2004№4總第157期科苑論壇《鋁加工》

6063鋁合金型材雪花斑產生機理及對策

齊少山

(曲阜遠東鋁業(yè)有限公司　山東　曲阜　273100

)

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

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

關鍵詞:雪花斑;介穩(wěn)定相;坑點腐蝕;中和

中圖分類號:TG115121+313,TG115121+513　　　　文獻標識碼:B　　　　文章編號: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,并作為現代建筑門窗

幕墻工程中的主要構架而被廣泛采用。但在6063

鋁合金型材的氧化生產過程中,經常會有不同廠家

鋁棒所擠型材在氧化前處理過程中產生一種類似

“雪花”狀缺陷的不合格品(行業(yè)界簡稱雪花斑)

,

給鋁型材生產的穩(wěn)定性和成品率造成很大的影響。

其產生原因,眾說紛云,但尚未有權威定論,主要

有以下不同觀念。

收稿日期:2004—01—20

)

,男,山東曲阜人,1996年青島大學作者簡介:齊少山(

1972—

　　(

1

)

6063鋁合金鑄棒Zn、Ga含量較高時,

如Zn大于0102%、Ga大于0103%時,擠壓型材

在氧化前處理中和時,在SO

4

2-和Cl-作用下就會

出現雪花狀斑點[1]。

(

2

)鋁棒鑄造時除氣效果不好,因含有微量氣

體(主要為H

2

)

,在氧化前處理時被腐蝕,內部缺

陷暴露而呈現腐蝕斑。

(

3

)鑄棒時精煉劑、晶粒細化劑扒渣不凈混入

及含有其它雜質。

(

4

)鋁棒鑄造用原料及輔料含有某種活潑性微

量雜質,從而氧化時與H

2

SO

4

首先反應,產生局部

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。從事鋁型材質量檢驗工作。

?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)境浸泡時間過長造成腐蝕,形成

黑點。

不符國家標準及使用要求,這種型材極易發(fā)生腐蝕

而喪失門窗、幕墻的結構性能,這與中和后就能發(fā)

現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

取表面已呈現雪花斑的型材在10倍讀數顯微

鏡下觀察發(fā)現:雪花斑呈坑點狀排列,雪花斑中心

坑點較密,周圍較稀疏,由于鋁基體本身呈白,

同時由于光的漫反射原因,在不同的角度位置進入

眼中的光線不同,也就呈現發(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

呈現較密集的腐蝕,邊緣呈放射狀排列。

(

2

)不同角度下觀察呈現黑斑或白斑,但雪花

斑缺陷中心均較其周圍發(fā)暗。

113　酸腐蝕斑點及氧化槽受到Cl-污染氧化后所

產生的黑斑點與雪花斑現象不同,其主要表現為

深度較大面積較小(≤115mm2)的黑坑點,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,鹽霧試驗等耐化學性能明顯

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

對已氧化封孔型材表面和有雪花斑腐蝕部位進

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。為進一步

素。(見圖5、圖6

)。

經對比分析,Cl、K、Ca、Zn元素含量有較大

差異,S、Ni元素為兩者均有。

探究元素成分的細微差別,對已氧化封孔型材表面

雪花斑部位進行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,Ni元素與封孔采用Ni2+封孔劑有關;

(

2

)對異常元素Cl、Ca、K鋁棒熔鑄時除渣劑

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),藥料設備及工藝控制中無產生

渠道,其可能與鋁棒本身含有有關。

圖2　型材表面X射線譜分析

3　試驗

針對以上可能原因及原因分析,為避嫌疑保持

公正立場,本公司在供應方質量人員的監(jiān)督配合下

做了以下對比實驗。

311　采用山東電解鋁廠與已批量出現雪花斑批號

鋁棒在相同的生產工藝條件下:包括同一機臺同一

型號同一模具同一掛同一時間段采用同一擠壓氧化

工藝處理(風冷淬火、時效及前處理)

,中和后仍

然出現,而山東電解鋁廠所產型材仍未出現類似情

況。此實驗證明雪花斑的出現與現行擠壓工藝、氧

化工藝基本無關,其產生有其它原因。

312　由于雪花斑的產生在氧化之前中和后顯現,

為進一步排除槽液中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溶液對山東電

解鋁廠鋁棒所產型材做破壞性試驗,經試驗表明前

處理槽液Cl-、Ca2+含量較高時,山東電解鋁廠鋁

棒所產型材仍未出現雪花斑,但已出現雪花斑批號

鋁棒所產型材在槽液中排除了Cl-、Ca2+、K+、

Zn2+后仍然出現?？梢哉f雪花斑型材的出現基本與

槽液中排除了Cl-、Ca2+、K+無直接關系,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

改為鋁鈦硼絲細化,同時強化工藝執(zhí)行操作進行鋁

棒熔鑄。經對其所鑄鋁棒產型材作了對比實驗,實

踐表明:在采取上述措施后雪花斑仍然產生但比例

有所減少。

314　采用高純氮除氣對比實驗

對包頭某鋁廠采用高純氮除氣后鋁棒改善情況

及廣東韶關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實驗。實驗表

明:采用高純氮除氣后,雪花斑型材產生機率大大

減少,雪花斑面積亦呈減小狀況。說明雪花斑的產

生與鋁棒中H

2

含量有關。

315　為進一步證明上述實驗結果,根據淄博某鋁

廠在熔鑄設備改造前鋁棒使用質量情況:其高低爐

在2000年初為充分利用高爐余熱進行了改造,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

月采用單個熔鑄線改回按正常工藝生產對比,此熔

鑄線后來所產鋁棒產生雪花斑缺陷型材明顯減少,

后來又采用高純N

2

除氣,延長熔煉靜置時間,基

本已予解決。也間接性證明,雪花斑的產生與H

有較大的關系,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致大量產

生雪花斑型材缺陷。

4　綜合分析結論及對策

(下轉第33頁)

有關。

313　包頭某鋁廠采用延長除渣靜置時間采用陶瓷

過濾板過濾并規(guī)范扒渣操作,晶粒細化劑由鈦硼砂

?29?

　　2004№4總第157期科苑論壇《鋁加工》

劑,同時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在

循環(huán)系統中過濾干凈。

(

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整喂料高度以使鋁

材上下表面質量一致。

確測定帶材速度,從而給定導路輥準確的速度信

號。

導路輥表面狀況:一是導路輥表面的損傷及變

形情況,二是導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,否則容易產生層間擦傷。

開卷張力必須保證帶材盡可能與入口偏導輥的輥面

有效貼合。

2　輥縫外軋件表面質量控制

輥縫外軋件表面質量控制關鍵,在于確保軋件

在進入輥縫之前和離開輥縫之后,軋件表面不產生

本道次缺陷。

影響輥縫外軋件表面質量的主要因素有:導輥

與帶材間運行的同步性;導路表面狀態(tài);開卷和卷

取的張力給定;雜物進入。

影響導路輥與帶材間運行的同步性的主要因

素:一是機械卡阻;二是電氣動態(tài)補償不夠或速度

給定信號不對,對于機械卡阻,一是減少導輥的慣

量,二是增加軸承的靈活性。對于電氣動態(tài)補償不

夠或速度給定信號不對,一是調整動態(tài)補償,二是

修改速度給定信號,三是采用激光或白光測速,準

3　結論

軋機輥縫內產生的任何表面缺陷,只要認真分

析軋件、軋輥和軋制油這三大要素的實際狀況,并

不斷優(yōu)化這三大要素的配合,就能較好地解決這些

表面現象缺陷,生產出優(yōu)質的表面。

軋機輥縫外的表面缺陷,工藝問題相對容易解

決,更多的問題需要設備人員的配合才能解決。

參考文獻

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封,1995

(

1

)

,42～49

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東北工學院出版社,1990

(上接第29頁)

411　雪花斑部位Cl-、Ca2+、K+含量異常與鋁棒

熔鑄時扒渣不凈微量除渣劑混入鋁棒有關,故應嚴

格熔煉扒渣操作,適當延長除渣靜置時間,采用細

孔目陶瓷過濾板過濾,可有效消除渣劑的影響。

412　由于鋁棒鑄造時除氣效果不良,鑄棒中所含

有的微量氣體H

2

擠壓時帶入型材并為鋁基體所覆

蓋,在前處理時由于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,產生一種坑點腐

蝕[1]隨著腐蝕的加深,材料的內部缺陷予以表現而

呈現雪片狀斑點。

413　經化學分析及試驗觀察,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

產生的隱患之一,在生產中必須予以消除,Zn含

量應控制在0102%以下。

由于各個廠家產生的原因不同,筆者認為:除

H效果不良,鑄棒中混入H

2

是6063鋁合金型材產

生雪花斑的原因;Zn含量偏高(超過0102%

)及

熔煉時扒渣不凈造成除渣劑等微量雜質元素混入是

雪花斑產生的主要影響因素。

參考文獻

[1]張磊,顏金科,許紅開1鋁型材雪斑原因及對策[J]1輕

其產生主要決定因素,但高于0102%擠壓時易產

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,產生電化學腐蝕,隨著腐蝕的

加深,

η

相從基體脫落,腐蝕中止。在試驗同時發(fā)

現部分Zn達到0106%鋁棒所產型材仍未出現雪花

金屬11998年第5期

[2]JT1STALEY

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