陽(yáng)極氧化后鋁合金工件表面暗線及亮線的成因及對(duì)策

丁小理，高森田

（廣東和勝工業(yè)鋁材股份有限公司，中山 528400）

陽(yáng)極氧化后鋁合金工件表面暗線及亮線的成因及對(duì)策

丁小理，高森田

（廣東和勝工業(yè)鋁材股份有限公司，中山 528400）

探討了陽(yáng)極工件表面暗線及亮線的產(chǎn)生原因，并提出解決方法。重新氧化返工結(jié)果顯示，大部分產(chǎn)品表面缺陷現(xiàn)象無(wú)法去除。若重新熱處理及陽(yáng)極表面處理，氧化表面暗或亮線條缺陷可消除，缺陷區(qū)域硬度亦可恢復(fù)并與其它區(qū)域相同。

陽(yáng)極氧化；表面暗線；亮線； 氧化線條；硬度；電導(dǎo)率

0 前言

鋁合金的陽(yáng)極氧化處理可以把原材表面輕微的碰刮傷以及細(xì)微模線消除，起到化妝美化作用。但部分原材看不到或隱藏的不易檢查發(fā)現(xiàn)的缺陷如焊合線條、暗亮線紋、粗大晶粒、黑斑、暗線、亮線及白線等等問(wèn)題在陽(yáng)極氧化后的工件明顯顯露[1、2]。這些缺陷可能屬鑄錠材料、擠壓、模具或冶金問(wèn)題等等，需要實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及分析探討方可根本解決[3]。

鋁及鋁合金的陽(yáng)極氧化處理，一般工序?yàn)榍疤幚怼㈥?yáng)極氧化、染色、封孔等。其中前處理一般包括除油、堿蝕、中和、水洗等子工序，主要目的是去除原材自然氧化膜，并把鋁材表面非鋁的物質(zhì)去除，露出鋁基體，以便后續(xù)的氧化工序可順利形成連續(xù)的氧化膜，提高材料的耐磨性、耐蝕性，并改善產(chǎn)品的美觀。鋁合金產(chǎn)品的晶界及化合物顆粒在陽(yáng)極前處理的制程中較容易腐蝕，故前處理腐蝕后的坑洞或晶界不同，可能會(huì)引起視覺(jué)感觀差異，形成客戶不能接受的缺陷[3]。陽(yáng)極的表面問(wèn)題除受前處理?xiàng)l件影響外，也可能是擠錠、擠壓設(shè)備工裝、工藝、模具等原因，這些問(wèn)題需要正確的分析才能找到問(wèn)題原因及對(duì)策。

大部分的擠壓工廠會(huì)使用石墨板或石墨塊，擠壓型材或圓管時(shí)在模具出口及淬火冷卻區(qū)之間用石墨材料調(diào)整或控制擠壓型材的水位及滑出，但型材在高溫狀態(tài)與不穩(wěn)定石墨材料的摩擦區(qū)域可能產(chǎn)生材料的冶金變化，這種變化會(huì)使摩擦位置與其它位置的冶金性能不同，造成本篇探討的陽(yáng)極工件表面暗線及亮線問(wèn)題。下面就此問(wèn)題進(jìn)行了深入探討和分析。

1 試驗(yàn)方法

6061熱頂鑄造鑄棒經(jīng)均質(zhì)處理后進(jìn)行批量生產(chǎn)，生產(chǎn)外徑30mm厚度1.5mm鋁管，擠壓時(shí)型材工件出口下墊有石墨板，圓管型材出口溫度約530℃，離開石墨板后用霧冷裝置進(jìn)行淬火冷卻，拉直后鋁管進(jìn)行時(shí)效處理（170℃×8h），隨后鋸切拋光，進(jìn)行陽(yáng)極本色氧化處理。氧化后部分產(chǎn)品有暗線及亮線缺陷。針對(duì)異常缺陷工件進(jìn)行硬度、導(dǎo)電度、金相分析及返工處理。維式硬度(HV)測(cè)量表面亮線及其周圍區(qū)域硬度，試樣取橫切面近表面位置的正常區(qū)域、亮線區(qū)及正常位置等區(qū)域每隔100μm位置測(cè)量一點(diǎn)，總計(jì)20點(diǎn)，測(cè)量條件為負(fù)荷10g，時(shí)間10s，微硬度鉆子呈現(xiàn)完全菱形形狀。

將有氧化缺陷的產(chǎn)品退膜、打磨、重噴砂，以不同陽(yáng)極生產(chǎn)線及前處理工藝再進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理分析。

將有氧化缺陷的產(chǎn)品退氧化膜，并把黑斑區(qū)域重新打磨，再次進(jìn)行固溶（540℃×1h）及淬火處理，淬火后進(jìn)行時(shí)效處理（170℃×8h）。熱處理完的工件再進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理及檢測(cè)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 目視檢查

6061鋁管經(jīng)陽(yáng)極本色氧化處理，氧化后有部分產(chǎn)品有暗線及亮線缺陷，分別見圖1（a）及圖1（b）所示。把有氧化缺陷的產(chǎn)品退膜、打磨、重噴砂，以相同陽(yáng)極生產(chǎn)線及前處理工藝進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，重新氧化后暗線或亮線大部分仍然存在。

圖1 鋁管經(jīng)陽(yáng)極本色氧化處理后的表面缺陷

2.2 硬度檢查

使用巴氏硬度計(jì)測(cè)量表面暗線斑及其周圍區(qū)域硬度，表面暗線斑區(qū)域硬度多在HBa72～74間，而色澤正常區(qū)域硬度多在HBa82～84間。數(shù)據(jù)顯示表面暗線區(qū)域硬度偏低。

使用維式硬度(HV)測(cè)量表面亮線及其周圍區(qū)域硬度，每隔100μm位置測(cè)量一點(diǎn)，結(jié)果如表1所示。表1顯示亮線區(qū)(9～12) 位置微硬度約HV128及正常位置(1～8亮線，13～20亮線)正常區(qū)域微硬度約HV115，表面亮線區(qū)域硬度較周圍正常區(qū)域略高。

表1 表面亮線及其周圍區(qū)域微硬度測(cè)量值

2.3 電導(dǎo)率檢查

使用渦流導(dǎo)電儀測(cè)量導(dǎo)電率，陽(yáng)極表面暗線斑區(qū)域?qū)щ娐识嘣?7～48 IACS%，而色澤正常區(qū)域?qū)щ娐识嘣?5～46 IACS%。相同6061同批材料的導(dǎo)電率與熱處理狀態(tài)有一定的關(guān)聯(lián)，一般而言，淬火態(tài)的固熔程度愈低電導(dǎo)率愈高，固熔程度低則存在更多粗大Mg2Si強(qiáng)化相顆粒[3、4]。析出狀態(tài)下，析出顆粒越大，電導(dǎo)率越高及硬度愈低。由于屬同一鑄次6061的同一支長(zhǎng)度370mm鋁管，排除化學(xué)成分差異，推測(cè)表面黑線斑區(qū)域和色澤正常區(qū)域的固熔程度不同，黑線斑區(qū)域粗大Mg2Si顆粒多，導(dǎo)電率較高，硬度較低。暗線斑區(qū)域固熔程度較低。反之，亮線區(qū)域可能是固熔程度較其它區(qū)域高而產(chǎn)生的陽(yáng)極表面線條缺陷。暗線區(qū)域及亮線區(qū)域兩者都是型材與石墨摩擦的位置，在淬火時(shí)效處理后與其它區(qū)域產(chǎn)生不同的性質(zhì)并因而產(chǎn)生陽(yáng)極線條缺陷。

2.4 金相分析

使用光學(xué)顯微鏡分別進(jìn)行陽(yáng)極表面黑線斑區(qū)域和色澤正常區(qū)域的檢查，結(jié)果見圖2。圖2（a）的金相顯示表面色澤正常區(qū)域的晶粒晶界清晰，似乎顯示粗大顆粒較少。圖2（b）黑線斑區(qū)域的金相顯示晶界不明顯，似乎也說(shuō)明粗大顆粒物較多，但兩區(qū)域的晶粒大小似乎無(wú)差異。

圖2 表面黑線斑區(qū)域和色澤正常區(qū)域顯微組織

陽(yáng)極表面亮線區(qū)域和色澤正常區(qū)域的光學(xué)顯微鏡觀察如圖3所示，金相也顯示陽(yáng)極表面亮線斑區(qū)域及色澤正常區(qū)域的晶粒型態(tài)及大小無(wú)差異。

圖3 陽(yáng)極表面亮線斑區(qū)域及色澤正常區(qū)域的金相

2.5 重新陽(yáng)極氧化

將有氧化黑暗線缺陷的產(chǎn)品退膜、打磨、重噴砂，以不同陽(yáng)極生產(chǎn)線及前處理工藝進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，結(jié)果如表2所示。通過(guò)問(wèn)題品不同產(chǎn)線不同前處理工藝，重新返工結(jié)果顯示，黑斑現(xiàn)象經(jīng)重新打磨、重新噴砂氧化處理后仍有80%左右產(chǎn)品表面黑斑現(xiàn)象無(wú)法去除。前處理?xiàng)l件不同，結(jié)果相差不多，進(jìn)一步驗(yàn)證非陽(yáng)極氧化處理工序工藝不當(dāng)引起，而是線條區(qū)域是石墨板摩擦造成淬火固溶程度不同的冶金變化。此一異常區(qū)域有深度上的差異造成陽(yáng)極返工后小部分工件可消除表面線條缺陷。

表2 重新陽(yáng)極氧化處理的返工不良率

2.6 重新固溶時(shí)效處理

取不良品退氧化膜并打磨，再次進(jìn)行540℃×1h固溶熱處理及水淬，時(shí)效處理170℃×8h。重新按原陽(yáng)極表面處理流程，氧化線條缺陷全部消除，如圖4所示。使用韋伯氏硬度檢測(cè)，重新熱處理前暗線區(qū)域硬度為HW11，而正常區(qū)域硬度為HW16。將產(chǎn)品退膜，重新固溶（540℃×1h）及時(shí)效處理（170℃×8h）后，原黑線斑區(qū)域硬度亦可提升至HW16，與其它區(qū)域相同。

圖4 重新固溶淬火時(shí)效的氧化鋁管

通過(guò)硬度、導(dǎo)電率、金相檢查分析及重新固熔淬火及時(shí)效等試驗(yàn)，可說(shuō)明陽(yáng)極氧化后表面黑線及亮線應(yīng)由擠壓在線固溶淬火差異引起。擠壓過(guò)程中型材與石墨板接觸摩擦，若該區(qū)域散熱快，在進(jìn)入強(qiáng)淬火區(qū)前型材溫度已降至析出區(qū)溫度以下，則造成淬火固溶程度不同，析出較多的粗大Mg2Si顆粒，導(dǎo)致硬度較低電導(dǎo)率較高，陽(yáng)極處理后表面較其他區(qū)域暗淡。反之，型材與石墨板接觸摩擦，若該區(qū)域散熱慢，保溫性能良好，則該部分淬火固溶程度較高，人工時(shí)效后硬度較高電導(dǎo)率較低，陽(yáng)極表面較其它區(qū)亮。兩者都可通過(guò)重新熱處理解決。

3 結(jié)論

擠壓工件進(jìn)入強(qiáng)淬火前的石墨板可能造成高溫工件與石墨摩擦而導(dǎo)致淬火后固溶程度的差異，導(dǎo)致工件不同區(qū)域的冶金特性產(chǎn)生變化，這種變化造成陽(yáng)極氧化品的表面線條缺陷（暗線斑及亮線）。擠壓生產(chǎn)過(guò)程中，尤其是采用水霧冷淬火冷卻的產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)排除工件與出料口石墨支撐塊的接觸以避免這些缺陷的產(chǎn)生。本文結(jié)論如下∶

（1）陽(yáng)極表面暗線斑區(qū)域硬度較正常區(qū)域硬度低。陽(yáng)極表面亮線區(qū)域硬度較周圍正常區(qū)域略高。

（2）陽(yáng)極表面暗線斑區(qū)域電導(dǎo)率高于色澤正常區(qū)域電導(dǎo)率。

（3）光學(xué)顯微鏡分析黑線斑區(qū)域顯示其晶粒晶界不明顯，色澤正常區(qū)域的金相顯示晶界清晰，但兩區(qū)域的晶粒型態(tài)及大小無(wú)差異。光學(xué)金相也顯示陽(yáng)極表面亮線斑區(qū)域及色澤正常區(qū)域的晶粒無(wú)差異。

（4）氧化重新返工結(jié)果顯示，仍有80%左右產(chǎn)品表面缺陷現(xiàn)象無(wú)法去除。型材出口與石墨板摩擦造成淬火固溶程度不同的問(wèn)題是產(chǎn)品橫向深度的差異。

（5）重新熱處理及陽(yáng)極表面處理，氧化表面暗或亮線條缺陷可消除，缺陷區(qū)域硬度亦可恢復(fù)并與其它區(qū)域相同。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱傳芳.鋁合金陽(yáng)極氧化的常見缺陷[J].輕合金加工技術(shù)，1998

[2] 張鴻云.鋁合金建筑型材常見表面缺陷分析[J].表面處理，2001

[3] 高森田.鋁合金技術(shù)[M].2014

[4] 王祝堂, 田榮璋.鋁合金及其加工手冊(cè)[M].2005

Cause and Countermeasures for Dark Line and Bright Line on Aluminum Alloy Workpiece Surface

DING Xiao-li, GAO Sen-tian
(Guangdong Hesheng Industry Aluminum Material Co., Ltd.,Zhongshan 528400,China)

Cause of dark line and bright line on anodized workpiece surface is discussed and solution is put forward. Re-anodized results show that most product surface defect can not be removed. If re-heat treatment and anodizing treatment, dark line and bright line of oxidized surface can be removed, hardness of defect district can recover to be same as other district.

anodizing; surface dark line; bright line; hardness; conductivity

TG379

B

1005-4898（2017）01-0048-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.01.10

丁小理（1987-），女，廣西桂林人，工程師。

2016-05-12