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铝合金型材硅元素控制不当腐蚀原因及预防

发布时间:2018-7-24     来源:电子散热器
 
      铝合金型材表面处理过程中,有时会发现在型材表面有不同程度的、无规则排列的点状暗灰色腐蚀点,这种腐蚀点与锌元素引起的腐蚀点其形状完全不一样,而且,在生产过程中是间断出现的。有些人认为其原因为操作者没有执行正确的表面处理工艺;槽液存在一些有害杂质离子;材质不好、夹杂太多。
  1.腐蚀点产生的原因分析
  我们根据多年的生产经验和对铝合金型材生产中各工艺参数的考察,以及对操作者执行工艺情况的跟踪调查,认为产生该类型暗灰色腐蚀点的主要原因有下述几个方面:
  (1)有时因为某些原因在熔铸过程中镁、硅的添加比例不各适,使ω(Mg)/ω(Si)在1.0~1.3范围内,比最佳比值1.73小很多(一般控制在1.3~1.5范围内)。这样,虽然镁、硅成分含量在规定(ω(Mg)=0.45%~0.9%,ω(Si)=0.2%~0.6%)范围内。但有部分富余硅存在,这部分富余硅除有少量硅以游离态存在外,在铝合金中同时会形成三元化合物。当ω(Si)<ω(Fe)时,形成较多的α(Al12Fe3Si)相,它是一种脆性化合物、当ω(Si)>ω(Fe)时,则形成较多的β(AL9Fe2Sil2)相,这是一种更脆的针状化合物,它的有害作用比α相更大,往往使合金容易沿它断裂。这些在合金中形成的不溶性的杂质相或游离态杂质相往往聚集在晶界上,同时削弱晶界的强度和韧性[1-3],成为耐蚀性最差的薄弱环节,腐蚀首先从该处产生。
  (2)在熔炼过程中,虽然镁、硅的添加比例在标准规定的范围内,但有时由于搅拌不均匀和不充分,造成熔体中的硅分布不均匀,局部存在着富集区和贫乏区。因为硅在铝中的溶解度很小,共晶温度577℃时为1.65%,而室温时仅为0.05%,铸棒后也就产生了成分不均匀的现象,它直接反映到铝型材产品上,铝基体中存在少量游离态硅时,不仅降低合金的抗蚀性能,而且粗化合金的晶粒。
  (3)挤压时各工艺参数的控制,如棒坯预热温度过高,金属挤出流速、挤压时风冷强度、时效温度与保温时间等控制不当都易产生硅偏析和游离,使镁和硅没有完全成为Mg2Si相,而有部分游离硅存在。
  2.表面处理过程中的腐蚀现象
  富余和游离硅多的6003铝合金型材在表面处理时出现下列现象:当把型材放入酸性槽(硫酸15%~20%)时,能明显地观察到在型材表面有很多小气泡,随着时间延长和槽液温度升高,反应速度越来越快,这表明原电池电化学腐蚀已经产生[5]。此时把型材从槽液中提出来观察,就会在型材表面上发现很多个与正常表面颜色不一样的点。继续进行以后的处理,如碱腐蚀、酸性中和出光及硫酸阳极氧化时,这种暗灰色腐蚀点就会暴露得更加明显和直观。
  锌元素造成的腐蚀和硅元素引起的腐蚀在外观形态上有一些区别。锌造成的腐蚀点象雪花,沿晶界向外扩散,是有一定深度的坑。而硅元素引起的腐蚀点象夹杂暗灰色点,沿晶界面没有向外扩散,也感觉不到深度.并且随着处理时间延长,数量越来越多,直到完全反应后才终止。这种暗灰色点通过延长腐蚀时间或退膜处理可基本上消除或减轻。
  3.预防措施
  硅引起6063铝合金型材腐蚀的行为完全是可以预防和控制的,只要对原材料的进货、合金成分进行有效控制,保证镁、硅比例在1.3~1.7范围内,并且对各工序的参数(如熔炼、搅拌、铸造冷却水温、棒坯预热温度、挤压淬火风冷强度、时效温度和时间等)进行严格控制,避免硅产生偏析和游离,尽量使硅和镁形成有益的Mg2Si强化相。
  如果发现有这种硅腐蚀点现象,在表面处理时就应该特别注意,在脱脂除油过程中,尽量使用弱碱性槽液,如果条件不允许,也应该在酸性除油液中浸泡的时间尽量缩短(合格的铝合金型材在酸性脱脂液中放20~30min无问题,而有问题的型材上只能放置1~3min),而且以后的洗水pH值要高一些(pH>4,控制Cl-含量),在碱腐蚀过程中尽量延长腐蚀时间,在中和出光时要使用硝酸出光液,在硫酸阳极氧化时应尽快通电氧化处理,这样,由硅引起的暗灰色腐蚀点就不明显,可满足使用要求。
  硅虽然是6063铝合金型材中不可缺少的主要成分,但是如果添加量不当,添加的硅没有完全和镁形成Mg2Si强化相,造成硅的偏析和游离,就会在表面处理过程中易出现硅引起的铝合金型材腐蚀现象。在生产中对主要合金组元和杂质以及工艺参数都要进行严格的控制,杜绝此类现象发生。
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