分析鋁合金表面陽極氧化膜缺陷的成因

李宇帆

（云南云鋁澤鑫鋁業有限公司，云南 曲靖 655000）

隨著技術的不斷發展和進步，鋁合金在加工技術方面，實現了非常大的突破，尤其是在技術不斷發展的背景下，在陽極氧化處理相關技術方面，有了非常大的進步。鋁合金由于受到多種不同因素的影響，容易出現氧化膜缺陷，造成鋁合金表面的實際處理工作，無法達到技術要求。因此，為了能夠了解缺陷的形成原理，采取對應的措施進行防范，當前需要對形成缺陷的具體成因進行研究，消除氧化膜缺陷問題。

1 鋁合金表面陽極氧化膜缺陷的成因

鋁合金工件的實際工序是對表面進行除油處理之后，應用酸洗液對表面進行化學處理，即利用酸性的溶液，實施具體的除膜處理，然后將經過水洗的鋁合金表面實施陽極化處理，最后實施質量方面的檢測工作。

1.1 表面加工問題

在質量檢驗過程中，可以發現由于表面加工質量引起的氧化膜缺陷，主要可以從兩個方面體現：一，通過觀察發現在零件表面順著長度方向，會存在一些不光滑的紋路，并且順著橫截面的方向觀察，可以發現紋路位置的氧化膜，呈現出了逐漸變薄的情況，具有下陷的特征。在化學拋光、除膜的實際工序中，會在鋁合金的表面形成鈍化膜，同時也會發生腐蝕的情況，在鈍化膜的形成速度要比腐蝕速度大時，鈍化膜就會覆在合金的表面，起到一定的保護作用，反過來說，如果腐蝕的速度更大，那么就無法形成保護膜，對鋁合金的表面產生腐蝕作用。因此，由于加工不當，會導致鋁合金表面產生一條凸起的線，其在酸洗的工序中，腐蝕速度會大于保護膜的形成速度，出現了局部腐蝕的情況，造成了表面缺陷，在最后的氧化工序中，缺陷部位的氧化膜就會出現不光滑紋路。二，如果在對零件進行檢驗的過程中，發現在零件螺紋面的氧化膜上發現了麻點，并且在麻點下的鋁合金出現了非常明顯的腐蝕情況，則說明螺紋處在加工時產生了一定質量問題，出現了腐蝕的情況，造成陽極氧化膜出現麻點缺陷（如圖1）。

圖1 鋁合金表面陽極氧化圖

1.2 組織異常問題

除了加工工序上可能會出現的各種氧化膜缺陷問題之外，鋁合金自身的組織情況異常，也是造成缺陷出現的重要原因之一，具體可以從以下幾個方面進行分析：一，對鋁合金表面實施氧化處理之后，發現氧化膜的表面出現了隨機分布皺點，并且皺點的分布具備隨機性和異常性，同時對皺點處橫截面進行觀察，發現氧化膜的厚度呈現出不均勻狀態，呈波浪狀，位于皺點下方的鋁合金表面，聚集了大量的雜質顆粒。經過與正常的區域氧化膜厚度進行對比，發現雜質聚集在鋁合金內部時，不會對氧化膜的均勻性產生任何影響，而造成缺陷的原因主要是由于雜質大量地聚集在鋁合金的表面，造成氧化膜呈現出波浪狀，因此形成了皺點缺陷。二，在氧化處理之后，發現存在條紋缺陷，并且條紋使用肉眼即可見到，觸感相對比較平滑。與垂直條紋的橫截面進行取樣對比進行觀察，發現存在條紋缺陷位置的氧化膜實際厚度情況，與正常位置不存在明顯的差別，但是在條紋下面的鋁合金組織、正常組織存在比較明顯的不同之處。在正常的組織中，彌散呈現出少、分布均勻的情況，在條紋組織中，彌散不僅質點比較多，同時也呈現出了聚集的情況。這說明造成表面條紋缺陷的原因，是由于鋁合金部分組織彌散質點的高度聚集導致。

三，針對同一批次的鋁合金零件進行氧化處理后，各個零件的表面氧化膜，可能會呈現出不同的顏色，一些零件會呈現出褐黃色，剩下的一般會呈現黑色。通過分別對橫截面進行取樣觀察，發現這兩種顏色的氧化膜，在厚度上都比較均勻，并且黑色的氧化膜厚度要比褐黃色氧化膜厚度低。出現這種情況主要是由于呈現出褐黃色的鋁合金組織，存在塊狀難相溶或者是未溶的情況，鋁合金組織相對比較潔凈，而黑色氧化膜下的鋁合金組織，存在著比較多的彌散相，一些會分布在晶界上。這種情況說明雖然使用同樣一種加工工藝，但是由于鋁合金的組織存在一定差異性，因此氧化膜的顏色也會不同，存在色差問題。

1.3 晶粒異常問題

圖2 經過氧化處理的鋁合金

由于晶粒異常造成的氧化膜缺陷問題，主要可以從以下幾個方面體現：一，在氧化處理結束之后，肉眼可見表面存在比較粗大的花斑，并且將花斑磨去之后，對鋁合金表面的現象進行觀察，發現晶粒呈現出非常粗大的狀態，肉眼即可觀察到晶粒的實際特征。這種現象說明造成花斑缺陷的原因，是由于鋁合金的晶粒過于粗大，晶粒存在異常。二，在氧化處理后，通過觀察發現存在橢圓形的花斑，磨去表面的氧化膜紅，發現在外圈存在一些粗大晶粒，處于中心位置的晶粒比較小，越靠近中間位置，花斑越不明顯。這說明外圓位置的花斑，是由于鋁合金外圓存在粗大晶粒，造成出現花斑缺陷。三，氧化處理后，大多數鋁合金的表面氧化膜在色澤上相對比較均勻，少量的零件出現表面氧化發花問題，在色澤上相對不夠純凈。這種缺陷問題，除了受到加工工藝的影響之外，造成缺陷的最大一個因素，就是與鋁合金的組織情況相關。通過對比可以發現，隱約發花的位置組織、正常組織不存在比較明顯的差異性，晶粒的構成情況也相同，但是晶粒的尺寸上差異比較大，出現隱約發花的組織晶粒尺寸要比正常的更大，說明出現表面發花缺陷，主要是由于晶粒的大小不同。四，經過氧化處理的鋁合金表面（如圖2），如果呈現出了陰陽面，即一面偏黃，另外一面偏灰，并且偏灰位置的厚度要比偏黃位置更厚。經過對比發現組織成分相同，但是晶粒的形貌上差異比較大，發黃的晶粒呈現拉長的形態，而偏灰的組織中，大部分晶粒都出現了再結晶的情況。這說明氧化膜出現陰陽面的缺陷，主要是由于結晶情況的差異性導致。五，氧化處理后發現出現了一條明顯的陰影線，并且陰影線附近的氧化膜厚度情況比較均勻，不存在缺陷，通過經過與正常的組織進行對比，發現組織上也沒有明顯的差異性。在這種情況下，可以采用陽極覆膜的方法，將晶粒顯示出來，進行仔細地觀察，經過觀察發現陰影線兩側的晶粒尺寸存在一定的差異，陰影線正好處于尺寸變化的位置上，這說明晶粒尺寸上的差異性，是造成出現陰影線缺陷的原因。

2 控制鋁合金表面陽極氧化膜缺陷相關建議

從以上的分析中可以發現，由于鋁合金自身材料導致的氧化膜缺陷問題，主要可以總結為三種，即加工質量、自身組織、晶粒異常。其中由于晶粒異常導致的缺陷，不僅在種類上比較多，同時占比也比較大，因此需要得到充分的重視。基于控制氧化質量的角度，提出了以下三點建議：一，從節約能源的角度分析，想要保證控制好缺陷問題，就需要將質量檢驗工作，落實在鋁合金原材料采購之后、入庫之前，對于所有需要入庫的原材料，按照導致缺陷的原因，開展對應的檢驗工作，確保鋁合金在組織上、結構上都能夠滿足實際的標準，才允許其入庫等待使用，這樣可以從根本上保證氧化的質量。二，對于加工質量問題以及組織不均勻的問題，使用肉眼即可觀察到，對于晶粒的檢測工作，需要專業器具、專業流程的處理，在檢測方面存在一定的難度。因此，基于晶粒是造成缺陷的大部分原因，主要可以采用兩種方式，開展晶粒的檢驗工作：首先，一些鋁合金在經過化學浸蝕劑處理之后，能夠顯現出晶粒的本來樣貌，但是一些鋁合金需要經過陽極覆膜后，使用偏光進行觀察才能夠看到其特征，因此，在實際檢測過程中，需要先使用第一種方式對大部分的鋁合金進行檢驗，剩余無法檢驗的，再應用陽極覆膜方式進行檢驗。其次，通過觀察如果發現晶粒出現比較明顯的不均勻情況，那么就可以直接對缺陷原因進行判斷，但是如果晶粒比較均勻，就需要對晶粒的尺寸進行合理規范，按照這個標準對鋁合金實施質量檢驗。

3 結束語

對于鋁合金表面陽極氧化膜來說，造成缺陷的原因有很多種，雖然其中晶粒問題可能造成的氧化膜缺陷幾率比較大，但是針對加工質量、鋁合金組織情況，也要給予充分的重視。以此保證能夠通過準確的了解缺陷成因，制定出適當的解決措施，為提升氧化膜質量奠定良好基礎。