6063铝合金型材雪花斑产生机理及对策

1、2004 N4总第157期科苑论坛铝加工6063铝合金型材雪花斑产生机理及对策齐少山(曲阜远东铝业有限公司 山东曲阜273100)摘要：对6063铝合金型材产生的 “雪花斑”缺陷进行了研究。并通过大量的试验证明，雪花斑产生的主要原因是铝 棒中的含有H,阳极氧化前处理时，H与Al发生原电池反应，产生坑点腐蚀所致。关键词：雪花斑；介稳定相；坑点腐蚀；中和中图分类号：TG115121+313, TG115121+513文献标识码：B文章编号：1005- 4898(2004) 04 - 0027 - 03Causing Mechanism and Countermeasurefor“ Snow2Sha

2、peSpot” for 6063AluminumAlloy ProfilesQI Shao2shan(Qufu Far 2East Aluminum Co Ltd , Qufu , Shandong 273100, China)I1. Ik* Abstract : The defect “snow2shape spot” existed in 6063 aluminum alloy profiles is analyzedThe main cause of “snow2shape spo” is that H2 existed in aluminum rod , and primary bat

3、tery reaction was occurred between H and Al prior to anodizing, thus caused the pit spot 1Keywords : snow shape spot; metastablephase; pitting corrosion; neutralization2004 N4总第157期科苑论坛铝加工2004 N4总第157期科苑论坛铝加工6063铝合金因其良好的可挤压成形 、易氧化、 着色、具有稳定的物理性能，并作为现代建筑门窗 幕墙工程中的主要构架而被广泛采用。但在6063铝合金型材的氧化生产过程中，经常会有不同厂家

4、 铝棒所挤型材在氧化前处理过程中产生一种类似 “雪花”状缺陷的不合格品(行业界简称雪花斑)，给铝型材生产的稳定性和成品率造成很大的影响。其产生原因，众说纷云，但尚未有权威定论，主要 有以下不同观念。收稿日期：2004 -01 0作者简介：齐少山(1972!,男，山东曲阜人，1996年青岛大学 毕业，工程师。从事铝型材质量检验工作。(1) 6063铝合金铸棒Zn、Ga含量较高时如Zn大于0 102 %、Ga大于0 1 03 %时，挤压型材 在氧化前处理中和时，在SO42-和Cl -作用下就会出现雪花状斑点1。(2) 铝棒铸造时除气效果不好，因含有微量气 体(主要为H2),在氧化前处理时被腐蚀 ，

5、内部缺 陷暴露而呈现腐蚀斑 。(3) 铸棒时精炼剂、晶粒细化剂扒渣不净混入 及含有其它杂质。(4) 铝棒铸造用原料及辅料含有某种活泼性微 量杂质，从而氧化时与 H2SO4首先反应，产生局部 腐蚀。(5) 挤压出口冷却不足，形成Mg2SiB介稳定? 27 ?2004 N4总第157期科苑论坛铝加工 1W4-2IWT China Academic Journal hlcctronx Fublishing House- All rights rescued, hltrpwww铝加工科苑论坛2004 N4总第157期相或MgZrn介稳定相,在电解池中,因介稳定相 与铝基体电位不同，形成微电池造成电化学

6、腐蚀2。(6) 前处理中和槽及中和后水洗 HNO3含量不 足或型材在酸性环境浸泡时间过长造成腐蚀 ，形成 黑点。1现象1 1 1型材的雪花斑缺陷有两种不同表面特征(1) 一种为缺陷面积较小的雪花斑，面积 0 18mm210mm2不等，呈鸡爪状，此种情况较为 少见。(2) 另一种为缺陷面积较大的雪花斑 ，面积在 3mm以上，最大有400mnf，为典型的雪花状。1 1 2雪花斑缺陷共同特征(1) 无论型材是否已氧化，雪花斑缺陷中心均 呈现较密集的腐蚀，边缘呈放射状排列。(2) 不同角度下观察呈现黑斑或白斑，但雪花斑缺陷中心均较其周围发暗。1 1 3酸腐蚀斑点及氧化槽受到 Cl-污染氧化后所 产生的

7、黑色斑点与雪花斑现象不同，其主要表现为深度较大面积较小(1 1 5mnf)的黑色坑点，呈分散性分布，氧化膜不连续，甚至发生穿孔。这种 缺陷的存在是致命的，盐雾试验等耐化学性能明显不符国家标准及使用要求，这种型材极易发生腐蚀 而丧失门窗、幕墙的结构性能，这与中和后就能发 现的本文所述的雪花斑截然不同，在此不再讨论。2分析2 1 1宏观分析取表面已呈现雪花斑的型材在10倍读数显微镜下观察发现：雪花斑呈坑点状排列，雪花斑中心 坑点较密，周围较稀疏，由于铝基体本身呈白色,同时由于光的漫反射原因，在不同的角度位置进入眼中的光线不同，也就呈现发乌即黑斑或本色即白 斑特征。2 1 2金相分析在10 X100

8、金相显微镜下观察，雪花斑部位与 无雪花斑部位相比呈云团状，腐蚀中心有类图4似 的湖泊中心的流水状特征，无其它特异性特征。2 1 3电子显微镜扫描分析对已氧化封孔型材表面和有雪花斑腐蚀部位进 行观察照相：图1 a、b为型材正常表面在 15731 95放大倍率下暗场和明场照片，明场下呈麻点状。图1 -c、d型材雪花斑部位在15731 95放大倍率下暗场和明场照片，明场下呈似湖泊中心(腐蚀中心)流水特征，暗场下呈杂乱无章的棒状 排列，这与金相显微镜观察到的现象基本相似。铝加工科苑论坛2004 N4总第157期铝加工科苑论坛2004 N4总第157期图1铝材表面的扫描电镜照片铝加工科苑论坛2004 N

9、4总第157期铝加工科苑论坛2004 N4总第157期由于采用光谱分析和化学分析元素的局限性，有无雪花斑部位 ，九种可分析成分Al、Si、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn、T!、Cr基本无差别 。为进一步 探究元素成分的细微差别，对已氧化封孔型材表面 雪花斑部位进行 X射线能谱分析，以找出异常元? 28 ?素。(见图5、图6)。经对比分析，Cl、K、Ca、Zn元素含量有较大 差异，S、Ni元素为两者均有。铝加工科苑论坛2004 N4总第157期铝加工科苑论坛2004 N4总第157期炽牛姐ChrnoJournal fckclrcMix PujifcilishinE Hnsc- All rigtii

10、s reserved,hrttp於ww我 2004 N4总第157期科苑论坛铝加工（1） S元素的存在与采用HsO4中和和阳极氧化工艺有关,Ni元素与圭寸孔采用 Ni2 +圭寸孔剂有关（2）对异常元素Cl、Ca、K铝棒熔铸时除渣剂 中含有，但由于自来水及井水中均含有一定量的Ca2+、Cl和极微量的K+ ,故不可确定；Zn元素因 槽液为封闭性循环，药料设备及工艺控制中无产生 渠道，其可能与铝棒本身含有有关。292004 N4总第157期科苑论坛铝加工#2004 N4总第157期科苑论坛铝加工AlKaRA.TF = 27CPS Tlkfi = lOBLSECFS-I685CNTLuiPRSTaDC

11、SEC,_J1CN? 0.01KFV lfcV/Ch B EDAX#2004 N4总第157期科苑论坛铝加工#2004 N4总第157期科苑论坛铝加工图2型材表面X射线谱分析#2004 N4总第157期科苑论坛铝加工#2004 N4总第157期科苑论坛铝加工3试验针对以上可能原因及原因分析，为避嫌疑保持 公正立场，本公司在供应方质量人员的监督配合下 做了以下对比实验。3 11采用山东电解铝厂与已批量出现雪花斑批号 铝棒在相同的生产工艺条件下：包括同一机台同一型号同一模具同一挂同一时间段采用同一挤压氧化 工艺处理（风冷淬火、时效及前处理），中和后仍 然出现，而山东电解铝厂所产型材仍未出现类似情

12、况。此实验证明雪花斑的出现与现行挤压工艺、氧化工艺基本无关，其产生有其它原因。3 1 2由于雪花斑的产生在氧化之前中和后显现，为进一步排除槽液中Cl-、CjT、K+、Zn2+等怀疑元素的影响，我们又采用纯水配制试验槽液（包括脱脂槽、碱蚀槽、中和槽及水洗槽液），以及人 为性制造槽液条件加入CaC2、KCl溶液对山东电解铝厂铝棒所产型材做破坏性试验，经试验表明前处理槽液CI-、CeT含量较高时，山东电解铝厂铝 棒所产型材仍未出现雪花斑，但已出现雪花斑批号铝棒所产型材在槽液中排除了Cl -、Ca2+、K+、Zr2+后仍然出现。可以说雪花斑型材的出现基本与 槽液中排除了 Cl -、CeT、K+无直接关

13、系，但因 除渣剂中含有，故X射线能谱分析中Cl-、Ca2+、K+异常含量可能与除渣不净，除渣剂混入铸棒中有关。3 1 3包头某铝厂采用延长除渣静置时间采用陶瓷 过滤板过滤并规范扒渣操作，晶粒细化剂由钛硼砂改为铝钛硼丝细化，同时强化工艺执行操作进行铝 棒熔铸。经对其所铸铝棒产型材作了对比实验，实践表明：在采取上述措施后雪花斑仍然产生但比例 有所减少。3 1 4采用高纯氮除气对比实验对包头某铝厂采用高纯氮除气后铝棒改善情况 及广东韶关模具型材厂采用高纯氮除气 、未用高纯 氮除气及山东电解铝厂铝棒做了比对实验 。实验表 明：采用高纯氮除气后，雪花斑型材产生机率大大 减少，雪花斑面积亦呈减小状况 。说

14、明雪花斑的产 生与铝棒中H2含量有关。3 1 5为进一步证明上述实验结果，根据淄博某铝 厂在熔铸设备改造前铝棒使用质量情况：其高低炉在2000年初为充分利用高炉余热进行了改造，但正是改造完后所供铝棒均不同程度大批量出现雪花 斑废品，在多次查找原因未果的情况下，2001年8月采用单个熔铸线改回按正常工艺生产对比，此熔铸线后来所产铝棒产生雪花斑缺陷型材明显减少，后来又采用高纯 N2除气，延长熔炼静置时间，基 本已予解决。也间接性证明，雪花斑的产生与H有较大的关系，而其第一次高低炉改造后由于部分 水蒸气以电解 H溶存于低炉铝液中而导致大量产 生雪花斑型材缺陷。4综合分析结论及对策（下转第33页）30

15、2004 N4总第157期科苑论坛铝加工#2004 N4总第157期科苑论坛铝加工Chimia Academic Journal hkctronx PofalisliingAll righis rcscrcd. MpKwww criki.ncr#2004 N4总第157期科苑论坛铝加工剂，同时润滑剂粘度与轧制速度匹配；(C)采用最佳压下率轧制。(2) 采用清辊器,以清除附于轧辊表面的粉 屑；将润滑油在轧制过程中所积累的铝粉和杂质在 循环系统中过滤干净。(3) 采用低粗糙度和清洁干净的铝坯料板带(4) 采用可升降的光泽辊调整喂料高度以使铝 材上下表面质量一致。确测定带材速度,从而给定导路辊准确的

16、速度信 号。导路辊表面状况：一是导路辊表面的损伤及变 形情况，二是导路辊表面粘附异物的情况。开卷和卷取的张力给定：本道次开卷张力必须 小于上道次的卷取张力，否则容易产生层间擦伤 开卷张力必须保证带材尽可能与入口偏导辊的辊面 有效贴合。332004 N4总第157期科苑论坛铝加工#2004 N4总第157期科苑论坛铝加工2辊缝外轧件表面质量控制辊缝外轧件表面质量控制关键，在于确保轧件 在进入辊缝之前和离开辊缝之后，轧件表面不产生 本道次缺陷。影响辊缝外轧件表面质量的主要因素有 ：导辊 与带材间运行的同步性；导路表面状态；开卷和卷 取的张力给定；杂物进入。影响导路辊与带材间运行的同步性的主要因 素

17、：一是机械卡阻；二是电气动态补偿不够或速度 给定信号不对，对于机械卡阻，一是减少导辊的惯 量，二是增加轴承的灵活性。对于电气动态补偿不 够或速度给定信号不对 ，一是调整动态补偿，二是 修改速度给定信号，三是采用激光或白光测速，准3结论轧机辊缝内产生的任何表面缺陷，只要认真分析轧件、轧辊和轧制油这三大要素的实际状况，并不断优化这三大要素的配合，就能较好地解决这些 表面现象缺陷，生产出优质的表面。轧机辊缝外的表面缺陷，工艺问题相对容易解 决，更多的问题需要设备人员的配合才能解决。参考文献1 罗春辉1铝材轧制工艺润滑与表面质量J 1润滑与密封,1995 (1) , 42492 叶茂1金属塑性加工中摩

18、擦润滑原理及应用M 1沈阳：东北工学院出版社,1990#2004 N4总第157期科苑论坛铝加工#2004 N4总第157期科苑论坛铝加工(上接第29页)4 1 1雪花斑部位Cl-、Ca+、K+含量异常与铝棒 熔铸时扒渣不净微量除渣剂混入铝棒有关，故应严格熔炼扒渣操作，适当延长除渣静置时间，采用细 孔目陶瓷过滤板过滤，可有效消除渣剂的影响。4 1 2由于铝棒铸造时除气效果不良，铸棒中所含有的微量气体H2挤压时带入型材并为铝基体所覆 盖，在前处理时由于 H与Al的电位差形成原电池 与H2接触部位Al腐蚀速度较快，产生一种坑点腐 蚀1随着腐蚀的加深，材料的内部缺陷予以表现而 呈现雪片状斑点。4 1

19、 3经化学分析及试验观察 ，Zn含量高低不是 其产生主要决定因素，但高于0 1 02 %挤压时易产 生MgZrn介稳定相，由于介稳定相与 Al基体电位 不同，形成微电池，产生电化学腐蚀，随着腐蚀的 加深，n相从基体脱落，腐蚀中止。在试验同时发 现部分Zn达到0 1 06%铝棒所产型材仍未出现雪花斑缺陷，这说明可能由于淬火条件的细微变化，n介稳定定相未形成。但铝棒中Zn含量高是雪花斑 产生的隐患之一，在生产中必须予以消除，Zn含量应控制在0 1 02 %以下。由于各个厂家产生的原因不同，笔者认为：除H效果不良，铸棒中混入 H2是6063铝合金型材产 生雪花斑的原因；Zn含量偏高(超过0 1 02