi)(shi)(shi),或者可選(xuan)擇分段失效(xiao)的(de)(de)(de)方(fang)式(shi),也就是低(di)溫(wen)(wen)185℃的(de)(de)(de)保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)(shi)(shi)間(jian)2.5小時(shi)(shi)(shi),到達205℃的(de)(de)(de)保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)(shi)(shi)間(jian)1小時(shi)(shi)(shi),將獲得時(shi)(shi)(shi)效(xiao)。

 五、加工工藝的控制

  鋁(lv)型(xing)材的(de)表面常會產生斑狀缺(que)(que)陷(xian),而(er)這(zhe)些缺(que)(que)陷(xian)多產生于擠(ji)壓過程中,尤其(qi)是工(gong)藝(yi)方法、參數的(de)確定等,都對鋁(lv)型(xing)材質量(liang)十分重(zhong)要(yao)。其(qi)一,鋁(lv)型(xing)材擠(ji)壓模具(ju)的(de)操作非(fei)常關鍵,不得出現任(ren)何(he)缺(que)(que)陷(xian),如果模具(ju)的(de)邊緣粗糙、尺寸存在(zai)誤差等,都會影響鋁(lv)型(xing)材質量(liang)。其(qi)二,由于鋁(lv)型(xing)材焊(han)接中產生的(de)熱(re)影響,會造成(cheng)色(se)調(diao)不均問題(ti)。在(zai)焊(han)件過程中,在(zai)固溶狀態的(de)表面可能(neng)形成(cheng)著(zhu)色(se)較差的(de)透明(ming)氧化(hua)膜,但是處在(zai)析出狀態的(de)表面則會形成(cheng)光澤度不佳、透明(ming)性差的(de)著(zhu)色(se)氧化(hua)膜。其(qi)三,在(zai)進行車、彎曲、銑等機(ji)器加工(gong)時,切(qie)削的(de)粉末附著(zhu)在(zai)鋁(lv)型(xing)材表面,極易發生傷(shang)痕(hen)。為了盡量(liang)避免這(zhe)種傷(shang)痕(hen),可以利用(yong)砂(sha)紙局部加工(gong)。

  另外(wai),如果在噴砂、拋光(guang)、研磨等處理時(shi)會產生局部(bu)過熱,造(zao)成色調不均與斑點。而包裝(zhuang)與運(yun)輸過程(cheng)中,為了(le)避免(mian)鋁型材的劃傷、碰(peng)傷等,應注(zhu)意包裝(zhuang)和運(yun)輸環節,減少不必要的損壞。

  由上(shang)可見,鋁型(xing)(xing)(xing)材產(chan)生(sheng)表面斑(ban)狀缺陷的(de)(de)原因諸多,本文針對型(xing)(xing)(xing)材生(sheng)產(chan)過(guo)程中(zhong)(zhong)的(de)(de)幾個典型(xing)(xing)(xing)步驟進行(xing)分析(xi)與闡(chan)述。在生(sheng)產(chan)過(guo)程中(zhong)(zhong),只(zhi)有探明(ming)出現(xian)表面斑(ban)狀缺陷的(de)(de)原因,及時發現(xian)問(wen)題、并積極解(jie)決,才能提(ti)高(gao)(gao)鋁型(xing)(xing)(xing)材進入市場產(chan)品的(de)(de)質(zhi)量,將(jiang)損失降到最低(di)。另外(wai),質(zhi)檢部門也(ye)需對產(chan)品質(zhi)量嚴格把關,爭取提(ti)高(gao)(gao)鋁型(xing)(xing)(xing)材產(chan)品的(de)(de)整(zheng)體質(zhi)量。

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