技術(shù)丨鋁型材6063氧化外觀不良表面斑點陰陽色怎么改善？

生活水平的提高，鋁合金門窗、鋁合金幕墻的使用越來越普及，然而不少的鋁合金在使用一段時間以后，表面出現(xiàn)形態(tài)各異的腐蝕缺陷，其中斑點腐蝕較為常見，嚴(yán)重影響鋁型材的使用性能及裝飾效果。

為了合理改善鋁型材的表面質(zhì)量，達到控制表面斑點腐蝕的目的，很有必要對斑點缺陷做深入細致的分析。本文以6063鋁型材經(jīng)陽極氧化后表面出現(xiàn)的斑點腐蝕為研究對象，分析斑點腐蝕的本質(zhì)、成因及生成機理，探討產(chǎn)生斑點腐蝕的關(guān)鍵因素。

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斑點腐蝕的本質(zhì)分析

　　由所使用的6063鋁型材成分可知，為了確保Mg元素充分形成強化相Mg2Si，一般在配制合金成分時人為的使Si元素適量過剩。因為隨著Si含量的增加，合金的晶粒變細，熱處理效果較好。但另一方面，Si的過剩也有面作用，使合金的塑性降低，耐蝕性變壞。

研究表明：過剩Si不僅能形成游離態(tài)的Si相，還會與基體形成α相（Al12Fe2Si）和β相（Al9Fe3Si2），這樣在鋁合金中存在游離態(tài)的Si相、α相（Al12Fe2Si）、β相（Al9Fe3Si2）等陰極相粒子和陽極相Mg2Si粒子。α相和β相對合金的腐蝕性能影響很大，尤其是β相能顯著降低合金的腐蝕性能。

斑點處殘留物的成分主要是游離Si相和AlFeSi相，同時發(fā)現(xiàn)氯元素在殘留物處也發(fā)生了吸附，這說明Cl-參與了腐蝕過程。腐蝕區(qū)中鋅元素含量較基體高得多，說明合金中的雜質(zhì)元素鋅也參與了腐蝕過程。

　　陽極氧化工序中，陽極相Mg2Si是合金的點蝕源。在陽極氧化堿洗時，Mg2Si粒子優(yōu)先溶解而形成蝕坑，其中鎂溶解在溶液中而硅在鋁合金上殘留下來，當(dāng)蝕坑聚集在晶粒上就會使該晶粒顏色發(fā)暗。在硫酸中和工序中硅不易除去，故斑點腐蝕蝕坑底部硅含量較其他區(qū)域高。

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斑點腐蝕的成因分析

　　影響斑點腐蝕的主要因素有預(yù)處理過程中的堿洗溫度、堿洗時間以及合金成分中的Zn、Fe、Si元素含量與合金的擠壓狀態(tài)等。在諸多因素中，擠壓狀態(tài)起著關(guān)鍵性的作用，它關(guān)系到對腐蝕性能有較大影響的Zn、Fe、Si等元素的分布，以及金屬鍵間化合物等粒子的析出位置。

在較粗的擠壓條紋區(qū)中，斑點腐蝕分布具有明顯的方向性，因為這個區(qū)域擠壓時阻力較大，應(yīng)力多在此集中，該處金屬的晶格發(fā)生嚴(yán)重畸變，成為局部高自由能區(qū)，在隨后的再結(jié)晶過程中優(yōu)先形核，為了降低界面能和處于穩(wěn)定態(tài)，此處晶粒不僅異常長大，而且Mg2Si陽極相、游離Si、FeSiAl、FeAl3等陰極相優(yōu)先析出，為后續(xù)的斑點腐蝕創(chuàng)造了條件。

　　由于上述原因，在析出游離Si、FeSiAl、FeAl3等金屬問化合物的晶界附近出現(xiàn)硅鐵元素的貧乏區(qū)，此區(qū)近乎為純鋁，電位為負是陽極，它與金屬間化合物（是陰極）構(gòu)成了微電池，在腐蝕介質(zhì)的作用下，微電池中陰極相（如游離Si、FeSiAl、FeAl3）周圍的Si、Fe貧乏區(qū)（是陽極相）優(yōu)先溶解，而Mg2Si也發(fā)生溶解，結(jié)果陽極相周圍Al的溶解形成了帶有殘留物的腐蝕坑，陽極相溶解則形成沒有殘留物的腐蝕坑。

當(dāng)腐蝕條件繼續(xù)惡化（如溫度上升、堿洗時間長等）的情況下，基體Al繼續(xù)溶解，腐蝕坑向深的方向發(fā)展，于是表面形貌就表現(xiàn)為部分帶有殘留物的腐蝕坑和部分無殘留物的腐蝕坑，由二者構(gòu)成了前面所述的斑點腐蝕。

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斑點腐蝕生成機理分析

　　6063是Al-Mg-Si系合金，Mg2Si的時效強化相。為提高合金強度，生產(chǎn)中常使Si元素含量過剩，由過剩Si便形成了游離Si、FeSiAl相粒子。這些粒子在擠壓工藝不當(dāng)及熱處理不規(guī)范的情況下，可能導(dǎo)致與FeAl3、Mg2Si粒子一起在晶界處偏聚（或偏析），這就構(gòu)成了點蝕源。

根據(jù)腐蝕學(xué)理論，陰極質(zhì)點周圍的陽極鋁會優(yōu)先腐蝕，生成的Al3 向陰極擴散，而溶液中的OH-向陽極擴散，終在陰陽極的界面沉淀出白色絮狀的Al（OH）3，干涸后在鋁材的表面構(gòu)成白點。即所謂的斑點腐蝕。相應(yīng)的化學(xué)方程式如下：

Al→Al3 3e（陽極）

Al3 3OH-→Al（OH）3↓（陰極）

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活性元素的影響

4.1

Zn元素的加速作用

　　固溶在鋁合金中的鋅以“溶解-再沉積”的方式加速晶粒腐蝕，合金表面上沉積的鋅或鐵以及高電位脫溶物FeSiAl和游離硅等陰極性粒子能起到有效的陰極作用，加快溶解氧的還原過程，促進腐蝕不斷擴展、加深。

　　Zn元素堿洗時隨Al的溶解而以Zn（OH）42-和Zn（OH）-3的形式溶于堿液中。又因為Zn的電位（-0.76V）較Al的電位（-1.67V）正，當(dāng)堿液中Zn離子的濃度增至一定數(shù)值時，Zn就會選擇性地沉積在腐蝕坑中的殘留物上，所以會出現(xiàn)Zn元素偏高的異?，F(xiàn)象。另一方面，由于Zn、Al二者的電位差較大，導(dǎo)致微電池中的腐蝕電流很大，陰極性粒子Fe、Si貧乏區(qū)（基本為純鋁）溶解較快，這種腐蝕終表現(xiàn)為斑點腐蝕。

4.2

Cl-的活化作用

　　作為外部因素的Cl-對斑點腐蝕非常敏感，具有誘發(fā)、加重點蝕的作用。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脫脂酸中的Cl-會在鈍化膜缺陷處吸附，并穿透鈍化膜吸附于基體上。

此處的鋁元素由于被活化而迅速溶解，于是鈍化膜被破壞，形成電偶電池結(jié)構(gòu)，在酸性介質(zhì)的作用下，局部腐蝕電流較大，此時Cl-與溶解的A13 發(fā)生如下絡(luò)合反應(yīng)：Al3 Cl- H2O→AlOHCl H ，使溶液的酸性進一步加強，腐蝕條件更加惡化。

當(dāng)Cl-濃度時，絡(luò)合反應(yīng)向右進行，鈍化膜上的活性點會大大增加，在隨后的堿洗過程中優(yōu)先溶解，從而出現(xiàn)較為嚴(yán)重的斑點腐蝕。

4.3

pH值的促進作用

　　水洗水中的pH值小于2或者大于4時，很少發(fā)生斑點腐蝕。顏色發(fā)暗時的晶粒由灰色向黑色轉(zhuǎn)變過程中，水洗槽中的pH值起到了一定的促進作用。

　　當(dāng)水洗水中pH＞4時，鋁型材表面形成的鈍化膜比較完整、致密，H 、Cl-的吸附、活化、破壞作用大大減弱，故型材很少甚至沒有腐蝕發(fā)生；當(dāng)pH＜2時，鋁型材表面處于活性溶解狀態(tài)，無鈍化膜形成，所以也不會出現(xiàn)斑點腐蝕。

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結(jié)論

　　6063鋁型材斑點腐蝕是因鋁合金中陽極相Mg2Si的偏析、粗化引起的，而合金中雜質(zhì)元素Zn及溶液中Cl-和pH值加速了斑點腐蝕的發(fā)生與發(fā)展。

應(yīng)適當(dāng)調(diào)整合金中的鎂硅元素質(zhì)量比，不宜使硅元素含量過高，并合理安排時效制度以防止Mg2Si粒子的偏聚，以免影響鋁型材的腐蝕性能。

控制合金中微量元素Zn以及處理過程中溶液的Cl-濃度和pH值，減輕活性元素的面影響。

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鋁型材截面本身就千變?nèi)f化

　　鋁型材截面本身就千變?nèi)f化，并且鋁擠壓行業(yè)發(fā)展到今天，鋁合金具有重量輕，強度好等重要優(yōu)點，目前已經(jīng)有許多行業(yè)采用鋁型材來代替原有材料。

　　由于部分型材的特殊導(dǎo)致模具由于型材截面特殊，設(shè)計和制作難度較大。如果還是使用采用常規(guī)的擠壓方法往往難于達到模具額定產(chǎn)量，必須采用特殊工藝，嚴(yán)格控制各項生產(chǎn)工藝參數(shù)才能正常進行生產(chǎn)。并且有的模具由于本身型材截面的特殊或模具本身的質(zhì)量問題，而導(dǎo)致模具不能擠壓到額定產(chǎn)量，這就需要銷售人員在接單時與技術(shù)部門和模具廠進行充分溝通。同時模具設(shè)計制作部門需要不斷優(yōu)化模具設(shè)計技術(shù)，提高模具制作精度，提高模具質(zhì)量。

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　　選擇合適的擠壓機型進行生產(chǎn)。進行擠壓生產(chǎn)前，需對型材截面進行充分計算，根據(jù)型材截面的復(fù)雜程度，壁厚大小以及擠壓系數(shù)λ來確定擠壓機噸位大小。

　　一般來講，λ>7-10。當(dāng)λ>8-45時，模具的使用壽命較長，型材生產(chǎn)過程較為順暢。當(dāng)λ>70-80后則屬較難擠壓型材，模具普遍壽命較短。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，越容易導(dǎo)致模具局部剛性不夠，模具腔內(nèi)的金屬流動難于趨向均勻，并伴隨造成局部應(yīng)力集中。

　　型材生產(chǎn)時容易塞模和悶車或形成扭曲波浪，模具容易發(fā)生彈性變形，嚴(yán)重的還會發(fā)生塑性變形使模具直接報廢。

陽極氧化鋁反應(yīng)機理

  陽極氧化鋁是指在鋁及鋁合金外表鍍一層致密氧化鋁為了避免進一步氧化，其化學(xué)性質(zhì)與氧化鋁相同。可是與一般的氧化膜不同，陽極氧化鋁可以用電解上色加以染色。

陽極氧化鋁反響機理——重慶固爾美來為我們慢慢道來：      陽極效應(yīng)是熔鹽電解特有的現(xiàn)象，而以電解鋁出產(chǎn)體現(xiàn)猶為顯著。出產(chǎn)中當(dāng)陽極效應(yīng)發(fā)作時，電解槽電壓急劇升高，到達20～50V，有時甚至更高。它的發(fā)作對整個電解系列產(chǎn)生很大影響，使電流效率下降，影響電解的各技術(shù)指標(biāo)，且使鋁的產(chǎn)量和質(zhì)量下降，破壞了整個電解系列的平穩(wěn)供電。在處理的辦法上，不過陽極氧化鋁卷板乎有兩種：用效應(yīng)棒（木棒）平息，或下降陽極，添加氧化鋁的下料量，以到達平息陽極效應(yīng)的意圖。到現(xiàn)在還未發(fā)現(xiàn)有更好的處理辦法。     陽極效應(yīng)的發(fā)作是由于跟著電解進程的進行，電解質(zhì)中含氧離子逐步削減（鋁合金U型槽鋁），當(dāng)?shù)竭_一定程度后，則有氟分出且與陽極炭作用生成炭的氟化物，炭的氟化物在分解時又分出纖細的炭粒，這些炭粒附在陽極外表上，阻撓了電解質(zhì)與陽極的觸摸，使電解質(zhì)不能很好地濕潤陽極，就像水不能濕潤涂油的外表一樣，使電解質(zhì)-陽極間構(gòu)成一層導(dǎo)電不良的氣膜，陽極過電壓增大，引起陽極效應(yīng)。當(dāng)參加新的氧化鋁后，在陽極上又分出氧，氧與炭粉反響，逐步使陽極外表喧囂，電阻減小，電解進程又趨于正常。

陽極氧化鋁出產(chǎn)工藝：

步： 機械拋光

第二步： 化學(xué)處理去掉某些合金外表的銅成分；

第三步： 清洗去油(對于現(xiàn)已陽極化的零件，若需求重新陽極化（鋁合金方通方管），是用堿或許藥劑去掉原來的陽極化表層)；

第四步： 放入稀硫酸中作為陽極進行通電，生成外表氧化層(是多孔性的，為白色半透明薄膜)；

第五步： 染色；

第六步： 固定（加熱或許用鉻酸鹽溶液使外表氧化層的孔封閉）。