6061鋁合金陽極氧化后黑斑原因分析

周京輝

(佛山市三水鳳鋁鋁業(yè)有限公司，廣東 佛山528133)

6061鋁合金，是中等強度Al-Mg-Si合金，廣泛用于建筑模板、汽車避震器、保險杠、自行車車身、板材、棒材等領(lǐng)域，主要從合金成分、擠壓工藝、時效工藝等來研究提高性能、降低能耗。根據(jù)型材截面尺寸通過選擇強風(fēng)、噴霧、噴水或穿水方式來達(dá)到6061合金的淬火要求。本文所述型材是500mm寬、150mm高、7mm厚的6061-T6材質(zhì)的帳篷管，選擇噴霧淬火，針對6061合金氧化后出現(xiàn)黑斑問題，從淬火工藝查找原因，以期指導(dǎo)正常生產(chǎn)。

1 實驗材料及方法

使用Φ518mm的6061合金鋁棒，合金的名義成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為，Si0.61，F(xiàn)e0.17，Cu0.20，Mn0.91，Mg0.91，Zn0.01，Ti0.01，Al余量。經(jīng)長棒加熱爐加熱至500℃～510℃，然后在線剝皮至Φ510mm，用90MN正向擠壓機擠壓500mm寬、150mm高、7mm厚的6061-T6材質(zhì)的帳篷管，擠壓速度4m/min,使用在線噴霧淬火。按訂單長度鋸切后時效，再做陽極氧化表面處理，底面中間局部出現(xiàn)沿擠壓方向的黑斑，如圖1所示A處。

將該型材脫掉氧化膜，用韋氏硬度鉗分別檢驗A處與B處外表面及內(nèi)表面的硬度；然后將A與B處各切一小樣品下來，編號為1#、2#，經(jīng)過粗磨、拋光，再用掃描電鏡和能譜分析儀觀察分析1#、2#樣品橫截面；然后將1#、2#樣腐蝕后在金相顯微鏡下觀察。

圖1 陽極氧化后型材表面中間顯現(xiàn)黑斑Fig.1 Black spots appear in surface of profile after anodic oxidation

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 硬度檢驗

表1為用韋氏硬度鉗檢驗A處與B處內(nèi)、外表面的硬度數(shù)值。由表1可知，黑斑區(qū)域硬度低于正常區(qū)域硬度，且外表面低于內(nèi)表面硬度。

表1 不同位置硬度實測數(shù)值

2.2 掃描電鏡觀察

用掃描電鏡分別觀察1#、2#樣品，如圖2所示。由圖2可見，兩個樣品都有黑色顆粒狀物質(zhì)，其中1#樣品單位面積內(nèi)黑色顆粒物質(zhì)數(shù)量約是2#樣品黑色顆粒物質(zhì)的10倍，1#樣品黑色顆粒物質(zhì)直徑約為20um，2#號樣品黑色顆粒物質(zhì)直徑約為10um。

2.3 能譜分析

對1#、2#樣品的黑色顆粒狀物質(zhì)進行能譜分析，見表2。 由表2可知，黑色顆粒物質(zhì)主要含O、Mg、Al、Si元素，其中Mg與Si的原子比例約為2∶1，可以判斷黑點物質(zhì)含有Mg2Si相。

2.4 金相觀察

對1#樣、2#樣腐蝕后做金相觀察，如圖3所示。由圖3可知，1#樣晶粒粗大無規(guī)律分布,圖中粗大的晶粒寬度約500um；2#樣晶粒組織較細(xì)大致呈平行分布，圖中晶粒寬度約300um。

3 分析討論

6061鋁合金帳篷管經(jīng)在線噴霧淬火(圖4(a))，由于局部某噴頭未噴霧而直接噴水(圖4(b))，導(dǎo)致A處冷卻過快，且外表面比內(nèi)表面冷卻快，而后沿擠壓方向噴霧正常，高溫部分向A處傳熱，導(dǎo)致A處又回溫，形成退火，晶粒長大，且強化相Mg2Si析出并長大至20um左右，使該處強化相不夠彌散(0.1um左右)，從而使時效后該處硬度較正常區(qū)域低。同時由于Mg2Si相對鋁基體處于電勢高位，導(dǎo)致該處陽極氧化時腐蝕嚴(yán)重，從而出現(xiàn)陽極氧化后顯現(xiàn)黑斑現(xiàn)象。

經(jīng)過現(xiàn)場檢查淬火裝置，發(fā)現(xiàn)黑斑區(qū)域下方有2個噴霧噴頭噴灑的霧沒有散開，將噴頭拆下來，發(fā)現(xiàn)里面有鐵銹、泥沙等雜質(zhì)堵塞。將噴頭徹底清洗后再安裝上去，同時檢修其他噴頭，仔細(xì)觀察噴霧狀態(tài)，正常后再安排上機生產(chǎn)，后續(xù)未再出現(xiàn)氧化后黑斑現(xiàn)象。

4 結(jié)論

(1)在線淬火不均勻，導(dǎo)致型材局部溫度從高溫到低溫再到高溫的變化，使局部出現(xiàn)退火現(xiàn)象，從而使其強化相Mg2Si大量析出，晶粒長大；

(2)Mg2Si大量析出位置，時效后其硬度低于正常固溶位置的硬度；其電位相對鋁基體處于電勢高位，陽極氧化時腐蝕嚴(yán)重，呈現(xiàn)黑斑表象。