工业铝型材表面斑状缺陷的原因是什么?
一、熔铸过程中的斑状缺陷
在铝型材的熔铸过程中,形成表面斑状缺陷的最主要原因是合金的化学成分。在合金中,除了主要元素Mg、Al、Si之外,还有Mn、Fe、Zn等少量元素。适当加入这些元素,可有效改善原材料的力学性与化学性,但是如果这些元素过量也会产生负面作用,因此需严格控制。
经大量实验证明,如果Zn>0.02%,一方面氧化处理中如果遇到SO、CI=就可能产生雪花状斑点;另一方面,在时效处理过程中析出的介稳相η(MgZn2)相时,在阳极氧化的预处理中,η相和铝基体的电化学位置不同,形成微电池,加快η相周围铝基体的溶解速度,此时相脱落,产生雪花状斑点。
在铝型材阳极氧化之前,碱洗中的铝固溶体Zn发生溶解反应Zn2+,经过电极电位校正的铝由溶液中置换,同时产生溶解反应,加快铝基体的溶解速度,造成合金中产生雪花状斑点,且Zn的含量越高,这种情况就会越严重。还应认识到,当合金中的游离Si以及Al―Fe―Si化合物偏析相反应时,相对铝固溶体呈阴极,碱洗中周围的铝首先溶解,并形成雪花斑。
另外,如果偏析相沿晶界中呈现连续的链状分布状态时,容易产生晶界腐蚀。而合金中的Fe、Zn等元素容易形成α―Fe2SiAl8、β-FeSiAl、T-AlMgZn3等杂质相,极大降低了合金的电化学性、耐蚀性、氧化着色均匀性以及抗挤压能力。尤其在Fe元素富集的位置,氧化膜较薄且不够致密,此阳极区首先受到腐蚀作用。Mn和Fe生成的金属间化合物Al6(MnFe),弱化了氧化膜的透明度。
因此在实际生产过程中,应合理控制这些元素,对提高铝合金效率具有重要意义。为了尽量降低杂质的有害影响,在实际生活中应控制元素含量,以(Fe)=0.15~0.20、 ω(Zn)<0.02%、ω(Si)(Mn)<0.1%为宜。
二、均匀化处理中的斑状缺陷
均匀化处理的主要目标为细化晶粒,以避免在后续加工过程中出现选择性晶间腐蚀。而产生表面斑点。在铸锭过程中,强化相Mg2Si以及由于Fe元素加入而产生的β-FeSiAl在锭中连接,呈枝状分布,对挤压性能产生严重影响。
较多的Mg2Si相在挤压过程中虽然会发生破碎,但是破碎相不会弥散性散发在基体中,在时效过程中,一些Mg2Si相会发生异常长大问题。经过碱洗优先被腐蚀,产生雪花状腐蚀坑。由于β-FeSiAl和铝基体的电化学位置不同,在碱洗时会促进铝基体快速溶解,产生蚀坑。
通过科学的均匀化处理,可促进β-FeSiAl相球化,而Mg2Si相则呈针状,提高组织均匀性,可有效弱化暗斑的形成。经实践证明,可行均匀化热处理的标准为:在温度为560±5℃时,保温时间>6小时,当温度约为580℃时,保温时间约为2小时。
三、挤压过程中的斑状缺陷
由于铝型材的挤压性能普遍较好,一般实心型材的挤压速度约在20-50m/min。但是为了提高铝型材加工组织均匀度,一般控制挤压型材出口的速度应大于30m/nin。为了强化Mg2Si相可充分在铝基体中固溶,铝型材在挤压过程中的出口温度应大于500℃,但是需要在后续过程中加强表面处理;但是出口温度不能超过530℃,否则会降低铝型材的表面质量,且无法保障尺寸精确度。
由于挤压处理之前,铸锭预加热温度约为480℃,为了能提高型材出口温度在510℃,可适当改变挤压的速度,并调节出口温度。在选择挤压工艺时,应优先考虑铝型材的力学性能,对于材料与表面处理质量的要求不同,产品采用的工艺参数也应有所区别。
经过一些实际试验要求,可发现当挤压型材出口速度控制在37m/min时,铝型材的表面处理具有极强性能,且此时型材出口的温度正好为510℃,符合要求。可见,若想控制铝型材的斑点腐蚀,主要措施为:将铸锭的加热温度控制约为480℃,以恰当的挤压速度工作,保证其出口温度约510℃。
四、时效中的斑状缺陷
在时效过程中,主要为固溶强化相的析出过程。根据强化相的性能、分布、大小等,对时效的影响主要包括时效时间与时效温度。Al-Mg-Si系的强化相主要是Mg2Si相,其析出的顺序主要为:①过饱和固溶体高;②浓度空位GP区;③针状共格沉淀相β";④棒状半共格沉淀相β';⑤板状稳定沉淀相β。
当温度高于200℃的长时间时效过程中,或者在时效产生复热的情况下,可能造成β相的异常长大。由于晶粒分布不均匀,造成其电化学性质差异扩大。碱洗过程中,Mg2Si相会提前溶解并形成蚀坑,经过氧化形成雪花斑。为了确保在时效后,铝型材中的Mg2Si相可细小弥散分布,一般应在200℃保温时间1-2小时,或者在170℃保温时间7-10小时,或者可选择分段失效的方式,也就是低温185℃的保温时间2.5小时,到达205℃的保温时间1小时,将获得更好时效。
五、加工工艺的控制
铝型材的表面常会产生斑状缺陷,而这些缺陷多产生于挤压过程中,尤其是工艺方法、参数的确定等,都对铝型材质量十分重要。其一,铝型材挤压模具的操作非常关键,不得出现任何缺陷,如果模具的边缘粗糙、尺寸存在误差等,都会影响铝型材质量。其二,由于铝型材焊接中产生的热影响,会造成色调不均问题。在焊件过程中,在固溶状态的表面可能形成着色较差的透明氧化膜,但是处在析出状态的表面则会形成光泽度不佳、透明性差的着色氧化膜。其三,在进行车、弯曲、铣等机器加工时,切削的粉末附着在铝型材表面,极易发生伤痕。为了尽量避免这种伤痕,可以利用砂纸局部加工。
另外,如果在喷砂、抛光、研磨等处理时会产生局部过热,造成色调不均与斑点。而包装与运输过程中,为了避免铝型材的划伤、碰伤等,应注意包装和运输环节,减少不必要的损坏。
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