韓君利，郝鋼，冮竹茵，李松成，任鐵剛，吳鵬

（1.遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110045；2.陸軍裝備部駐沈陽(yáng)地區(qū)第二軍事代表室，遼寧 沈陽(yáng) 110004）

1 問(wèn)題概述

某鋁制件材料為7A04鋁棒、T6，在硫酸陽(yáng)極氧化首槽生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)零件底面有大量灰黑色斑點(diǎn)，尤其集中在底面中心周圍，形狀呈溶液迸濺狀，見(jiàn)圖1。

圖1 陽(yáng)極氧化膜有灰黑色斑點(diǎn)的傘艙殼體

2 原因分析及排查

2.1 建立故障樹(shù)

針對(duì)該零件硫酸陽(yáng)極氧化后膜層出現(xiàn)灰黑色斑點(diǎn)問(wèn)題產(chǎn)生的可能原因進(jìn)行分析討論，建立故障樹(shù)，如圖2所示。

圖2 硫酸陽(yáng)極氧化后膜層出現(xiàn)灰黑色斑點(diǎn)問(wèn)題故障樹(shù)

2.2 故障排查

2.2.1 槽液濃度

查看各工序槽液分析記錄，每半月進(jìn)行1次分析且各槽液濃度均在工藝范圍內(nèi)；另外，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各工序槽液進(jìn)行取樣分析，槽液濃度亦在工藝范圍內(nèi)，未見(jiàn)異常，本原因可排除。

2.2.2 工作溫度、時(shí)間

硫酸陽(yáng)極氧化為自動(dòng)生產(chǎn)線，工作時(shí)間及溫度均為程序設(shè)定值，檢查電控柜顯示的溫度、時(shí)間均在工藝范圍內(nèi)。為進(jìn)一步驗(yàn)證，隨機(jī)選取5件鋁制零件，在2.1.1中槽液濃度條件下，嚴(yán)格按照工藝中工作溫度及時(shí)間的規(guī)定對(duì)選取的5件零件進(jìn)行硫酸陽(yáng)極氧化處理，處理后觀察到膜層外觀仍有灰黑色斑點(diǎn)，故本原因可排除。

2.2.3 導(dǎo)電不良

通過(guò)對(duì)硫酸陽(yáng)極氧化槽導(dǎo)電情況排查，發(fā)現(xiàn)硫酸陽(yáng)極氧化槽起始電流低和極化后期電流急劇變化兩個(gè)問(wèn)題。問(wèn)題發(fā)現(xiàn)后，立即對(duì)極板連接處、極杠導(dǎo)電連接處等導(dǎo)電連接位置進(jìn)行維修，導(dǎo)電均恢復(fù)正常。為驗(yàn)證以上兩種情況是否是灰黑色斑點(diǎn)產(chǎn)生的原因，隨機(jī)選取5件鋁制零件在導(dǎo)電良好條件下進(jìn)行硫酸陽(yáng)極氧化處理，觀察陽(yáng)極氧化過(guò)程中電流變化情況無(wú)異常，處理后觀察到膜層外觀仍有灰黑色斑點(diǎn)。因此本原因也可排除。

2.2.4 零件裝夾角度不佳

零件裝夾角度不佳可能會(huì)導(dǎo)致脫脂后傘艙殼體底部中心孔內(nèi)殘存脫脂溶液不能夠及時(shí)清洗干凈，在后續(xù)過(guò)程流出，對(duì)中心孔周圍基體繼續(xù)腐蝕使中心孔周圍基體腐蝕不均勻，微觀呈凸凹不平狀態(tài)，成膜后凹的位置由于光的反射等原因呈現(xiàn)的色澤暗，即視覺(jué)為灰黑色斑點(diǎn)。

為驗(yàn)證上述原因，隨機(jī)選取6件鋁制零件，分別采取零件底部偏上、水平、底部偏下3種方式裝掛，處理后觀察三種懸掛方式底部中心孔周圍膜層均有灰黑色斑點(diǎn)，故本原因可以排除。

2.2.5 Cu2+影響

當(dāng)槽液Cu2+濃度超過(guò)0.02g/L時(shí)，氧化膜上會(huì)出現(xiàn)暗色花紋及斑點(diǎn)。由于在首槽出現(xiàn)灰黑色斑點(diǎn)后未再繼續(xù)投產(chǎn)該零件，轉(zhuǎn)為生產(chǎn)同材質(zhì)的其他鋁件，觀察其他鋁件極化膜外觀無(wú)灰黑色斑點(diǎn)和花紋，則可證明槽液Cu2+濃度不超標(biāo)；同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)抽取槽液進(jìn)行Cu2+濃度檢測(cè)，接納側(cè)結(jié)果為0.0184g/L。因此，本原因可以排除。

2.2.6 Cl-、F-影響

通過(guò)對(duì)零件灰黑色斑點(diǎn)部位陽(yáng)極氧化膜層放大500倍觀察，見(jiàn)圖3，膜層連續(xù)完整無(wú)穿透性腐蝕小孔，與槽液Cl-或F-含量過(guò)高產(chǎn)生的穿透性腐蝕小孔形成的黑點(diǎn)現(xiàn)象不符。同時(shí)，觀察后續(xù)硫酸陽(yáng)極氧化后的零件，膜層無(wú)灰黑色斑點(diǎn)，若槽液中Cl-或F-含量超標(biāo)則同一槽生產(chǎn)的其他零件也會(huì)出現(xiàn)黑點(diǎn)，故可進(jìn)一步證明槽液中Cl-、F-不超標(biāo)。所以，本原因可以排除。

圖3 陽(yáng)極氧化后灰黑色斑點(diǎn)部位膜層（×500）

2.2.7 零件表面狀態(tài)不平整

陽(yáng)極氧化前處理的脫脂工序在除去油脂后會(huì)與基體反應(yīng)生成一層黑色的氧化膜，因此陽(yáng)極氧化會(huì)將基體微觀表面的不平整放大。也就是說(shuō)，若零件表面存在微觀不平整經(jīng)陽(yáng)極氧化處理后不平整程度會(huì)放大，同時(shí)由于陽(yáng)極氧化膜成透明狀及光的反射的原因，基體微觀表面狀態(tài)的不平整會(huì)表現(xiàn)為膜層色澤差異或斑點(diǎn)。

為排查上述原因，選取10件鋁制件，退膜后對(duì)零件底部重新進(jìn)行車制及打磨，以保證零件底部表面光滑、平整，再重新進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，所得膜層仍有灰黑色斑點(diǎn)，故本原因可以排除。

2.2.8 零件原材料問(wèn)題

選取問(wèn)題零件進(jìn)行低倍、金相分析，未見(jiàn)原材料偏析、組織不均勻等缺陷，見(jiàn)圖4（a）、圖4（b）。

圖4 （a） 灰黑色斑點(diǎn)部位原材料金相組織圖（×500）

圖4 （b） 傘艙殼體底部低倍圖

為進(jìn)一步驗(yàn)證零件原材料情況，選取1件問(wèn)題零件（見(jiàn)圖1）和1片陽(yáng)極氧化后的棒料切片（見(jiàn)圖5）進(jìn)行工件表面黑點(diǎn)形貌分析、鋁合金低倍組織分析、鋁合金高倍組織分析，分析結(jié)論如下。

圖5 陽(yáng)極氧化后的棒料切片

圖6 陽(yáng)極氧化后的棒料切片顯微疏松形貌

（1）選送的鋁件中存在顯微疏松，變形流線順暢，未見(jiàn)其他裂紋、縮孔等冶金缺陷（見(jiàn)圖6）。

（2）選送的樣品中存在較大尺寸的析出相，析出相主要是Mg3Al2、Mg2Cu及含F(xiàn)e較高的雜質(zhì)相（AlFeMnSi）。如果堿洗控制不當(dāng)，析出相脫落，形成小孔洞，以及顯微疏松在堿洗處理時(shí)，孔洞會(huì)增大，這些缺陷導(dǎo)致氧化膜不在同一平面上，并最終在產(chǎn)品表面形成黑點(diǎn)斑點(diǎn)。

3 原因定位

通過(guò)上述排查，確定該鋁制件硫酸陽(yáng)極氧化后膜層出現(xiàn)灰黑色斑點(diǎn)問(wèn)題原因是：零件原材料底部中心位置存在顯微疏松和較大尺寸的析出相，在堿洗過(guò)程中析出相脫落形成凹坑，且顯微疏松在堿洗處理時(shí)，孔洞會(huì)增大，這些缺陷導(dǎo)致成膜后膜層雖連續(xù)、均勻但不在同一平面上，最終由于光的反射等原因呈現(xiàn)為灰黑色斑點(diǎn)。

4 膜層性能試驗(yàn)

為驗(yàn)證膜層灰黑色斑點(diǎn)對(duì)膜層性能的影響，雖對(duì)灰黑色斑點(diǎn)膜層外觀、厚度、耐蝕性進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)對(duì)灰黑色斑點(diǎn)部位陽(yáng)極氧化膜層放大500倍觀察顯示膜層連續(xù)、均勻、致密，厚度在8～9μm范圍內(nèi)；隨機(jī)抽取3件膜層有灰黑色斑點(diǎn)鋁件進(jìn)行48h中性鹽霧試驗(yàn)，鹽霧試驗(yàn)后膜層均未發(fā)生腐蝕，由此可見(jiàn)，灰黑色斑點(diǎn)對(duì)膜層耐蝕性能合格。

5 改進(jìn)措施

若要改善陽(yáng)極氧化后的膜層外觀，則需從問(wèn)題根本原因出發(fā)，即盡可能減小前處理過(guò)程對(duì)原材料疏松位置的腐蝕，以減小基體表面微觀的不平整程度，進(jìn)而達(dá)到減輕、減少灰黑色斑點(diǎn)、改善膜層外觀的目的。

為確定最佳的前處理工藝參數(shù)，在堿洗、出光工序槽液濃度、溫度不變的情況下進(jìn)行了工作時(shí)間單一變量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 硫酸陽(yáng)極氧化前處理工作時(shí)間單一變量試驗(yàn)結(jié)果

由表1可得，當(dāng)堿洗時(shí)間為20s、出光時(shí)間為60s，膜層外觀最佳。因此，改進(jìn)措施為按照上述前處理及陽(yáng)極氧化時(shí)間參數(shù)執(zhí)行。對(duì)上述改進(jìn)措施進(jìn)行了小批量（20件）驗(yàn)證試驗(yàn)，改進(jìn)前后膜層外觀對(duì)比見(jiàn)圖7，圖7（a）為改進(jìn)前、圖7（b）為改進(jìn)后，如圖所示，改進(jìn)后膜層外觀已有明顯改善。

圖7 （a） 改進(jìn)前的硫酸陽(yáng)極氧化膜外觀硫酸陽(yáng)極氧化膜外觀

圖7（b） 改進(jìn)后的

為驗(yàn)證改進(jìn)后參數(shù)所得膜層性能，對(duì)按照改進(jìn)后的工藝生產(chǎn)的首槽零件外觀、厚度、耐蝕性進(jìn)行檢驗(yàn)，膜層外觀連續(xù)、均勻、致密，厚度在8～9μm范圍內(nèi)；隨機(jī)抽取3件進(jìn)行48h中性鹽霧試驗(yàn)，鹽霧試驗(yàn)后膜層均未發(fā)生腐蝕，由此可見(jiàn)膜層耐蝕性符合要求。

綜上所述，按照改進(jìn)后參數(shù)生產(chǎn)所得的膜層灰黑色斑點(diǎn)問(wèn)題得到有效改善且耐蝕性能優(yōu)良。

6 結(jié)語(yǔ)

此次鋁制件硫酸陽(yáng)極氧化后膜層出現(xiàn)灰黑色斑點(diǎn)問(wèn)題的原因是零件原材料底部中心位置存在顯微疏松和較大尺寸的析出相，在堿洗過(guò)程中析出相脫落形成凹坑，且顯微疏松在堿洗處理時(shí)，孔洞會(huì)增大，這些缺陷導(dǎo)致成膜后膜層雖連續(xù)、均勻但不在同一平面上，最終由于光的反射等原因呈現(xiàn)為灰黑色斑點(diǎn)?；液谏唿c(diǎn)問(wèn)題雖影響膜層的美觀，但膜層耐蝕性能符合要求。通過(guò)縮短堿洗時(shí)間可有效減輕、減少灰黑色斑點(diǎn)，改善膜層外觀。