6063铝型材表面“斑状’’缺陷综述

【摘要】对生产过程中引起6063铝型材“斑状”表面缺陷的原因进行分析，为消除斑点、提高产品质量提供了全面的思路和方法。

前言

6063铝型材经阳极氧化后，因其具有良好的耐蚀性和装饰性而广泛地用于建筑、车船制造、室内装璜、家用电器等行业。但在实际生产过程中，会产生各种各样的表面“斑状”缺陷，大致可分为雪花状斑点、黑斑、光泽不一的暗斑，严重影响产品的质量。有的缺陷只有在最后的氧化工序之后才出现，如最让人棘手的“雪花状”暗斑，就是一个典型的例子。近几年来，随着人们生活水平的提高，对产品的表面质量要求也越来越高，表面的“斑状”缺陷引起了人们的普遍关注。其引起的原因很多，贯穿于整个生产过程和使用过程。正确分析生产过程中引起“斑状”缺陷的原因，对于保证产品的质量，具有十分重要的现实意义。

6063铝型材的主要生产过程为：熔铸一均匀化处理一挤压一淬火一时效一阳极氧化。现对生产过程中“斑状”缺陷的成因分析如下。

1．1熔铸

熔铸过程引起暗斑的原因主要是合金的化学成分。合金中除主要的元素Al、Mg、Si外，还有Zn、Fe、Mn等少量的元素。适当的加入这些元素，可以改变材料的力学性能和化学性能uo，过量则会产生坏的影响。文献E2]指出当Zn含量大于0．02％时，在氧化处理中遇到sO．卜、CI‘就会出现雪花状斑点。文献[3]指出，zn含量大于0．02％时，在时效处理过程中析出介稳相11(MgZn。)相，阳极氧化预处理时，11相与铝基体电化学电位不同，形成微电池，促进T1相周围的铝基体溶解，11相脱落，出现雪花状斑点。文献[4]指出，在阳极氧化前碱洗时，铝固溶体中的Zn发生溶解反应生成Zn2+，被电极电位较正的铝从溶液中置换出来，发生溶解一再沉淀效应，从而加速铝基体的溶解，使合金中出现“白圈套黑心”雪花状斑点，Zn的含量越高，此种情况越严重。同时指出，当合金中存在游离的si以及Al—Fe—si化合物的偏析相时，它们相对铝固溶体为阴极，碱洗时使其周围的铝优先溶解，同样形成雪花斑。当偏析相沿晶界上呈连续链状分布时，易出现晶界腐蚀。文献[5]指出，合金中Zn、Fe易形成a—Fe2siAl8、8一FeSiAI、T-AI2MgZn。等杂质相，降低合金的挤压性能、耐蚀性、电化学性、氧化着色的均匀性。文献[6]指出，在Fe富集的地方，氧化膜偏薄，且不致密，作为阳极区首先受到腐蚀。文献[7]指出Mn与Fe生成金属间化合物AI。(MnFe)，降低氧化膜的透明性。所以在实际生产中合理控制这些元素的含量，对提高产品的质量有着十分重要的作用。为尽可能的降低杂质无紊的有害影响，实际生产中应控制w(zn)<0．02％、(Fe)一0．15～0．20、(I)(Mn)<0．1％为宜。

1．2均匀化处理

均匀化处理的目的主要是细化晶粒，防止后续加工过程中出现选择性晶间腐蚀而出现斑点。在铸锭过程中，强化相Mg：Si和由于Fe的加入而形成的8一FeSiAI在锭中相连，成枝状分布。严重影响挤压性能。粗大的M92Si相在挤压时虽有破碎，但破碎相不能弥散地分布于基体中，在后续的时效过程中，部分的Mg。si丰目异常长大。在碱洗过程中优先腐蚀，出现雪花状的腐蚀坑∞J。B—FeSiAI相因与铝基体的电化学电位不同，碱洗时促进铝基体的溶解。出现蚀坑。采用合理的均匀化处理制度，可以使8一FeSiAI相球化，使Mg．2si相细化成针状，增加组织的均匀性，从而降低暗斑形成的可能性。实践证明两种可行的均匀化热处理制度为：温度560士5℃，保温6d,时以上：温度580℃，保温2小时。

1．3挤压

挤压是型材生产的主要工序，合理控制挤压速度、挤压温度，对保证材料的性能(如强度、硬度)及阳极氧化后材料的表面质量，有着十分重要的作用。挤压后的型材要经过淬火、时效处理，淬火的开始温度即为挤压的出口温度。出口温度由挤压温度To和挤压中挤压热效应的温升△T组成。在材料一定时，温升△T与挤压速度成正比。6063铝型材的最佳淬火温度为520～530℃[1¨，所以挤压型材的出口温度不得低于500℃[IS]o温度过高挤压时易形成粗大的再结晶组织，Mg：Si相异常长大，碱洗时易出现蚀坑。同时，高温时铝的粘性大，在挤压时铝粘于挤压模的表面，划伤型材表面，使后续处理时氧化膜不均匀，出现色泽不同的暗斑。温度过低，过饱和固溶体的过饱和度降低，时效后不能达到应有的强度。铝型材的挤压温升一般为30～80℃，所以最佳的挤压温度为430～510℃u“。在保证型材质量的前提下，尽量采用较高的挤压速度。

1．4淬火

淬火的目的是为了快速将型材冷却，以便进行时效，从过饱和的固溶体中析出细小弥散的MgzSi相，使合金得到应有的强度。6063铝型材挤压后一般采用风淬，其淬火敏感温度区域为204 454℃。在此区域内，MgzSi相析出，温度越高，析出的Mg：Si相越大，时效时粗大的Mg：Si相异常长大，在后继的处理过程中易出现蚀坑，故合理的淬火制度可以避免此区域。6063铝型材的淬火敏感速度V。=38℃／rain，当风淬的速度V>Vo时，无M92Si相析出。

1．5时效

时效的过程主要是固溶强化相析出的过程。强化相的分布、性能及大小，影响材料的耐蚀性能和氧化膜分布的疏密，从而在后处理过程中出现不同的斑点。时效制度包括时效温度和时效时间。AIMg—Si系的强化相主要为Mg：si相，时效时的析出顺序为：过饱和固溶体一高浓度空位的GP区一针状的共格沉淀相B”一棒状的半共格沉淀相B7一板状的稳定沉淀相B[H]。文献嘲指出在高于200℃温度长时间时效，或在时效时有复热的过程，都会导致8相在某些晶粒上在碍析出并异常长大。晶粒的不均匀性，使得晶粒的电化学性质的差异增大。碱洗时，已粗化的MgzSi相优先溶解而成为蚀坑，氧化后出现雪花斑。为了保证时效后材料内部的MgzSi相弥散细小分布，现场的经验证明kllJ：200℃保温l～2小时，或者170℃保温7～108,时，或采用分段时效，即低温185℃保温2．5小时，再205℃保温ld,时的时效制度较好。

1．6阳极氧化

在碱洗过程中，若清洗水中的Cl,或S042-浓度高时，易与Zn反应，生成腐蚀斑旧。当pH<3．5时也易出现这种腐蚀Bo。在氧化封孔过程中，封孔液中F一、Na+、A13+、Ni+较高时，易引起斑点状缺陷。F一的浓度的最佳范围u列为0．5～0．89／l，过高或过低都会影响封孔质量。F一作用机理为口51：①与H20中的H十缔合F一+H20SH2F++OH一向Ni2+提供OH一，形成Ni(OH)：沉淀，实现封孔；②H2 F+与AI。O。反应，生成胶状沉淀的络合复化物Al。(OH)aF。，同时促进A1203水解成AI(OH)3，辅助封孔。F过量，在模孔外就形成Ni(OH)：沉淀，影响封孔质量。当封孔液中的Na+、Ae+Ni+含量较高时，F一易与它们生成水溶性低的氟铝酸盐如Na。AIF。等n61，其沉淀的微粒极易吸附在膜表面，形式粉霜。F一不足时，产生的OH一不足，封孔质量不佳。当pH高时易使Ni(OH)2-AI(OH)3沉淀于膜表面，产生粉霜。粉霜的出现使氧化膜的均匀性及封孔质量降低，降低材料的耐蚀性，在使用过程中易出现光泽不一的暗斑或黑斑。所以实际生产中，要求pH<6．5、n(Ni+)：n(F一)一2。封孔槽中SO42-、CI一的出现，降低F一的水化作用，严重时影响封孔质量。

1．7使用环境的影响

阳极氧化后铝型材具有一定的耐蚀性，但也是一个相对的概念。当型材长期处于酸性或碱性环境中，加上局部的氧化膜厚度、封孔度的不同，将会使型材的表面出现局部的表面缺陷。