技術(shù)丨鋁型材6063氧化外觀不良表面斑點(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。

1

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。

2

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。

3

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）

4

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?，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(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。

5

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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鋁型材擠壓模具工作帶長(zhǎng)度的合理選擇與計(jì)算：空心分流模

引言

　　在鋁合金型材擠壓成形過(guò)程中，模具出口處型材擠壓速度的均勻性主要受導(dǎo)流室、分流室形狀、尺寸和工作帶長(zhǎng)度的控制。工作帶又稱(chēng)定徑帶，是型材擠壓模中垂直模具工作端面并用以保證擠壓制品形狀、尺寸和表面質(zhì)量的區(qū)段。

由于工作帶的摩擦阻力可以調(diào)整金屬流速，在導(dǎo)流室、分流室形狀和尺寸一定的條件下，合理設(shè)計(jì)不等長(zhǎng)的工作帶長(zhǎng)度，可以有效提高型材斷面各個(gè)部分金屬的流速均勻性，從而減少擠壓過(guò)程中的附加應(yīng)力和擠壓后工件內(nèi)的殘余應(yīng)力，防止型材的變形與開(kāi)裂。

　　在鋁型材擠壓過(guò)程中，擠壓模工作帶的長(zhǎng)度是影響金屬流速的重要因素。合理設(shè)計(jì)工作帶的長(zhǎng)度，能夠使金屬在?？壮隹谔幜鲃?dòng)均勻，擠出的型材不會(huì)產(chǎn)生扭曲、起浪等缺陷。

　　鋁型材擠壓模的設(shè)計(jì)中，工作帶長(zhǎng)度是設(shè)計(jì)型材?？字匾膸缀螀?shù)之一，直接影響著制品的質(zhì)量。

對(duì)于外形尺寸較小，對(duì)稱(chēng)性較好，各部分壁厚相等或近似相等的簡(jiǎn)單型材來(lái)說(shuō)，模孔各部分的工作帶可取相等或基本相等的長(zhǎng)度，對(duì)于斷面形狀復(fù)雜、壁厚差大、外形輪廓大的型材，在設(shè)計(jì)?？讜r(shí)，要借助于不同的工作帶長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)金屬的流速。

確定型材?？坠ぷ鲙чL(zhǎng)度的基本出發(fā)點(diǎn)是保證型材各區(qū)段上金屬質(zhì)點(diǎn)的流速均等，保證各區(qū)段上金屬質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)應(yīng)力均等。其影響因素主要是型材橫斷面的形狀和型材區(qū)段距擠壓筒中心距離。

定義

一、

擠壓模具工作帶的作用是什么？

　　1、調(diào)整擠壓金屬的流速，使擠壓型材成型；

　　2、確定型材的外形尺寸，也就是定型，是穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的重要部位；

　　3、確保型材表面的粗糙度，使其光滑，易于表面處理；

　　4、控制金屬流動(dòng)，穩(wěn)定制品尺寸和表面質(zhì)量。

二、

擠壓模具工作帶的確定原則是什么？

　　1、小長(zhǎng)度，應(yīng)能保證穩(wěn)定擠壓鋁型材制品截面尺寸，并具有足夠的耐磨性。

　　2、大長(zhǎng)度，應(yīng)根據(jù)擠壓時(shí)金屬與工作帶間大有效接觸長(zhǎng)度來(lái)確定。

　　3、對(duì)于角形，丁字形，槽形，工字形，除在各端部受三面摩擦阻力減短工作帶外，如在同心圓上的模孔，工作帶可以相同。

　　4、截面形狀復(fù)雜且壁厚不等的鋁型材，需根據(jù)壁厚設(shè)計(jì)不等長(zhǎng)的工作帶，在變化懸殊處采取斜過(guò)渡，以免在制別上出棱。

三、

為什么大部分人會(huì)覺(jué)得工作帶難設(shè)計(jì)？

　　很多學(xué)習(xí)擠壓模具設(shè)計(jì)的人都說(shuō)自己什么都會(huì)了就是工作帶不會(huì)設(shè)計(jì)，覺(jué)得擠壓模具設(shè)計(jì)難的地方就是工作帶設(shè)計(jì)了。因?yàn)楣ぷ鲙л^分流孔來(lái)講，比較抽象一些，而且工作帶的設(shè)計(jì)是見(jiàn)人見(jiàn)智，同樣一套模具，三個(gè)人設(shè)計(jì)，可能給出的值完全不同，但是可能三套模具都能擠出料來(lái)，這又是為什么呢？

　　1、首先我們要明白工作帶的作用。工作帶和分流孔作用一樣都是調(diào)整鋁金屬流速的，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是比較容易流出金屬的地方工作帶要長(zhǎng)一點(diǎn)，比如壁厚大的地方、離擠壓中心近的地方工作帶都要長(zhǎng)一點(diǎn)。所以這取決于工作帶一個(gè)位置設(shè)置的值，如果這個(gè)值不同那么其他位置都會(huì)相應(yīng)改變，所以你就會(huì)看到不同的工作帶設(shè)計(jì)方案卻都能出料。因?yàn)樗旧硎且粋€(gè)相對(duì)值而不是絕值。

　　2、分流孔是一個(gè)以形取形的圖像，所以更容易理解一些。但是分流模特別大型工業(yè)型模具設(shè)計(jì)中分流孔比工作帶設(shè)計(jì)更重要、更難把握，是擠壓模具設(shè)計(jì)的重中之重。

　　3、萬(wàn)變不離其宗：配合料型，適孔適量，孔隨型走。

　　4、那工作帶到底怎么設(shè)計(jì)呢，工作帶的設(shè)計(jì)是不是真的那么神秘？

其實(shí)工作帶設(shè)計(jì)也無(wú)非是老生常談同心圓原理，靠近鋁型材擠壓中心部位金屬流速快，則工作帶設(shè)計(jì)的要長(zhǎng)些；型材壁厚寬的地方金屬流速較快，工作帶設(shè)計(jì)的要長(zhǎng)一些，工作帶設(shè)計(jì)按照以下公式：

　　L=t?K1?K2

　　L——工作帶長(zhǎng)度/mm；

　　t——型材壁厚名義尺寸/mm；

　　K1——模子材質(zhì)強(qiáng)度系數(shù)（≈1.5-2.0）；

　　K2——?？孜恢昧魉俨钪?。

鋁型材氧化處理之后要注意什么?

為了能讓鋁型材表面產(chǎn)生堅(jiān)硬，防腐的表層,我們會(huì)對(duì)一些鋁材工件進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理,這種工藝效果,不僅能夠提高鋁型材工件的使用性能,同樣可以完善工件的美觀度。但是在經(jīng)過(guò)鋁材氧化處理后還需要注意一些事項(xiàng),否者對(duì)鋁材工件使用效果不佳,甚至?xí)?dǎo)致鋁材發(fā)生早期損壞現(xiàn)象。

1、熱水沖洗，氧化之后需要用熱水沖洗鋁件，目的是老化膜層。但水溫和時(shí)間要嚴(yán)格控制,水溫過(guò)高膜層減薄,顏色變淡。處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)出現(xiàn)上述類(lèi)似問(wèn)題,適宜的溫度和時(shí)間是:溫度40~50℃時(shí)間0.5~1MIN。

2、干燥，干燥以自然晾干為好,將熱水沖洗完的鋁件斜掛于架子上,讓工作表面的游離水以垂直方向向下流。流至下端角邊的水珠用毛巾吸去,按此法晾干的膜層色彩不受影響,顯得自然。