在廈門鋁型材表面斑狀缺陷的成因
2020-02-15 來自: 國際鋁業(yè)（廈門）有限公司 瀏覽次數(shù):1275
在廈門鋁型材經(jīng)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(dāng)或者處理工藝限制等，加工型材表面會(huì)產(chǎn)生各種腐蝕缺陷，如白條、斑點(diǎn)、斑塊等，為了提高鋁型材的表面質(zhì)量，防控表面斑狀腐蝕缺陷，必須加強(qiáng)對斑狀缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入分析。本文將對鋁型材生產(chǎn)過程中幾個(gè)典型步驟產(chǎn)生斑狀缺陷的原因進(jìn)行分析。
一、熔鑄過程中的斑狀缺陷
在鋁型材的熔鑄過程中，形成表面斑狀缺陷的主要原因是合金的化學(xué)成分。在合金中，除了主要元素Mg、Al、Si之外，還有Mn、Fe、Zn等少量元素。適當(dāng)加入這些元素，可有效改善原材料的力學(xué)性與化學(xué)性，但是如果這些元素過量也會(huì)產(chǎn)生負(fù)面作用，因此需嚴(yán)格控制。
經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)證明，如果Zn＞0.02%，一方面氧化處理中如果遇到SO、CI=就可能產(chǎn)生雪花狀斑點(diǎn)；另一方面，在時(shí)效處理過程中析出的介穩(wěn)相η（MgZn2）相時(shí)，在陽極氧化的預(yù)處理中，η相和鋁基體的電化學(xué)位置不同，形成微電池，加快η相周圍鋁基體的溶解速度，此時(shí)相脫落，產(chǎn)生雪花狀斑點(diǎn)。
在鋁型材陽極氧化之前，堿洗中的鋁固溶體Zn發(fā)生溶解反應(yīng)Zn2+，經(jīng)過電極電位校正的鋁由溶液中置換，同時(shí)產(chǎn)生溶解反應(yīng)，加快鋁基體的溶解速度，造成合金中產(chǎn)生雪花狀斑點(diǎn)，且Zn的含量越高，這種情況就會(huì)越嚴(yán)重。還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，當(dāng)合金中的游離Si以及Al―Fe―Si化合物偏析相反應(yīng)時(shí)，相對鋁固溶體呈陰極，堿洗中周圍的鋁首先溶解，并形成雪花斑。
另外，如果偏析相沿晶界中呈現(xiàn)連續(xù)的鏈狀分布狀態(tài)時(shí)，容易產(chǎn)生晶界腐蝕。而合金中的Fe、Zn等元素容易形成α―Fe2SiAl8、β-FeSiAl、T-AlMgZn3等雜質(zhì)相，降低了合金的電化學(xué)性、耐蝕性、氧化著色均勻性以及抗擠壓能力。尤其在Fe元素富集的位置，氧化膜較薄且不夠致密，此陽極區(qū)首先受到腐蝕作用。Mn和Fe生成的金屬間化合物Al6（MnFe），弱化了氧化膜的透明度。
因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)合理控制這些元素，對提高鋁合金效率具有重要意義。為了盡量降低雜質(zhì)的有害影響，在實(shí)際生活中應(yīng)控制元素含量，以（Fe）=0.15～0.20、 ω（Zn）＜0.02％、ω（Si）（Mn）＜0.1％為宜。
二、均勻化處理中的斑狀缺陷
均勻化處理的主要目標(biāo)為細(xì)化晶粒，以避免在后續(xù)加工過程中出現(xiàn)選擇性晶間腐蝕。而產(chǎn)生表面斑點(diǎn)。在鑄錠過程中，強(qiáng)化相Mg2Si以及由于Fe元素加入而產(chǎn)生的β-FeSiAl在錠中連接，呈枝狀分布，對擠壓性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
較多的Mg2Si相在擠壓過程中雖然會(huì)發(fā)生破碎，但是破碎相不會(huì)彌散性散發(fā)在基體中，在時(shí)效過程中，一些Mg2Si相會(huì)發(fā)生異常長大問題。經(jīng)過堿洗優(yōu)先被腐蝕，產(chǎn)生雪花狀腐蝕坑。由于β-FeSiAl和鋁基體的電化學(xué)位置不同，在堿洗時(shí)會(huì)促進(jìn)鋁基體快速溶解，產(chǎn)生蝕坑。
通過科學(xué)的均勻化處理，可促進(jìn)β-FeSiAl相球化，而Mg2Si相則呈針狀，提高組織均勻性，可有效弱化暗斑的形成。經(jīng)實(shí)踐證明，可行均勻化熱處理的標(biāo)準(zhǔn)為：在溫度為560±5℃時(shí)，保溫時(shí)間＞6小時(shí)，當(dāng)溫度約為580℃時(shí)，保溫時(shí)間約為2小時(shí)。
三、擠壓過程中的斑狀缺陷
由于鋁型材的擠壓性能普遍較好，一般實(shí)心型材的擠壓速度約在20-50m/min。但是為了提高鋁型材加工組織均勻度，一般控制擠壓型材出口的速度應(yīng)大于30m/nin。為了強(qiáng)化Mg2Si相可充分在鋁基體中固溶，鋁型材在擠壓過程中的出口溫度應(yīng)大于500℃，但是需要在后續(xù)過程中加強(qiáng)表面處理；但是出口溫度不能超過530℃，否則會(huì)降低鋁型材的表面質(zhì)量，且無法保障尺寸精確度。
由于擠壓處理之前，鑄錠預(yù)加熱溫度約為480℃，為了能提高型材出口溫度在510℃，可適當(dāng)改變擠壓的速度，并調(diào)節(jié)出口溫度。在選擇擠壓工藝時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮鋁型材的力學(xué)性能，對于材料與表面處理質(zhì)量的要求不同，產(chǎn)品采用的工藝參數(shù)也應(yīng)有所區(qū)別。
經(jīng)過一些實(shí)際試驗(yàn)要求，可發(fā)現(xiàn)當(dāng)擠壓型材出口速度控制在37m/min時(shí)，鋁型材的表面處理具有極強(qiáng)性能，且此時(shí)型材出口的溫度正好為510℃，符合要求。可見，若想控制鋁型材的斑點(diǎn)腐蝕，主要措施為：將鑄錠的加熱溫度控制約為480℃，以恰當(dāng)?shù)臄D壓速度工作，保證其出口溫度約510℃。
四、時(shí)效中的斑狀缺陷
在時(shí)效過程中，主要為固溶強(qiáng)化相的析出過程。根據(jù)強(qiáng)化相的性能、分布、大小等，對時(shí)效的影響主要包括時(shí)效時(shí)間與時(shí)效溫度。Al-Mg-Si系的強(qiáng)化相主要是Mg2Si相，其析出的順序主要為:①過飽和固溶體高；②濃度空位GP區(qū)；③針狀共格沉淀相β＂；④棒狀半共格沉淀相β'；⑤板狀穩(wěn)定沉淀相β。
當(dāng)溫度高于200℃的長時(shí)間時(shí)效過程中，或者在時(shí)效產(chǎn)生復(fù)熱的情況下，可能造成β相的異常長大。由于晶粒分布不均勻，造成其電化學(xué)性質(zhì)差異擴(kuò)大。堿洗過程中，Mg2Si相會(huì)提前溶解并形成蝕坑，經(jīng)過氧化形成雪花斑。為了確保在時(shí)效后，鋁型材中的Mg2Si相可細(xì)小彌散分布，一般應(yīng)在200℃保溫時(shí)間1-2小時(shí)，或者在170℃保溫時(shí)間7-10小時(shí)，或者可選擇分段失效的方式，也就是低溫185℃的保溫時(shí)間2.5小時(shí)，到達(dá)205℃的保溫時(shí)間1小時(shí)，將獲得時(shí)效。
五、加工工藝的控制
鋁型材的表面常會(huì)產(chǎn)生斑狀缺陷，而這些缺陷多產(chǎn)生于擠壓過程中，尤其是工藝方法、參數(shù)的確定等，都對鋁型材質(zhì)量十分重要。其一，鋁型材擠壓模具的操作非常關(guān)鍵，不得出現(xiàn)任何缺陷，如果模具的邊緣粗糙、尺寸存在誤差等，都會(huì)影響鋁型材質(zhì)量。其二，由于鋁型材焊接中產(chǎn)生的熱影響，會(huì)造成色調(diào)不均問題。在焊件過程中，在固溶狀態(tài)的表面可能形成著色較差的透明氧化膜，但是處在析出狀態(tài)的表面則會(huì)形成光澤度不佳、透明性差的著色氧化膜。其三，在進(jìn)行車、彎曲、銑等機(jī)器加工時(shí)，切削的粉末附著在鋁型材表面，極易發(fā)生傷痕。為了盡量避免這種傷痕，可以利用砂紙局部加工。
另外，如果在噴砂、拋光、研磨等處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部過熱，造成色調(diào)不均與斑點(diǎn)。而包裝與運(yùn)輸過程中，為了避免鋁型材的劃傷、碰傷等，應(yīng)注意包裝和運(yùn)輸環(huán)節(jié)，減少不必要的損壞。
由上可見，鋁型材產(chǎn)生表面斑狀缺陷的原因諸多，本文針對型材生產(chǎn)過程中的幾個(gè)典型步驟進(jìn)行分析與闡述。在生產(chǎn)過程中，只有探明出現(xiàn)表面斑狀缺陷的原因，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、并積極解決，才能提高鋁型材進(jìn)入市場產(chǎn)品的質(zhì)量，將損失降到最低。另外，質(zhì)檢部門也需對產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，爭取提高鋁型材產(chǎn)品的整體質(zhì)量。