江西輝煌鋁業(yè)有限公司
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鋁型材經(jīng)過(guò)熔鑄、均勻化處理、擠壓、陽(yáng)極氧化等幾大過(guò)程,由于合金成分不當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(guò)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(guò)程中的斑狀缺陷
在鋁型材的熔鑄過(guò)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(guò)量也會(huì )產(chǎn)生負面作用,因此需嚴格控制。
經(jīng)大量實(shí)驗證明,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(guò)程中析出的介穩相η(MgZn2)相時(shí),在陽(yáng)極氧化的預處理中,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?chē)X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(yáng)極氧化之前,堿洗中的鋁固溶體Zn發(fā)生溶解反應Zn2+,經(jīng)過(guò)電極電位校正的鋁由溶液中置換,同時(shí)產(chǎn)生溶解反應,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 )越嚴重。還應認識到,當合金中的游離Si以及Al―Fe―Si化合物偏析相反應時(shí),相對鋁固溶體呈陰極,堿洗中周?chē)匿X首先溶解,并形成雪花斑。
另外,如果偏析相沿晶界中呈現連續的鏈狀分布狀態(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,極大降低了合金的電化學(xué)性、耐蝕性、氧化著(zhù)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(yáng)極區首先受到腐蝕作用。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(guò)程中,應合理控制這些元素,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為細化晶粒,以避免在后續加工過(guò)程中出現選擇性晶間腐蝕。而產(chǎn)生表面斑點(diǎn)。在鑄錠過(guò)程中,強化相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)生嚴重影響。
較多的Mg2Si相在擠壓過(guò)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(guò)程中,一些Mg2Si相會(huì )發(fā)生異常長(cháng)大問(wèn)題。經(jīng)過(guò)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(guò)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準為:在溫度為560±5℃時(shí),保溫時(shí)間>6小時(shí),當溫度約為580℃時(shí),保溫時(shí)間約為2小時(shí)。
三、擠壓過(guò)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大于30m/nin。為了強化Mg2Si相可充分在鋁基體中固溶,鋁型材在擠壓過(guò)程中的出口溫度應大于500℃,但是需要在后續過(guò)程中加強表面處理;但是出口溫度不能超過(guò)530℃,否則會(huì )降低鋁型材的表面質(zhì)量,且無(wú)法保障尺寸精確度。
由于擠壓處理之前,鑄錠預加熱溫度約為480℃,為了能提高型材出口溫度在510℃,可適當改變擠壓的速度,并調節出口溫度。在選擇擠壓工藝時(shí),應優(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)品采用的工藝參數也應有所區別。
經(jīng)過(guò)一些實(shí)際試驗要求,可發(fā)現當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性能,且此時(shí)型材出口的溫度正好為510℃,符合要求??梢?jiàn),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℃,以恰當的擠壓速度工作,保證其出口溫度約510℃。
四、時(shí)效中的斑狀缺陷
在時(shí)效過(guò)程中,主要為固溶強化相的析出過(guò)程。根據強化相的性能、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系的強化相主要是Mg2Si相,其析出的順序主要為:①過(guò)飽和固溶體高;②濃度空位GP區;③針狀共格沉淀相β";④棒狀半共格沉淀相β';⑤板狀穩定沉淀相β。
當溫度高于200℃的長(cháng)時(shí)間時(shí)效過(guò)程中,或者在時(shí)效產(chǎn)生復熱的情況下,可能造成β相的異常長(cháng)大。由于晶粒分布不均勻,造成其電化學(xué)性質(zhì)差異擴大。堿洗過(guò)程中,Mg2Si相會(huì )提前溶解并形成蝕坑,經(jīng)過(guò)氧化形成雪花斑。為了確保在時(shí)效后,鋁型材中的Mg2Si相可細小彌散分布,一般應在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205℃的保溫時(shí)間1小時(shí),將獲得更好時(shí)效。
五、加工工藝的控制
通用鋁型材的表面常會(huì )產(chǎn)生斑狀缺陷,而這些缺陷多產(chǎn)生于擠壓過(guò)程中,尤其是工藝方法、參數的確定等,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 )造成色調不均問(wèn)題。在焊件過(guò)程中,在固溶狀態(tài)的表面可能形成著(zhù)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(zhù)色氧化膜。其三,在進(jìn)行車(chē)、彎曲、銑等機器加工時(shí),切削的粉末附著(zhù)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(guò)熱,造成色調不均與斑點(diǎn)。而包裝與運輸過(guò)程中,為了避免鋁型材的劃傷、碰傷等,應注意包裝和運輸環(huán)節,減少不必要的損壞。
由上可見(jiàn),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(guò)程中的幾個(gè)典型步驟進(jìn)行分析與闡述。在生產(chǎn)過(guò)程中,只有探明出現表面斑狀缺陷的原因,及時(shí)發(fā)現問(wèn)題、并積極解決,才能提高鋁型材進(jìn)入市場(chǎng)產(chǎn)品的質(zhì)量,將損失降到低。另外,質(zhì)檢部門(mén)也需對產(chǎn)品質(zhì)量嚴格把關(guān),爭取提高鋁型材產(chǎn)品的整體質(zhì)量。
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