6061鋁合金金相組織浸蝕劑研究

郭佛保，索有喜，周兵鋒，郭淑蘭，白福臣

（東莞市潤華鋁業有限公司（廣東潤華輕合金有限公司），東莞523000）

0 前言

研究金屬和合金的微觀組織對深刻理解金屬和合金的成分、組織和性能之間的關系具有十分重要的意義[1]。采用不同的金相浸蝕劑呈現組織的效果也各不相同，找到一種最佳浸蝕對準確分析鋁合金金相顯微組織至關重要。

在汽車輕量化進程中，鋁合金由于具有比強度高、耐腐蝕、可回收再利用以及成本低等特點，在汽車工業中具有廣泛的應用前景[2]。客戶檢測人員反饋，在采用GB/T 3246.1-2012標準中常用的6#試劑浸蝕對公司生產的汽車零部件閥芯用φ 17.1 mm 6061-T6鋁合金棒材進行金相組織檢測分析（要求顯微晶粒度≥4級）時[3]，試樣金相組織的晶界無法呈現，晶粒度無法測試評級。針對客戶反饋的問題，我公司采用GB/T 3246.1-2012《變形鋁及鋁合金制品組織檢驗方法》標準推薦的浸蝕劑以及國內外相關文獻資料介紹的不同鋁合金浸蝕劑進行了對比試驗，最終找出了6061-T6鋁合金金相組織最佳浸蝕效果的金相浸蝕劑。經我們確定的最佳浸蝕劑處理后，產品檢驗組織晶粒細小，晶界輪廓清晰，顯微晶粒度測試評級為12.0級。客戶用我們推薦的最佳金相浸蝕劑也測試出完美的金相組織，并對檢測結果表示高度贊賞和認可。

下面就將6061-T6鋁合金金相組織適用的浸蝕劑推薦給大家，供鋁行業金相分析工作者參考借鑒。同時也建議在修訂新版GB/T 3246.1《變形鋁及鋁合金制品組織檢驗方法》時，將Weck浸蝕劑納入進來。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料及其化學成分

將直徑為178 mm 的均勻化熱處理后的6061鋁合金鑄棒于14 MN 雙動反向擠壓機上進行擠壓。冷卻方式為在線室溫水冷，擠壓棒材規格為φ 17.1 mm。

6061 鋁合金的主要合金元素是鎂與硅，其強化相為Mg2Si 相。若含有一定量的錳與鉻，可以中和鐵的壞作用；有時還添加有少量的銅或鋅，以提高合金的強度，同時又不使其抗蝕性有明顯降低，而鈦能細化晶粒與控制再結晶組織[4]。 φ 17.1 mm 6061-T6鋁合金棒的化學成分見表1。

合金化是降低合金成本、提高合金性能的主要方法，如Cr 不僅可以起到變質作用，還可以阻礙再結晶的形成和長大，具有強化、改善合金韌性的作用；Mn 能細化再結晶晶粒，形成金屬間化合物，減少有害雜質的影響等[5-6]。

表1 φ 17.1 mm 6061-T6鋁合金棒的化學成分（質量分數/%）

試驗材料的力學性能如表2所示。

表2 試驗材料力學性能

1.2 試驗方法

金相組織檢驗流程如下：試樣切割（取樣）→清洗→鑲嵌（冷鑲埋）→研磨→拋光→浸蝕→觀察拍照。

截取長度約20 mm的試樣，乙醇清洗后用電吹風吹干放置在冷鑲埋模具內，采用重量比為2：1 的環氧樹脂和固化劑液體混合攪拌均勻，待液體透明后倒入冷鑲埋模內自然凝固硬化。試樣經120#、600#、1 200#和2 400#水磨砂紙研磨處理后，采用0.3 μmAl2O3粉與水的混合懸浮液將其表面拋光至鏡面效果，采用表3試驗方案中所列的不同浸蝕劑進行浸蝕處理。

表3 試驗方案

2 試驗結果和分析

2.1 試驗結果

按照表3逐一進行浸蝕試驗。所有方案采用的浸蝕過程均大致相同：浸蝕不同時間后用流動清水清洗，再用鑷子夾住沾有25%HNO3溶液的棉花來回輕輕擦拭，擦拭后再用流動清水清洗，之后又用乙醇清洗，然后用電吹風吹干。在倒置的金相顯微鏡下進行觀察，并在試樣1/2 半徑處拍攝200 倍和400倍金相組織照片。

（1）方案1。采用50%HF 溶液浸蝕，試樣表面與50%HF 溶液反應劇烈，產生大量的腐蝕氣泡，浸蝕時間約5 s。浸蝕后試樣的金相組織如圖1所示。從圖中可以看出，組織晶界輪廓不清晰，組織中出現了許多因浸蝕化合物脫落形成的細小黑色坑洞。

（2）方案2。采用Keller 試劑，浸蝕時間約1.5 min。圖2為浸蝕后的試樣金相組織圖。從圖中可以看出，試樣組織晶界輪廓不清晰，組織中出現了許多因浸蝕化合物脫落形成的細小黑色坑洞。

圖2 方案2浸蝕后的金相組織

（3）方案3。采用Weck試劑，浸蝕時間約10 s。浸蝕后試樣的金相組織如圖3所示。可以看出，浸蝕后試樣表面呈金黃色，組織晶粒非常細小，晶粒輪廓清晰，在局部晶界位置可清晰辨別呈淺藍色的細小化合物。

圖3 方案3浸蝕后的金相組織

（4）方案4。采用Weck試劑，浸蝕時間約10 s。浸蝕后試樣的金相組織如圖4所示：浸蝕后試樣表面色澤光亮，組織晶粒非常細小，晶粒輪廓很清晰，局部晶界位置分布著黑色的細小化合物。

圖4 方案4浸蝕后的金相組織

（5）方案5。在70 ℃下用20 mL 磷酸+9 mL硝酸+40 mL 蒸餾水溶液進行預浸蝕處理2 min，之后用流水沖洗、乙醇清洗，然后吹干；將預浸蝕處理后的鋁合金金相試樣浸入Weck試劑中8 s，待表面著色后用流水沖洗、乙醇清洗，最后吹干。圖5為不同放大倍數下試樣的金相組織圖。從中可以看出，浸蝕后試樣表面呈金黃色，組織晶界輪廓不清晰，組織中出現了大量的化合物浸蝕脫落的小黑坑，呈現過腐蝕形貌。

圖5 方案5浸蝕后的金相組織

2.2 試驗結果分析

對6061-T6φ17.1 mm 棒材采用5 種金相浸蝕劑進行了浸蝕處理，并對其效果進行了對比分析，結果如表4所示。

表4 不同浸蝕劑處理后的效果對比

從上述對比結果中可以看出， 6061-T6φ17.1 mm 棒材金相組織的最佳浸蝕劑為Weck 試劑+25%HNO3溶液。

3 Weck試劑在均勻化鑄棒檢測中的應用

我公司檢測中心采用Weck 浸蝕劑對2017、5052、6063、7050等合金均勻化鑄棒也進行了測試驗證，結果證明其金相檢測應用效果良好，均獲得較完美的顯微組織浸蝕效果，如圖6～圖9所示。

Weck試劑配比：100 mL水，4 g高錳酸鉀，1 g氫氧化鈉。該浸蝕劑具有強氧化性，易獲得晶界、化合物輪廓清晰的組織，適用于鋁合金鑄棒組織顯微晶粒度的測試評級，可推薦給鋁行業金相分析工作者參考借鑒。

圖6 2017合金均勻化鑄錠金相組織

圖7 5052合金均勻化鑄錠金相組織

圖8 6063合金均勻化鑄錠金相組織

圖9 7050合金均勻化鑄錠金相組織

4 結論

（1）采 用Weck 試 劑+25%HNO3對6061-T6φ17.1 mm 擠壓棒材進行浸蝕處理，浸蝕后試樣表面色澤光亮，組織晶粒細小，晶界輪廓清晰，測試晶粒級別指數為12.0，浸蝕效果較佳。

（2）在2017、5052、6063、7050 等合金均勻圓鑄錠的金相組織檢驗中，采用Weck 試劑浸蝕也均獲得了較完美的金相組織浸蝕效果。該浸蝕劑具有強氧化性，易獲得晶界、化合物輪廓清晰的金相組織，適用于鋁合金鑄棒顯微組織晶粒度的測試評級，可供鋁行業金相分析工作者參考借鑒。