徐正權(quán)

（中國鋁業(yè)集團高端制造股份有限公司，重慶 400050）

0 前言

鋁鎂合金具有密度小、強度高、質(zhì)量輕、抗壓性強、散熱性好等特點。鋁鎂合金能充分滿足3C產(chǎn)品高度集成化、輕薄化、微型化、電磁屏蔽及散熱的要求[1]。鋁合金材料還具有材料染色性強、耐高溫、抗靜電、觸摸不留痕跡、環(huán)保無毒等優(yōu)點。早期，由于成本高、成型工藝困難等問題，鋁鎂合金多應用于高端產(chǎn)品，但隨著鋁加工技術(shù)的不斷進步和鋁合金成形、陽極氧化技術(shù)的發(fā)展，鋁鎂合金已廣泛應用于電子類產(chǎn)品外殼[2]。

5052鋁合金為Al-Mg系中具有代表性的消費類民用高端產(chǎn)品，具有良好的抗疲勞性能、焊接性能、耐蝕性能和表面處理性能，廣泛應用于高表面質(zhì)量要求的3C電子類產(chǎn)品[3]。該合金制品的陽極氧化材料線缺陷一直是產(chǎn)品質(zhì)量面臨的主要問題。潘禎[4]等對熱連軋和冷連軋過程中產(chǎn)生的表面缺陷進行了原因分析，并提出了控制措施。本文主要從熔鑄工藝對該缺陷的影響進行分析，并提出相應解決措施。

1 試驗材料

5052合金陽極氧化料的化學成分如表1所示。

表1 5052合金化學成分（質(zhì)量分數(shù)/%）

從用戶處取了經(jīng)陽極氧化后的5052 鋁合金筆記本外殼黑條缺陷樣品1#和2#，其宏觀形貌如圖1和圖2所示。

圖1 1#筆記本外殼陽極氧化黑條宏觀形貌

2 試驗結(jié)果與分析

在掃描電鏡下觀察缺陷樣品異常處的形貌如圖3所示。缺陷呈坑狀并為連續(xù)分布，腐蝕坑內(nèi)有異物夾雜。缺陷能譜分析結(jié)果見表2。1#缺陷樣品主要為氧化物夾雜，2#缺陷樣品主要為鈦硼化合物的聚集團塊。

圖3 1#和2#缺陷樣品電鏡形貌

表2 缺陷樣品能譜結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)/%）

3 缺陷產(chǎn)生機理分析

郭海霞[2]等研究指出，由鋁合金材料本身引起表面陽極氧化膜缺陷的原因主要有3種，即鋁合金材料表面加工質(zhì)量問題、鋁合金基體組織不均勻以及晶粒的異常變化。從上述檢測結(jié)果分析，經(jīng)陽極氧化后的筆記本外殼產(chǎn)生的黑條缺陷中含有氧化膜、鈦硼化合物夾雜。該位置在化學拋光或酸洗過程中，腐蝕速度大于鈍化膜形成速度，發(fā)生了局部腐蝕，形成了表面缺陷。在最后的陽極氧化處理后，該表面缺陷部位以“黑條”形式呈現(xiàn)出來。該缺陷為基材缺陷，為熔鑄原因造成，下文將從熔鑄方向?qū)υ撊毕莩梢蜻M行具體分析。

3.1 細化劑夾雜

為了獲得晶粒細小、均勻的鑄錠，變形鋁合金在鑄造過程中離不開在線細化。目前在變形鋁合金的細化中使用最多的是鋁鈦硼晶粒細化劑。但TiB2粒子的聚集是鋁鈦硼晶粒細化劑的主要缺點之一，特別是密集型團聚體TiB2粒子的副作用明顯，不僅堵塞過濾器，穿過過濾器的團聚體TiB2粒子還會以夾雜形式存在于鑄錠中，從而影響產(chǎn)品在后續(xù)加工過程中的性能和外觀。

目前在變形鋁合金的細化中用的最多的是AlTi5B1 和AlTi5B0.2 兩種晶粒細化劑。AlTi5B1 晶粒細化劑比AlTi5B0.2晶粒細化劑含B量高，TiB2粒子數(shù)量更多（見圖4），晶粒細化能力更加穩(wěn)定，但其缺點是更容易形成TiB2團聚體（見圖4（d）），而細化劑本身TiAl3及TiB2粒子的大小、分布均勻性，是否含有夾雜物等也對最終制品的細化效果和內(nèi)部冶金質(zhì)量有著顯著影響。

圖4 微觀組織圖（200X）

圖5 是使用ABB 公司LiMCA III 在線測渣儀對5052 合金陽極氧化料的一個測渣結(jié)果。測渣位置在深床過濾器后，在橫坐標10：46 之前細化劑加入量為1.2 kg/t，之后的細化劑加入量調(diào)整為1.6 kg/t，渣含量N20平均值從之前的4.5 K/kg左右上升到8.5 K/kg 左右。細化劑的用量和熔體中的渣含量呈正比例相關(guān)，而且尺寸大于20 μm的渣子深床過濾器無法完全攔截。

綜上所述，細化劑類型、細化劑本身質(zhì)量、細化劑用量影響著產(chǎn)品的最終質(zhì)量，在陽極氧化料的生產(chǎn)中需要特別關(guān)注。

3.2 在線除氣除渣

為了更好地去除鋁合金熔體中的渣、氫氣、堿金屬等，氯氣通常被用于在線除氣過程中。由于氯氣反應生成AlCl3、HCl等及相應產(chǎn)物，在熔體里的上升過程中可起到化合除氫、擴散除氫和浮選除渣的作用。同時氯氣可以和鎂及堿金屬反應生成相應的鹽，起到熔劑的作用，促進渣液更好的分離。但氯氣的使用對細化劑的影響卻鮮有研究。

圖6 是使用ABB 公司LiMCA III 在線測渣儀對5052 合金陽極氧化料的一個測渣結(jié)果。測渣位置在深床過濾器后，在橫坐標11：15 之前在線除氣裝置使用氯氣，之后停止使用氯氣，渣含量N20平均值從之前的8.5 K/kg 左右下降到4 K/kg 左右。在其他條件不變的情況下，在線除氣裝置使用氯氣時，熔體中的渣含量明顯偏高，停止使用氯氣后，渣含量顯著降低，但造成渣含量升高的具體物質(zhì)及氯氣對其影響的機理尚不清楚。

圖6 在線除氣是否加入氯氣的渣含量對比

同時，為了進一步研究熔體夾雜中含有的具體物質(zhì)，對在線除氣裝置底部結(jié)渣取樣進行了分析，其電鏡形貌如圖7 所示，能譜結(jié)果見表3。由表3可知，底渣中含有大量氧化物、氯化物和鈦硼化合物。

圖7 除氣裝置底渣電鏡形貌

表3 除氣裝置底渣能譜結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)/%）

從上述試驗和分析結(jié)果可以看出，氯氣的使用可能有促進TiB2團聚的負面效果，在考慮使用氯氣進行熔體凈化的同時要注意其對細化劑產(chǎn)生的負面效果。在線除氣裝置需要定期進行放料清理，以減少氧化物、氯化物和鈦硼化合物等的聚集沉淀對熔體質(zhì)量造成的影響。

4 結(jié)論

通過對5052 合金陽極氧化料材料線的缺陷及其影響因素的分析，得出以下結(jié)論：

（1）熔體中TiB2團聚物和氧化渣是導致陽極氧化料出現(xiàn)材料線缺陷的主要原因。

（2）AlTi5B1 較AlTi5B0.2 絲更容易形成TiB2化合物的團聚，用于陽極氧化料生產(chǎn)的晶粒細化劑應選用質(zhì)量穩(wěn)定可靠的A級絲。

（3）熔體中的渣含量隨細化劑用量的增加而增加。

（4）在線除氣裝置中氯氣的使用可能對TiB2的團聚有促進作用。

（5）在線除氣裝置底部沉積TiB2團聚物及氧化渣較多，需定期清理。

（6）深床過濾裝置對尺寸在20 μm 以上的熔體夾雜無法完全攔截。