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(yè)有限公司，云南 曲靖 655000）

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，鋁合金在加工技術(shù)方面，實現(xiàn)了非常大的突破，尤其是在技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，在陽極氧化處理相關(guān)技術(shù)方面，有了非常大的進(jìn)步。鋁合金由于受到多種不同因素的影響，容易出現(xiàn)氧化膜缺陷，造成鋁合金表面的實際處理工作，無法達(dá)到技術(shù)要求。因此，為了能夠了解缺陷的形成原理，采取對應(yīng)的措施進(jìn)行防范，當(dāng)前需要對形成缺陷的具體成因進(jìn)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(jìn)行除油處理之后，應(yīng)用酸洗液對表面進(jìn)行化學(xué)處理，即利用酸性的溶液，實施具體的除膜處理，然后將經(jīng)過水洗的鋁合金表面實施陽極化處理，最后實施質(zhì)量方面的檢測工作。

1.1 表面加工問題

在質(zhì)量檢驗過程中，可以發(fā)現(xiàn)由于表面加工質(zhì)量引起的氧化膜缺陷，主要可以從兩個方面體現(xiàn)：一，通過觀察發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)紋路位置的氧化膜，呈現(xiàn)出了逐漸變薄的情況，具有下陷的特征。在化學(xué)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(fā)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(hù)作用，反過來說，如果腐蝕的速度更大，那么就無法形成保護(hù)膜，對鋁合金的表面產(chǎn)生腐蝕作用。因此，由于加工不當(dāng)，會導(dǎo)致鋁合金表面產(chǎn)生一條凸起的線，其在酸洗的工序中，腐蝕速度會大于保護(hù)膜的形成速度，出現(xiàn)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(xiàn)不光滑紋路。二，如果在對零件進(jìn)行檢驗的過程中，發(fā)現(xiàn)在零件螺紋面的氧化膜上發(fā)現(xiàn)了麻點，并且在麻點下的鋁合金出現(xiàn)了非常明顯的腐蝕情況，則說明螺紋處在加工時產(chǎn)生了一定質(zhì)量問題，出現(xiàn)了腐蝕的情況，造成陽極氧化膜出現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的重要原因之一，具體可以從以下幾個方面進(jìn)行分析：一，對鋁合金表面實施氧化處理之后，發(fā)現(xiàn)氧化膜的表面出現(xiàn)了隨機(jī)分布皺點，并且皺點的分布具備隨機(jī)性和異常性，同時對皺點處橫截面進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)氧化膜的厚度呈現(xiàn)出不均勻狀態(tài)，呈波浪狀，位于皺點下方的鋁合金表面，聚集了大量的雜質(zhì)顆粒。經(jīng)過與正常的區(qū)域氧化膜厚度進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)聚集在鋁合金內(nèi)部時，不會對氧化膜的均勻性產(chǎn)生任何影響，而造成缺陷的原因主要是由于雜質(zhì)大量地聚集在鋁合金的表面，造成氧化膜呈現(xiàn)出波浪狀，因此形成了皺點缺陷。二，在氧化處理之后，發(fā)現(xiàn)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(jìn)行取樣對比進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)出少、分布均勻的情況，在條紋組織中，彌散不僅質(zhì)點比較多，同時也呈現(xiàn)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(zhì)點的高度聚集導(dǎo)致。

三，針對同一批次的鋁合金零件進(jìn)行氧化處理后，各個零件的表面氧化膜，可能會呈現(xiàn)出不同的顏色，一些零件會呈現(xiàn)出褐黃色，剩下的一般會呈現(xiàn)黑色。通過分別對橫截面進(jìn)行取樣觀察，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)這種情況主要是由于呈現(xiàn)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(jīng)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(xiàn)：一，在氧化處理結(jié)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(xiàn)象進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)晶粒呈現(xiàn)出非常粗大的狀態(tài)，肉眼即可觀察到晶粒的實際特征。這種現(xiàn)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(fā)現(xiàn)存在橢圓形的花斑，磨去表面的氧化膜紅，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)花斑缺陷。三，氧化處理后，大多數(shù)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(xiàn)表面氧化發(fā)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(guān)。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，隱約發(fā)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(gòu)成情況也相同，但是晶粒的尺寸上差異比較大，出現(xiàn)隱約發(fā)花的組織晶粒尺寸要比正常的更大，說明出現(xiàn)表面發(fā)花缺陷，主要是由于晶粒的大小不同。四，經(jīng)過氧化處理的鋁合金表面（如圖2），如果呈現(xiàn)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(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)組織成分相同，但是晶粒的形貌上差異比較大，發(fā)黃的晶粒呈現(xiàn)拉長的形態(tài)，而偏灰的組織中，大部分晶粒都出現(xiàn)了再結(jié)晶的情況。這說明氧化膜出現(xiàn)陰陽面的缺陷，主要是由于結(jié)晶情況的差異性導(dǎo)致。五，氧化處理后發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)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(jīng)過與正常的組織進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)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(jìn)行仔細(xì)地觀察，經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)陰影線兩側(cè)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(xiàn)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(guān)建議

從以上的分析中可以發(fā)現(xiàn)，由于鋁合金自身材料導(dǎo)致的氧化膜缺陷問題，主要可以總結(jié)為三種，即加工質(zhì)量、自身組織、晶粒異常。其中由于晶粒異常導(dǎo)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(zhì)量的角度，提出了以下三點建議：一，從節(jié)約能源的角度分析，想要保證控制好缺陷問題，就需要將質(zhì)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(dǎo)致缺陷的原因，開展對應(yīng)的檢驗工作，確保鋁合金在組織上、結(jié)構(gòu)上都能夠滿足實際的標(biāo)準(zhǔn)，才允許其入庫等待使用，這樣可以從根本上保證氧化的質(zhì)量。二，對于加工質(zhì)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(yè)器具、專業(yè)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(jīng)過化學(xué)浸蝕劑處理之后，能夠顯現(xiàn)出晶粒的本來樣貌，但是一些鋁合金需要經(jīng)過陽極覆膜后，使用偏光進(jìn)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(jìn)行檢驗，剩余無法檢驗的，再應(yīng)用陽極覆膜方式進(jìn)行檢驗。其次，通過觀察如果發(fā)現(xiàn)晶粒出現(xiàn)比較明顯的不均勻情況，那么就可以直接對缺陷原因進(jìn)行判斷，但是如果晶粒比較均勻，就需要對晶粒的尺寸進(jìn)行合理規(guī)范，按照這個標(biāo)準(zhǔn)對鋁合金實施質(zhì)量檢驗。

3 結(jié)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(zhì)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(zhǔn)確的了解缺陷成因，制定出適當(dāng)?shù)慕鉀Q措施，為提升氧化膜質(zhì)量奠定良好基礎(chǔ)。