陽極氧化后鋁合金工件表面暗線及亮線的成因及對策

1、2017? 年第 ?1? 期總第 ?234? 期技術(shù)工程陽極氧化后鋁合金工件表面暗線及亮線的成因及對策丁小理，高森田摘要：探討了陽極工件表面暗線及亮線的產(chǎn)生原因，并提出解決方法。重新氧化返工結(jié)果顯示，大部分產(chǎn)品表面缺陷現(xiàn)象無法去除。若重新熱處理及陽極表面處理，氧化表面暗或亮線條缺陷可消除，缺陷區(qū)域硬度亦可恢復(fù)并與其它區(qū)域相同。關(guān)鍵詞： 陽極氧化；表面暗線；亮線；?氧化線條；硬度；電導(dǎo)率中圖分類號： TG379? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： Bdoi ：前言鋁合金的陽極氧化處理可以把原材表面輕微的碰刮傷以及細(xì)微模線消除，起到化妝美化作用。但部分原材看不到或隱藏的不易檢查發(fā)現(xiàn)的缺陷如焊合線

2、條、暗亮線紋、粗大晶粒、黑斑、暗線、亮線及白線等等問題在陽極氧化后的工件明顯顯露 1 、 2。這些缺陷可能屬鑄錠材料、擠壓、模具或冶金問題等等，需要實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及分析探討方可根本解決 3。鋁及鋁合金的陽極氧化處理，一般工序?yàn)榍疤幚?、陽極氧化、染色、封孔等。其中前處理一般包括除油、堿蝕、中和、水洗等子工序，主要目的是去除原材自然氧化膜，并把鋁材表面非鋁的物質(zhì)去除，露出鋁基體，以便后續(xù)的氧化工序可順利形成連續(xù)的氧化膜，提高材料的耐磨性、耐蝕性，并改善產(chǎn)品的美觀。鋁合金產(chǎn)品的晶界及化合物顆粒在陽極前處理的制程中較容易作者簡介： 丁小理（1987- ），女，廣西桂林人，工程師。收稿日期： 2016-05-

3、12腐蝕，故前處理腐蝕后的坑洞或晶界不同，可能會(huì)引起視覺感觀差異，形成客戶不能接受的缺陷 3 。陽極的表面問題除受前處理?xiàng)l件影響外，也可能是擠錠、擠壓設(shè)備工裝、工藝、模具等原因，這些問題需要正確的分析才能找到問題原因及對策。大部分的擠壓工廠會(huì)使用石墨板或石墨塊，擠壓型材或圓管時(shí)在模具出口及淬火冷卻區(qū)之間用石墨材料調(diào)整或控制擠壓型材的水位及滑出，但型材在高溫狀態(tài)與不穩(wěn)定石墨材料的摩擦區(qū)域可能產(chǎn)生材料的冶金變化，這種變化會(huì)使摩擦位置與其它位置的冶金性能不同，造成本篇探討的陽極工件表面暗線及亮線問題。下面就此問題進(jìn)行了深入探討和分析。試驗(yàn)方法6061 熱頂鑄造鑄棒經(jīng)均質(zhì)處理后進(jìn)行批量生產(chǎn)，生產(chǎn)外徑3

4、0mm厚度 1.5mm 鋁管，擠壓時(shí)型 ?48? 丁小理，等：陽極氧化后鋁合金工件表面暗線及亮線的成因及對策技術(shù)工程材工件出口下墊有石墨板，圓管型材出口溫度約，離開石墨板后用霧冷裝置進(jìn)行淬火冷卻，拉直后鋁管進(jìn)行時(shí)效處理（170 8h ），隨后鋸切拋光，進(jìn)行陽極本色氧化處理。氧化后部分產(chǎn)品有暗線及亮線缺陷。針對異常缺陷工件進(jìn)行硬度、導(dǎo)電度、金相分析及返工處理。維式硬度(HV) 測量表面亮線及其周圍區(qū)域硬度，試樣取橫切面近表面位置的正常區(qū)域、亮線區(qū)及正常位置等區(qū)域每隔（b）亮線缺陷100 m位置測量一點(diǎn)，總計(jì)20 點(diǎn)，測量條件為負(fù)圖1 鋁管經(jīng)陽極本色氧化處理后的表面缺陷荷 10g ，時(shí)間 10s

5、，微硬度鉆子呈現(xiàn)完全菱形形狀。2.2 硬度檢查將有氧化缺陷的產(chǎn)品退膜、打磨、重噴砂，使用巴氏硬度計(jì)測量表面暗線斑及其周圍區(qū)以不同陽極生產(chǎn)線及前處理工藝再進(jìn)行陽極氧化域硬度，表面暗線斑區(qū)域硬度多在HBa7274 間，處理分析。而色澤正常區(qū)域硬度多在HBa8284 間。數(shù)據(jù)顯示將有氧化缺陷的產(chǎn)品退氧化膜，并把黑斑區(qū)表面暗線區(qū)域硬度偏低。域重新打磨，再次進(jìn)行固溶（5401h ）及淬火使用維式硬度(HV) 測量表面亮線及其周圍區(qū)處理，淬火后進(jìn)行時(shí)效處理（1708h ）。熱處域硬度，每隔100 m位置測量一點(diǎn)，結(jié)果如表1理完的工件再進(jìn)行陽極氧化處理及檢測。所示。表1顯示亮線區(qū)(912)?位置微硬度約 H

6、V1282 試驗(yàn)結(jié)果及討論及正常位置(18 亮線， 1320 亮線 ) 正常區(qū)域微硬度約 HV115 ，表面亮線區(qū)域硬度較周圍正常區(qū)域2.1 目視檢查略高。6061 鋁管經(jīng)陽極本色氧化處理，氧化后有表1表面亮線及其周圍區(qū)域微硬度測量值位置HV值/HV部分產(chǎn)品有暗線及亮線缺陷，分別見圖1（ a）1116及圖 1（ b）所示。把有氧化缺陷的產(chǎn)品退膜、2115打磨、重噴砂，以相同陽極生產(chǎn)線及前處理工31124114藝進(jìn)行陽極氧化處理，重新氧化后暗線或亮線5111大部分仍然存 在。610871198114912510129111331212613112141261511916118（a）暗線缺陷171

7、11181121911920118 ?49? 2017? 年第 ?1? 期總第 ?234? 期技術(shù)工程2.3 電導(dǎo)率檢查使用渦流導(dǎo)電儀測量導(dǎo)電率，陽極表面暗線斑區(qū)域?qū)щ娐识嘣?748?IACS% ，而色澤正常區(qū)域?qū)щ娐识嘣?546?IACS% 。相同6061 同批材料的導(dǎo)電率與熱處理狀態(tài)有一定的關(guān)聯(lián)，一般而言，淬火態(tài)的固熔程度愈低電導(dǎo)率愈高，固熔程度低則存在更多粗大Mg2Si 強(qiáng)化相顆粒 3 、 4。析出狀態(tài)下，析出顆粒越大，電導(dǎo)率越高及硬度愈低。由于屬（b）黑線斑區(qū)域的金相同一鑄次 6061 的同一支長度370mm鋁管，排除化圖2 表面黑線斑區(qū)域和色澤正常區(qū)域顯微組織學(xué)成分差異，推測表面黑線

8、斑區(qū)域和色澤正常區(qū)陽極表面亮線區(qū)域和色澤正常區(qū)域的光學(xué)顯域的固熔程度不同，黑線斑區(qū)域粗大Mg2Si 顆粒微鏡觀察如圖3所示，金相也顯示陽極表面亮線斑多，導(dǎo)電率較高，硬度較低。暗線斑區(qū)域固熔程區(qū)域及色澤正常區(qū)域的晶粒型態(tài)及大小無差異。度較低。反之，亮線區(qū)域可能是固熔程度較其它區(qū)域高而產(chǎn)生的陽極表面線條缺陷。暗線區(qū)域及亮線區(qū)域兩者都是型材與石墨摩擦的位置，在淬火時(shí)效處理后與其它區(qū)域產(chǎn)生不同的性質(zhì)并因而產(chǎn)生陽極線條缺陷。2.4 金相分析使用光學(xué)顯微鏡分別進(jìn)行陽極表面黑線斑區(qū)域和色澤正常區(qū)域的檢查，結(jié)果見圖2。圖 2（ a）的金相顯示表面色澤正常區(qū)域的晶粒晶界清晰，似乎圖3 陽極表面亮線斑區(qū)域及色澤正

9、常區(qū)域的金相顯示粗大顆粒較少。圖2.5 重新陽極氧化2（ b）黑線斑區(qū)域的金相顯示晶界不明顯，似乎也說明粗大顆粒物較多，但兩將有氧化黑暗線缺陷的產(chǎn)品退膜、打磨、重區(qū)域的晶粒大小似乎無差異。噴砂，以不同陽極生產(chǎn)線及前處理工藝進(jìn)行陽極氧化處理，結(jié)果如表2所示。通過問題品不同產(chǎn)線不同前處理工藝，重新返工結(jié)果顯示，黑斑現(xiàn)象經(jīng)重新打磨、重新噴砂氧化處理后仍有80%左右產(chǎn)品表面黑斑現(xiàn)象無法去除。前處理?xiàng)l件不同，結(jié)果相差不多，進(jìn)一步驗(yàn)證非陽極氧化處理工序工藝不當(dāng)引起，而是線條區(qū)域是石墨板摩擦造成淬火固溶程度不同的冶金變化。此一異常區(qū)域有深度上的差異造成陽極返工后小部分工件可消除表（a）表面色澤正常區(qū)域的金相

10、面線條缺陷。 ?50? 丁小理，等：陽極氧化后鋁合金工件表面暗線及亮線的成因及對策技術(shù)工程粗大 Mg2Si 顆粒，導(dǎo)致硬度較低電導(dǎo)率較高，陽極表2 重新陽極氧化處理的返工不良率處理后表面較其他區(qū)域暗淡。反之，型材與石墨生堿蝕時(shí)間堿槽堿槽試樣無有返工板接觸摩擦，若該區(qū)域散熱慢，保溫性能良好，黑黑產(chǎn)濃度/溫度數(shù)量不良?/s斑斑線-1/ / 支率/%則該部分淬火固溶程度較高，人工時(shí)效后硬度較gLA線3046.49682675高電導(dǎo)率較低，陽極表面較其它區(qū)亮。兩者都可A線9046.49662467通過重新熱處理解決。A線180-3781788（純堿中）3 結(jié)論B線30105.89583563C線307

11、6.49081788擠壓工件進(jìn)入強(qiáng)淬火前的石墨板可能造成2.6 重新固溶時(shí)效處理高溫工件與石墨摩擦而導(dǎo)致淬火后固溶程度的差異，導(dǎo)致工件不同區(qū)域的冶金特性產(chǎn)生變化，這取不良品退氧化膜并打磨，再次進(jìn)行種變化造成陽極氧化品的表面線條缺陷（暗線斑5 4 0 1 h 固 溶 熱 處 理 及 水 淬 ， 時(shí) 效 處 理及亮線）。擠壓生產(chǎn)過程中，尤其是采用水霧冷170 8h 。重新按原陽極表面處理流程，氧化淬火冷卻的產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)排除工件與出料口石4所示。使用韋伯氏硬線條缺陷全部消除，如圖墨支撐塊的接觸以避免這些缺陷的產(chǎn)生。本文結(jié)HW11，而度檢測，重新熱處理前暗線區(qū)域硬度為論如下:HW16。將產(chǎn)品退膜，重

12、新固溶正常區(qū)域硬度為（ 1）陽極表面暗線斑區(qū)域硬度較正常區(qū)域硬（ 540 1h ）及時(shí)效處理（170 8h ）后，原度低。陽極表面亮線區(qū)域硬度較周圍正常區(qū)域略HW16，與其它區(qū)域相黑線斑區(qū)域硬度亦可提升至高。同。（ 2）陽極表面暗線斑區(qū)域電導(dǎo)率高于色澤正常區(qū)域電導(dǎo)率。（ 3）光學(xué)顯微鏡分析黑線斑區(qū)域顯示其晶粒晶界不明顯，色澤正常區(qū)域的金相顯示晶界清晰，但兩區(qū)域的晶粒型態(tài)及大小無差異。光學(xué)金相也顯示陽極表面亮線斑區(qū)域及色澤正常區(qū)域的晶粒無差異。（ 4）氧化重新返工結(jié)果顯示，仍有80%左右圖4 重新固溶淬火時(shí)效的氧化鋁管產(chǎn)品表面缺陷現(xiàn)象無法去除。型材出口與石墨板摩擦造成淬火固溶程度不同的問題是產(chǎn)品

13、橫向深通過硬度、導(dǎo)電率、金相檢查分析及重新度的差異。固熔淬火及時(shí)效等試驗(yàn)，可說明陽極氧化后表面（ 5）重新熱處理及陽極表面處理，氧化表面黑線及亮線應(yīng)由擠壓在線固溶淬火差異引起。擠暗或亮線條缺陷可消除，缺陷區(qū)域硬度亦可恢復(fù)壓過程中型材與石墨板接觸摩擦，若該區(qū)域散熱并與其它區(qū)域相同?？?，在進(jìn)入強(qiáng)淬火區(qū)前型材溫度已降至析出區(qū)溫度以下，則造成淬火固溶程度不同，析出較多的 ?51? 2017? 年第 ?1? 期總第 ?234? 期技術(shù)工程/ 專利薈萃參考文獻(xiàn)?理， 20011?朱傳芳 . 鋁合金陽極氧化的常見缺陷J.輕合金加工技?3?高森田 . 鋁合金技術(shù) M.2014術(shù) ， 19984?王祝堂 ,?

14、田榮璋 . 鋁合金及其加工手冊M.20052?張鴻云 . 鋁合金建筑型材常見表面缺陷分析J. 表面處?Cause?and?Countermeasures?for?Dark?Line?and?Bright?Lineon?Aluminum?Alloy?Workpiece?SurfaceDING?Xiao-li,?GAO?Sen-tian(Guangdong?Hesheng?Industry?Aluminum?Material?Co.,?Ltd.,Zhongshan?528400,China)Abstract:? Cause?of?dark?line?and?bright?line?on?anodi

15、zed?workpiece?surface?is?discussed?and?solution?is?put?forward.?Re-anodized?results? show?that?most?product?surface?defect?can?not?be?removed.?If?re-heat?treatment?and?anodizing?treatment,?dark?line?and?bright?line?of? oxidized?surface?can?be?removed,?hardness?of?defect?district?can?recover?to?be?sa

16、me?as?other?district.Keywords: ?anodizing;?surface?dark?line;?bright?line;?hardness;?conductivity一種鋁硅鑄造合金的順序時(shí)效方法美國專利?US8728258本發(fā)明提供了一種可提高鑄造鋁硅合金伸長率和抗拉強(qiáng)度的時(shí)效方法。本發(fā)明時(shí)效方法的第一步是先順序時(shí)效一個(gè)經(jīng)固溶處理后的鑄件，然后快速加熱至形核溫度再快速冷卻，接下來重新加熱至沉淀生長溫度得到性能改善的鋁硅合金鑄件。鑄造用耐熱鋁合金美國專利?US8574382本專利發(fā)明了一種冷強(qiáng)化鑄造鋁合金，具有很好的熱穩(wěn)定性，適合制造承受高熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的鑄件。所

17、發(fā)明合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為： 11.2 11.8Si、 0.6 0.9Mn 、 Fe ?0.15 、 0.7 1.0Mg 、 1.8 2.0Cu 、 0.5 1.0Cr 、1.7 2.0Zn 、 0.08 0.25Ti、 20 30 10-6B 、 Ni2 、 Co1，還可以含80 300 10-6Sr?,其余為 Al 和生產(chǎn)中附帶的其他元素和雜質(zhì)，其他元素和雜質(zhì)的總和最多0.2 ，其中每一種最多0.05 。本發(fā)明鋁合金適合制造發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱箱體以及其他鑄件。一種用于制備局部增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的石墨模具中國專利?CN203862990U本專利所涉及的石墨模具包括石墨模具本體和緊固鐵框。石墨模具為一長方體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)圓柱形結(jié)構(gòu)的鋁熔體填充室，兩室之間設(shè)有鋁熔體燒口，澆口通過鋁熔體通道與兩側(cè)的鋁熔體填充室相連通。本專利結(jié)構(gòu)新型簡單，使用該石墨模具制備的合成顆粒局部增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有反應(yīng)迅速、工藝簡單、填充性好、基體與增強(qiáng)顆粒結(jié)合緊固、整體性能優(yōu)良等