技術(shù)丨鋁型材6063氧化外觀(guān)不良表面斑點(diǎn)陰陽(yáng)色怎么改善？

生活水平的提高，鋁合金門(mén)窗、鋁合金幕墻的使用越來(lái)越普及，然而不少的鋁合金在使用一段時(shí)間以后，表面出現(xiàn)形態(tài)各異的腐蝕缺陷，其中斑點(diǎn)腐蝕較為常見(jiàn)，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(dá)到控制表面斑點(diǎn)腐蝕的目的，很有必要對(duì)斑點(diǎn)缺陷做深入細(xì)致的分析。本文以6063鋁型材經(jīng)陽(yáng)極氧化后表面出現(xiàn)的斑點(diǎn)腐蝕為研究對(duì)象，分析斑點(diǎn)腐蝕的本質(zhì)、成因及生成機(jī)理，探討產(chǎn)生斑點(diǎn)腐蝕的關(guān)鍵因素。

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斑點(diǎn)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(qiáng)化相Mg2Si，一般在配制合金成分時(shí)人為的使Si元素適量過(guò)剩。因?yàn)殡S著Si含量的增加，合金的晶粒變細(xì)，熱處理效果較好。但另一方面，Si的過(guò)剩也有面作用，使合金的塑性降低，耐蝕性變壞。

研究表明：過(guò)剩Si不僅能形成游離態(tài)的Si相，還會(huì)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(yáng)極相Mg2Si粒子。α相和β相對(duì)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(diǎn)處殘留物的成分主要是游離Si相和AlFeSi相，同時(shí)發(fā)現(xiàn)氯元素在殘留物處也發(fā)生了吸附，這說(shuō)明Cl-參與了腐蝕過(guò)程。腐蝕區(qū)中鋅元素含量較基體高得多，說(shuō)明合金中的雜質(zhì)元素鋅也參與了腐蝕過(guò)程。

　　陽(yáng)極氧化工序中，陽(yáng)極相Mg2Si是合金的點(diǎn)蝕源。在陽(yáng)極氧化堿洗時(shí)，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(lái)，當(dāng)蝕坑聚集在晶粒上就會(huì)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(diǎn)腐蝕蝕坑底部硅含量較其他區(qū)域高。

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斑點(diǎn)腐蝕的成因分析

　　影響斑點(diǎn)腐蝕的主要因素有預(yù)處理過(guò)程中的堿洗溫度、堿洗時(shí)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(duì)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(diǎn)腐蝕分布具有明顯的方向性，因?yàn)檫@個(gè)區(qū)域擠壓時(shí)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(guò)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(zhǎng)大，而且Mg2Si陽(yáng)極相、游離Si、FeSiAl、FeAl3等陰極相優(yōu)先析出，為后續(xù)的斑點(diǎn)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(wèn)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(fù)是陽(yáng)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?chē)腟i、Fe貧乏區(qū)（是陽(yáng)極相）優(yōu)先溶解，而Mg2Si也發(fā)生溶解，結(jié)果陽(yáng)極相周?chē)鶤l的溶解形成了帶有殘留物的腐蝕坑，陽(yáng)極相溶解則形成沒(méi)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(shí)間長(zhǎng)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(wú)殘留物的腐蝕坑，由二者構(gòu)成了前面所述的斑點(diǎn)腐蝕。

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斑點(diǎn)腐蝕生成機(jī)理分析

　　6063是Al-Mg-Si系合金，Mg2Si的時(shí)效強(qiáng)化相。為提高合金強(qiáng)度，生產(chǎn)中常使Si元素含量過(guò)剩，由過(guò)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(diǎn)蝕源。

根據(jù)腐蝕學(xué)理論，陰極質(zhì)點(diǎn)周?chē)年?yáng)極鋁會(huì)優(yōu)先腐蝕，生成的Al3 向陰極擴(kuò)散，而溶液中的OH-向陽(yáng)極擴(kuò)散，終在陰陽(yáng)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(diǎn)。即所謂的斑點(diǎn)腐蝕。相應(yīng)的化學(xué)方程式如下：

Al→Al3 3e（陽(yáng)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(guò)程，促進(jìn)腐蝕不斷擴(kuò)展、加深。

　　Zn元素堿洗時(shí)隨Al的溶解而以Zn（OH）42-和Zn（OH）-3的形式溶于堿液中。又因?yàn)閆n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(shí)，Zn就會(huì)選擇性地沉積在腐蝕坑中的殘留物上，所以會(huì)出現(xiàn)Zn元素偏高的異常現(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(diǎn)腐蝕。

4.2

Cl-的活化作用

　　作為外部因素的Cl-對(duì)斑點(diǎn)腐蝕非常敏感，具有誘發(fā)、加重點(diǎn)蝕的作用。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脫脂酸中的Cl-會(huì)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(shí)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(jìn)一步加強(qiáng)，腐蝕條件更加惡化。

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

4.3

pH值的促進(jìn)作用

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

　　當(dāng)水洗水中pH＞4時(shí)，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(méi)有腐蝕發(fā)生；當(dāng)pH＜2時(shí)，鋁型材表面處于活性溶解狀態(tài)，無(wú)鈍化膜形成，所以也不會(huì)出現(xiàn)斑點(diǎn)腐蝕。

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結(jié)論

　　6063鋁型材斑點(diǎn)腐蝕是因鋁合金中陽(yáng)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(diǎn)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(guò)高，并合理安排時(shí)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(guò)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(qiáng)度好等重要優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)有許多行業(yè)采用鋁型材來(lái)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(jì)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(dá)到模具額定產(chǎn)量，必須采用特殊工藝，嚴(yán)格控制各項(xiàng)生產(chǎn)工藝參數(shù)才能正常進(jìn)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(wèn)題，而導(dǎo)致模具不能擠壓到額定產(chǎn)量，這就需要銷(xiāo)售人員在接單時(shí)與技術(shù)部門(mén)和模具廠(chǎng)進(jìn)行充分溝通。同時(shí)模具設(shè)計(jì)制作部門(mén)需要不斷優(yōu)化模具設(shè)計(jì)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(jī)型進(jìn)行生產(chǎn)。進(jìn)行擠壓生產(chǎn)前，需對(duì)型材截面進(jìn)行充分計(jì)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(lái)確定擠壓機(jī)噸位大小。

　　一般來(lái)講，λ>7-10。當(dāng)λ>8-45時(shí)，模具的使用壽命較長(zhǎng)，型材生產(chǎn)過(guò)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(dòng)難于趨向均勻，并伴隨造成局部應(yīng)力集中。

　　型材生產(chǎn)時(shí)容易塞模和悶車(chē)或形成扭曲波浪，模具容易發(fā)生彈性變形，嚴(yán)重的還會(huì)發(fā)生塑性變形使模具直接報(bào)廢。

陽(yáng)極氧化鋁反應(yīng)機(jī)理

  陽(yáng)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(jìn)一步氧化，其化學(xué)性質(zhì)與氧化鋁相同?？墒桥c一般的氧化膜不同，陽(yáng)極氧化鋁可以用電解上色加以染色。

陽(yáng)極氧化鋁反響機(jī)理——重慶固爾美來(lái)為我們慢慢道來(lái)：      陽(yáng)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(yáng)極效應(yīng)發(fā)作時(shí)，電解槽電壓急劇升高，到達(dá)20～50V，有時(shí)甚至更高。它的發(fā)作對(duì)整個(gè)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(gè)電解系列的平穩(wěn)供電。在處理的辦法上，不過(guò)陽(yáng)極氧化鋁卷板乎有兩種：用效應(yīng)棒（木棒）平息，或下降陽(yáng)極，添加氧化鋁的下料量，以到達(dá)平息陽(yáng)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(yáng)極效應(yīng)的發(fā)作是由于跟著電解進(jìn)程的進(jìn)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_(dá)一定程度后，則有氟分出且與陽(yáng)極炭作用生成炭的氟化物，炭的氟化物在分解時(shí)又分出纖細(xì)的炭粒，這些炭粒附在陽(yáng)極外表上，阻撓了電解質(zhì)與陽(yáng)極的觸摸，使電解質(zhì)不能很好地濕潤(rùn)陽(yáng)極，就像水不能濕潤(rùn)涂油的外表一樣，使電解質(zhì)-陽(yáng)極間構(gòu)成一層導(dǎo)電不良的氣膜，陽(yáng)極過(guò)電壓增大，引起陽(yáng)極效應(yīng)。當(dāng)參加新的氧化鋁后，在陽(yáng)極上又分出氧，氧與炭粉反響，逐步使陽(yáng)極外表喧囂，電阻減小，電解進(jìn)程又趨于正常。

陽(yáng)極氧化鋁出產(chǎn)工藝：

步： 機(jī)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(duì)于現(xiàn)已陽(yáng)極化的零件，若需求重新陽(yáng)極化（鋁合金方通方管），是用堿或許藥劑去掉原來(lái)的陽(yáng)極化表層)；

第四步： 放入稀硫酸中作為陽(yáng)極進(jìn)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）。