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        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

        2017-03-06 13:14:56丁小理高森田
        鋁加工 2017年1期
        關(guān)鍵詞:暗線型材淬火

        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?、?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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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

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