6060鋁合金表面氧化缺陷分析

李秋梅，劉昌明，馮靜陽，劉兆偉，孫 亮，董劉穎

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003)

鋁合金由于具有一系列優(yōu)良特性，諸如密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、彈性好、抗沖擊性能良好、耐腐蝕、耐磨、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱、易表面著色、良好的加工成型性以及高的回收再生性等[1-2]。隨著技術(shù)的發(fā)展，鋁合金被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶等各個(gè)領(lǐng)域[3-4]，通過均勻化、固溶、時(shí)效以及表面處理等手段可滿足用戶的不同需求。本文以表面氧化后的6060-T6擠壓型材為研究對象，氧化后在同一擠壓型材截面的不同位置出現(xiàn)兩種現(xiàn)象，如圖1(a)為正常區(qū)域，為均勻細(xì)小的晶粒；圖1(b)為斑點(diǎn)區(qū)域，出現(xiàn)較為嚴(yán)重的斑點(diǎn)，在圓框內(nèi)，對出現(xiàn)斑點(diǎn)的型材處表面銑去大約1 mm，再進(jìn)行氧化，出現(xiàn)少量的斑點(diǎn)，如圖1(c)黑色框內(nèi)。針對這種現(xiàn)象，分別對兩種現(xiàn)象進(jìn)行晶粒大小、微區(qū)表面及腐蝕性能研究，以期找到造成斑點(diǎn)的原因。

(a)正常區(qū)域;(b)斑點(diǎn)區(qū)域;(c)銑去斑點(diǎn)區(qū)域

1 試驗(yàn)方案

1)化學(xué)成分：對斑點(diǎn)區(qū)域與正常區(qū)域的成分對比，觀測是否發(fā)生成分不均現(xiàn)象；2)顯微組織：觀察斑點(diǎn)區(qū)域與正常區(qū)域的第二相分布；3)偏光組織：觀察斑點(diǎn)區(qū)域與正常區(qū)域的晶粒等級；4)SEM形貌觀測及EDS成分測試：斑點(diǎn)區(qū)域與正常區(qū)域的微區(qū)表面分析；5)晶間腐蝕：觀測斑點(diǎn)區(qū)域與正常區(qū)域的腐蝕情況，判斷兩個(gè)區(qū)域腐蝕情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 成分

斑點(diǎn)區(qū)域和正常區(qū)域進(jìn)行成分檢測結(jié)果，如表1，兩個(gè)區(qū)域成分相同，在宏觀上元素分布比較均勻。

表1 不同位置合金成分檢測(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

2.2 顯微組織

圖2分別為斑點(diǎn)區(qū)域和正常區(qū)域橫向、縱向顯微組織?？梢钥闯?，大部分由黑色顆粒狀第二相構(gòu)成，第二相分布均勻，均未出現(xiàn)第二相聚集現(xiàn)象。

2.3 偏光組織

由圖3可以看出，無論是橫向還是縱向邊部，斑點(diǎn)區(qū)域晶粒粒徑均大于正常區(qū)域。斑點(diǎn)區(qū)域橫向多為粗大的等軸晶，正常區(qū)域出現(xiàn)細(xì)小的等軸晶；斑點(diǎn)區(qū)域縱向晶粒沿?cái)D壓方向被拉長，有少量的等軸晶；正常區(qū)域中晶粒多為細(xì)小的等軸晶。

2.4 SEM及EDS分析

圖4為不同區(qū)域SEM形貌圖，斑點(diǎn)區(qū)域與正常區(qū)域均出現(xiàn)長條狀的第二相，且斑點(diǎn)區(qū)域第二相尺寸較正常區(qū)域短，結(jié)合圖4與表2可知，在斑點(diǎn)區(qū)域較大的針狀組織主要含有Al、Mg、Si、Fe、C、O、Cl等元素；正常區(qū)域橫向含有Al、Mg、Si、Fe、C、O等元素，縱向含有Al、Mg、Si、C、O等元素。說明在斑點(diǎn)區(qū)域形成粗大的Al-Fe-Si金屬化合物的幾率可能大于正常區(qū)域。同時(shí)，O、Cl元素可能是陽極氧化過程中形成的；C元素可能是制樣過程中拋光液殘留的。

表2 不同位置EDS能譜分析

(a)斑點(diǎn)區(qū)域橫向;(b)斑點(diǎn)區(qū)域縱向;(c)正常區(qū)域橫向;(d)正常區(qū)域縱向

(a)斑點(diǎn)區(qū)域橫向;(b)斑點(diǎn)區(qū)域縱向;(c)正常區(qū)域橫向;(d)正常區(qū)域縱向

(a)斑點(diǎn)區(qū)域橫向;(b)斑點(diǎn)區(qū)域縱向;(c)正常區(qū)域橫向;(d)正常區(qū)域縱向

(a)斑點(diǎn)區(qū)域橫向;(b)斑點(diǎn)區(qū)域縱向;(c)正常區(qū)域橫向;(d)正常區(qū)域縱向

2.5 晶間腐蝕

圖5為晶間腐蝕后的組織照片，斑點(diǎn)區(qū)域橫向腐蝕深度為172.7 μm、縱向?yàn)?5.52 μm；正常區(qū)域橫向腐蝕深度為157.05 μm、縱向?yàn)?7.71 μm，總體來說，斑點(diǎn)區(qū)域晶間腐蝕深度大于正常區(qū)域。

3 分析與討論

針對表面氧化后出現(xiàn)兩種現(xiàn)象，由成分檢測未發(fā)現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，因此進(jìn)行微觀組織觀察，發(fā)現(xiàn)斑點(diǎn)區(qū)域第二相尺寸較正常區(qū)域小。同時(shí)對第二相進(jìn)行EDS分析，斑點(diǎn)區(qū)域第二相主要含有Al、Mg、Si、Fe等元素，可能形成粗大的Al-Fe-Si金屬化合物；正常區(qū)域第二相主要含有Al、Mg、Si等元素，部分含有Fe元素。同時(shí)發(fā)現(xiàn)斑點(diǎn)區(qū)域晶粒粒徑大于正常區(qū)域，晶間腐蝕深度也高于正常區(qū)域。

產(chǎn)生兩種現(xiàn)象的原因及預(yù)防措施如下：

1)斑點(diǎn)區(qū)域含F(xiàn)e相較多，加快周圍氧化速度；陽極氧化時(shí)，含F(xiàn)e相被溶解而進(jìn)入氧化膜中，使氧化膜的顏色變暗，出現(xiàn)局部暗斑[5-6]；可通過減少難熔元素含量及難熔相的形成；保證鑄棒的質(zhì)量，提高熔煉溫度，使難熔元素充分溶解。

2)在擠壓過程中，增大摩擦力，而劇烈摩擦帶來的大變形和高溫也有利于晶粒長大[7]；合理設(shè)計(jì)模具腔室結(jié)構(gòu)，減少斑點(diǎn)區(qū)域擠壓時(shí)的摩擦力。

4 結(jié)論

1)腐蝕斑點(diǎn)可能由游離的Al-Fe-Si相組成，在加工過程中，Al-Fe-Si相發(fā)生偏聚，導(dǎo)致點(diǎn)蝕的發(fā)生；擠壓工藝不當(dāng)，導(dǎo)致擠壓過程中受力不均，部分出現(xiàn)晶粒長大現(xiàn)象。

2)晶粒大小不均，導(dǎo)致材料腐蝕性能出現(xiàn)差異，故無法滿足氧化后表面均一性。