2004№4總第157期科苑論壇《鋁加工》

6063鋁合金型材雪花斑產(chǎn)生機(jī)理及對(duì)策

齊少山

(曲阜遠(yuǎn)東鋁業(yè)有限公司　山東　曲阜　273100

)

摘要:對(duì)6063鋁合金型材產(chǎn)生的“雪花斑”缺陷進(jìn)行了研究。并通過大量的試驗(yàn)證明,雪花斑產(chǎn)生的主要原因是鋁

棒中的含有H,陽極氧化前處理時(shí),H與Al發(fā)生原電池反應(yīng),產(chǎn)生坑點(diǎn)腐蝕所致。

關(guān)鍵詞:雪花斑;介穩(wěn)定相;坑點(diǎn)腐蝕;中和

中圖分類號(hào):TG115121+313,TG115121+513　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B　　　　文章編號(hào):1005-4898

(

2004

)

04-0027-03

CausingMechanismandCountermeasure

for“Snow2ShapeSpot”for6063

AluminumAlloyProfiles

QIShao2shan

(QufuFar2EastAluminumCoLtd,Qufu,Shandong273100,China)

Abstract:Thedefect“snow2shapespot”existedin6063aluminumalloyprofilesisanalyzed1Themaincauseof“snow2shape

spot”isthatH

2

existedinaluminumrod,andprimarybatteryreactionwasoccurredbetweenHandAlpriortoanodizing,thus

causedthepitspot1

Keywords:snowshapespot;metastablephase;pittingcorrosion;neutralization

　　6063鋁合金因其良好的可擠壓成形、易氧化、

著、具有穩(wěn)定的物理性能,并作為現(xiàn)代建筑門窗

幕墻工程中的主要構(gòu)架而被廣泛采用。但在6063

鋁合金型材的氧化生產(chǎn)過程中,經(jīng)常會(huì)有不同廠家

鋁棒所擠型材在氧化前處理過程中產(chǎn)生一種類似

“雪花”狀缺陷的不合格品(行業(yè)界簡稱雪花斑)

,

給鋁型材生產(chǎn)的穩(wěn)定性和成品率造成很大的影響。

其產(chǎn)生原因,眾說紛云,但尚未有權(quán)威定論,主要

有以下不同觀念。

收稿日期:2004—01—20

)

,男,山東曲阜人,1996年青島大學(xué)作者簡介:齊少山(

1972—

　　(

1

)

6063鋁合金鑄棒Zn、Ga含量較高時(shí),

如Zn大于0102%、Ga大于0103%時(shí),擠壓型材

在氧化前處理中和時(shí),在SO

4

2-和Cl-作用下就會(huì)

出現(xiàn)雪花狀斑點(diǎn)[1]。

(

2

)鋁棒鑄造時(shí)除氣效果不好,因含有微量氣

體(主要為H

2

)

,在氧化前處理時(shí)被腐蝕,內(nèi)部缺

陷暴露而呈現(xiàn)腐蝕斑。

(

3

)鑄棒時(shí)精煉劑、晶粒細(xì)化劑扒渣不凈混入

及含有其它雜質(zhì)。

(

4

)鋁棒鑄造用原料及輔料含有某種活潑性微

量雜質(zhì),從而氧化時(shí)與H

2

SO

4

首先反應(yīng),產(chǎn)生局部

腐蝕。

(

5

)擠壓出口冷卻不足,形成Mg

2

Si

β

介穩(wěn)定

畢業(yè),工程師。從事鋁型材質(zhì)量檢驗(yàn)工作。

?27?

　　《鋁加工》科苑論壇2004№4總第157期

相或MgZn

2

η

介穩(wěn)定相,在電解池中,因介穩(wěn)定相

與鋁基體電位不同,形成微電池造成電化學(xué)腐

蝕[2]。

(

6

)前處理中和槽及中和后水洗HNO

3

含量不

足或型材在酸性環(huán)境浸泡時(shí)間過長造成腐蝕,形成

黑點(diǎn)。

不符國家標(biāo)準(zhǔn)及使用要求,這種型材極易發(fā)生腐蝕

而喪失門窗、幕墻的結(jié)構(gòu)性能,這與中和后就能發(fā)

現(xiàn)的本文所述的雪花斑截然不同,在此不再討論。

2　分析

211　宏觀分析

1　現(xiàn)象

111　型材的雪花斑缺陷有兩種不同表面特征

(

1

)一種為缺陷面積較小的雪花斑,面積

018mm2～10mm2不等,呈雞爪狀,此種情況較為

取表面已呈現(xiàn)雪花斑的型材在10倍讀數(shù)顯微

鏡下觀察發(fā)現(xiàn):雪花斑呈坑點(diǎn)狀排列,雪花斑中心

坑點(diǎn)較密,周圍較稀疏,由于鋁基體本身呈白,

同時(shí)由于光的漫反射原因,在不同的角度位置進(jìn)入

眼中的光線不同,也就呈現(xiàn)發(fā)烏即黑斑或本即白

斑特征。

212　金相分析

少見。

(

2

)另一種為缺陷面積較大的雪花斑,面積在

3mm2以上,最大有400mm2,為典型的雪花狀。

112　雪花斑缺陷共同特征

(

1

)無論型材是否已氧化,雪花斑缺陷中心均

呈現(xiàn)較密集的腐蝕,邊緣呈放射狀排列。

(

2

)不同角度下觀察呈現(xiàn)黑斑或白斑,但雪花

斑缺陷中心均較其周圍發(fā)暗。

113　酸腐蝕斑點(diǎn)及氧化槽受到Cl-污染氧化后所

產(chǎn)生的黑斑點(diǎn)與雪花斑現(xiàn)象不同,其主要表現(xiàn)為

深度較大面積較小(≤115mm2)的黑坑點(diǎn),呈

分散性分布,氧化膜不連續(xù),甚至發(fā)生穿孔。這種

缺陷的存在是致命的,鹽霧試驗(yàn)等耐化學(xué)性能明顯

在10×100金相顯微鏡下觀察,雪花斑部位與

無雪花斑部位相比呈云團(tuán)狀,腐蝕中心有類圖4似

的湖泊中心的流水狀特征,無其它特異性特征。

213　電子顯微鏡掃描分析

對(duì)已氧化封孔型材表面和有雪花斑腐蝕部位進(jìn)

行觀察照相:圖1—a、b為型材正常表面在

1573195放大倍率下暗場和明場照片,明場下呈麻

點(diǎn)狀。圖1—c、d型材雪花斑部位在1573195放

大倍率下暗場和明場照片,明場下呈似湖泊中心

(腐蝕中心)流水特征,暗場下呈雜亂無章的棒狀

排列,這與金相顯微鏡觀察到的現(xiàn)象基本相似。

圖1　鋁材表面的掃描電鏡照片

　　由于采用光譜分析和化學(xué)分析元素的局限性,

有無雪花斑部位,九種可分析成分Al、Si、Mg、

Fe、Cu、Mn、Zn、Ti、Cr基本無差別。為進(jìn)一步

素。(見圖5、圖6

)。

經(jīng)對(duì)比分析,Cl、K、Ca、Zn元素含量有較大

差異,S、Ni元素為兩者均有。

探究元素成分的細(xì)微差別,對(duì)已氧化封孔型材表面

雪花斑部位進(jìn)行X射線能譜分析,以找出異常元

?28?

　　2004№4總第157期科苑論壇《鋁加工》

　　(

1

)

S元素的存在與采用H

S

O

4

中和和陽極氧

化工藝有關(guān),Ni元素與封孔采用Ni2+封孔劑有關(guān);

(

2

)對(duì)異常元素Cl、Ca、K鋁棒熔鑄時(shí)除渣劑

中含有,但由于自來水及井水中均含有一定量的

Ca2+、Cl和極微量的K+,故不可確定;Zn元素因

槽液為封閉性循環(huán),藥料設(shè)備及工藝控制中無產(chǎn)生

渠道,其可能與鋁棒本身含有有關(guān)。

圖2　型材表面X射線譜分析

3　試驗(yàn)

針對(duì)以上可能原因及原因分析,為避嫌疑保持

公正立場,本公司在供應(yīng)方質(zhì)量人員的監(jiān)督配合下

做了以下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

311　采用山東電解鋁廠與已批量出現(xiàn)雪花斑批號(hào)

鋁棒在相同的生產(chǎn)工藝條件下:包括同一機(jī)臺(tái)同一

型號(hào)同一模具同一掛同一時(shí)間段采用同一擠壓氧化

工藝處理(風(fēng)冷淬火、時(shí)效及前處理)

,中和后仍

然出現(xiàn),而山東電解鋁廠所產(chǎn)型材仍未出現(xiàn)類似情

況。此實(shí)驗(yàn)證明雪花斑的出現(xiàn)與現(xiàn)行擠壓工藝、氧

化工藝基本無關(guān),其產(chǎn)生有其它原因。

312　由于雪花斑的產(chǎn)生在氧化之前中和后顯現(xiàn),

為進(jìn)一步排除槽液中Cl-、Ca2+、K+、Zn2+等懷

疑元素的影響,我們又采用純水配制試驗(yàn)槽液(包

括脫脂槽、堿蝕槽、中和槽及水洗槽液)

,以及人

為性制造槽液條件加入CaCl

2

、KCl溶液對(duì)山東電

解鋁廠鋁棒所產(chǎn)型材做破壞性試驗(yàn),經(jīng)試驗(yàn)表明前

處理槽液Cl-、Ca2+含量較高時(shí),山東電解鋁廠鋁

棒所產(chǎn)型材仍未出現(xiàn)雪花斑,但已出現(xiàn)雪花斑批號(hào)

鋁棒所產(chǎn)型材在槽液中排除了Cl-、Ca2+、K+、

Zn2+后仍然出現(xiàn)?？梢哉f雪花斑型材的出現(xiàn)基本與

槽液中排除了Cl-、Ca2+、K+無直接關(guān)系,但因

除渣劑中含有,故X射線能譜分析中Cl-、Ca2+、

K+異常含量可能與除渣不凈,除渣劑混入鑄棒中

改為鋁鈦硼絲細(xì)化,同時(shí)強(qiáng)化工藝執(zhí)行操作進(jìn)行鋁

棒熔鑄。經(jīng)對(duì)其所鑄鋁棒產(chǎn)型材作了對(duì)比實(shí)驗(yàn),實(shí)

踐表明:在采取上述措施后雪花斑仍然產(chǎn)生但比例

有所減少。

314　采用高純氮除氣對(duì)比實(shí)驗(yàn)

對(duì)包頭某鋁廠采用高純氮除氣后鋁棒改善情況

及廣東韶關(guān)模具型材廠采用高純氮除氣、未用高純

氮除氣及山東電解鋁廠鋁棒做了比對(duì)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表

明:采用高純氮除氣后,雪花斑型材產(chǎn)生機(jī)率大大

減少,雪花斑面積亦呈減小狀況。說明雪花斑的產(chǎn)

生與鋁棒中H

2

含量有關(guān)。

315　為進(jìn)一步證明上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,根據(jù)淄博某鋁

廠在熔鑄設(shè)備改造前鋁棒使用質(zhì)量情況:其高低爐

在2000年初為充分利用高爐余熱進(jìn)行了改造,但

正是改造完后所供鋁棒均不同程度大批量出現(xiàn)雪花

斑廢品,在多次查找原因未果的情況下,2001年8

月采用單個(gè)熔鑄線改回按正常工藝生產(chǎn)對(duì)比,此熔

鑄線后來所產(chǎn)鋁棒產(chǎn)生雪花斑缺陷型材明顯減少,

后來又采用高純N

2

除氣,延長熔煉靜置時(shí)間,基

本已予解決。也間接性證明,雪花斑的產(chǎn)生與H

有較大的關(guān)系,而其第一次高低爐改造后由于部分

水蒸氣以電解H溶存于低爐鋁液中而導(dǎo)致大量產(chǎn)

生雪花斑型材缺陷。

4　綜合分析結(jié)論及對(duì)策

(下轉(zhuǎn)第33頁)

有關(guān)。

313　包頭某鋁廠采用延長除渣靜置時(shí)間采用陶瓷

過濾板過濾并規(guī)范扒渣操作,晶粒細(xì)化劑由鈦硼砂

?29?

　　2004№4總第157期科苑論壇《鋁加工》

劑,同時(shí)潤滑劑粘度與軋制速度匹配;

(

c

)采用最佳壓下率軋制。

(

2

)采用清輥器,以清除附于軋輥表面的粉

屑;將潤滑油在軋制過程中所積累的鋁粉和雜質(zhì)在

循環(huán)系統(tǒng)中過濾干凈。

(

3

)采用低粗糙度和清潔干凈的鋁坯料板帶。

(

4

)采用可升降的光澤輥調(diào)整喂料高度以使鋁

材上下表面質(zhì)量一致。

確測定帶材速度,從而給定導(dǎo)路輥準(zhǔn)確的速度信

號(hào)。

導(dǎo)路輥表面狀況:一是導(dǎo)路輥表面的損傷及變

形情況,二是導(dǎo)路輥表面粘附異物的情況。

開卷和卷取的張力給定:本道次開卷張力必須

小于上道次的卷取張力,否則容易產(chǎn)生層間擦傷。

開卷張力必須保證帶材盡可能與入口偏導(dǎo)輥的輥面

有效貼合。

2　輥縫外軋件表面質(zhì)量控制

輥縫外軋件表面質(zhì)量控制關(guān)鍵,在于確保軋件

在進(jìn)入輥縫之前和離開輥縫之后,軋件表面不產(chǎn)生

本道次缺陷。

影響輥縫外軋件表面質(zhì)量的主要因素有:導(dǎo)輥

與帶材間運(yùn)行的同步性;導(dǎo)路表面狀態(tài);開卷和卷

取的張力給定;雜物進(jìn)入。

影響導(dǎo)路輥與帶材間運(yùn)行的同步性的主要因

素:一是機(jī)械卡阻;二是電氣動(dòng)態(tài)補(bǔ)償不夠或速度

給定信號(hào)不對(duì),對(duì)于機(jī)械卡阻,一是減少導(dǎo)輥的慣

量,二是增加軸承的靈活性。對(duì)于電氣動(dòng)態(tài)補(bǔ)償不

夠或速度給定信號(hào)不對(duì),一是調(diào)整動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,二是

修改速度給定信號(hào),三是采用激光或白光測速,準(zhǔn)

3　結(jié)論

軋機(jī)輥縫內(nèi)產(chǎn)生的任何表面缺陷,只要認(rèn)真分

析軋件、軋輥和軋制油這三大要素的實(shí)際狀況,并

不斷優(yōu)化這三大要素的配合,就能較好地解決這些

表面現(xiàn)象缺陷,生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的表面。

軋機(jī)輥縫外的表面缺陷,工藝問題相對(duì)容易解

決,更多的問題需要設(shè)備人員的配合才能解決。

參考文獻(xiàn)

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封,1995

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1

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東北工學(xué)院出版社,1990

(上接第29頁)

411　雪花斑部位Cl-、Ca2+、K+含量異常與鋁棒

熔鑄時(shí)扒渣不凈微量除渣劑混入鋁棒有關(guān),故應(yīng)嚴(yán)

格熔煉扒渣操作,適當(dāng)延長除渣靜置時(shí)間,采用細(xì)

孔目陶瓷過濾板過濾,可有效消除渣劑的影響。

412　由于鋁棒鑄造時(shí)除氣效果不良,鑄棒中所含

有的微量氣體H

2

擠壓時(shí)帶入型材并為鋁基體所覆

蓋,在前處理時(shí)由于H與Al的電位差形成原電池,

與H

2

接觸部位Al腐蝕速度較快,產(chǎn)生一種坑點(diǎn)腐

蝕[1]隨著腐蝕的加深,材料的內(nèi)部缺陷予以表現(xiàn)而

呈現(xiàn)雪片狀斑點(diǎn)。

413　經(jīng)化學(xué)分析及試驗(yàn)觀察,Zn含量高低不是

斑缺陷,這說明可能由于淬火條件的細(xì)微變化,

η

介穩(wěn)定定相未形成。但鋁棒中Zn含量高是雪花斑

產(chǎn)生的隱患之一,在生產(chǎn)中必須予以消除,Zn含

量應(yīng)控制在0102%以下。

由于各個(gè)廠家產(chǎn)生的原因不同,筆者認(rèn)為:除

H效果不良,鑄棒中混入H

2

是6063鋁合金型材產(chǎn)

生雪花斑的原因;Zn含量偏高(超過0102%

)及

熔煉時(shí)扒渣不凈造成除渣劑等微量雜質(zhì)元素混入是

雪花斑產(chǎn)生的主要影響因素。

參考文獻(xiàn)

[1]張磊,顏金科,許紅開1鋁型材雪斑原因及對(duì)策[J]1輕

其產(chǎn)生主要決定因素,但高于0102%擠壓時(shí)易產(chǎn)

η

介穩(wěn)定相,由于介穩(wěn)定相與Al基體電位生MgZn

2

不同,形成微電池,產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕,隨著腐蝕的

加深,

η

相從基體脫落,腐蝕中止。在試驗(yàn)同時(shí)發(fā)

現(xiàn)部分Zn達(dá)到0106%鋁棒所產(chǎn)型材仍未出現(xiàn)雪花

金屬11998年第5期

[2]JT1STALEY

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