鎮江散熱器闡述"閃爍花紋"形成的原因及預防措施

 
      “閃爍花紋”的根本原因是堿蝕液中Zn汙染引起的選擇性晶間腐蝕。在日常的生產中,鎮江散熱器經常會看到一些空心、半空心的,甚至是一些斷麵曲率較大的實心的擠壓材,經過硫酸陽極氧化生產工藝處理後,其表麵局部會出現一種沿縱向連續分布的,具有一定寬度的顯示為粗糙不平(似梨皮狀)的,清晰可見的閃爍晶粒狀的表麵缺陷—“閃爍花紋”(或稱“光亮花樣”)。其分布規律是:①沿擠壓方向,尾部比頭部更明顯可見,嚴重時,首尾都很明顯;②沿垂直於擠壓軸線的方向,“花紋”一般隻出現在局部,尤其出現在型材曲率較大的部位,或是空心、半空心型材的焊縫區域,或是在型材的形成過程中6063鋁合金承受摩擦阻力最大的部位。
 1.氧化前處理工藝的影響
  某些擠壓材經硫酸脫脂並水洗後,表麵無異常變化,而當其在wZn2+≥4×10-6的堿蝕液中經正常的浸蝕並隨後立即有效水洗後,就會看到“閃爍花紋”的存在。筆者對擠壓材的擠壓組織進行分析,結果表明:“閃爍花紋”對應的組織是晶粒度比正常部位的大得多的粗大等軸晶的再結晶組織——粗晶環,且晶粒越粗大,“閃爍花紋”越明顯;這種現象也隨著浸蝕的進行而越來越明顯。
  指出:“閃爍花紋”的形成除了與合金成分(尤其是Zn)、擠壓材(RCS狀態)的組織狀態有關外,還與堿蝕液中[Zn2+]有關。實驗證明:在合金中,當wZn≥0.033%,且型材表麵存在粗晶環的前提下,隻要堿蝕液中wZn2+≥4×10-6,就會產生“閃爍花紋”。
  產生“閃爍花紋”的根本原因是堿蝕液中Zn汙染引起的選擇性晶間腐蝕。晶間腐蝕的機理是電化學的,是晶界內的局部原電池作用的結果。沿晶粒邊緣沉澱析出的第二相Mg2Si與貧乏的固溶體之間由於腐蝕電位的不同,在堿蝕電解質溶液中,形成了原電池α-Al-Mg2Si。在實際生產中,一般都要求Si的含量過剩,則其晶間腐蝕敏感性增大,因為位於晶界及其附近區域的遊離矽具有很強的陽極性。
  研究結果表明:“閃爍晶粒”的晶界及其附近區域中的含Zn量相對偏高,即Zn參與了腐蝕過程。Zn是以“溶解-再沉積”的方式促進晶界腐蝕的。堿洗時,固熔於α-Al中的Zn隨α-Al的溶解而溶解;當槽液中wZn2+≥4×10-6時,發生反應:Al+Zn2+→Zn+Al3+,單質Zn有選擇地在陰極性區域沉積,進一步加劇了局部腐蝕。
  2.鑄錠質量的影響
  AG视讯知道;6063鋁合金的主要相組成為:遊離Si(陽極相)和FeAl3(陽極相),當wFe≥wSi時,有α-(Al-Fe-Si)(陽極相);當wFe≤wSi時,有β-(Al-Fe-Si)(陰極相)。實際生產中,要求6063合金的成分應符合國際GB3190-82之規定,並且要求按wFe∶wSi=1.73∶1相對過剩的Si元素的過剩量不大於0.20%。而在6063鋁合金型材(RCS狀態)的堿蝕處理過程中,當其他條件具備時,隻要合金中wZn≥0.03%,就可能產生“閃爍花紋”缺陷;並且這種缺陷的清晰程度隨合金中Zn含量的增加而增大。特別應該指出的是:在相同條件下,產生“閃爍花紋”缺陷時,合金中Zn的含量對空心型材的影響要比它對實心型材的影響更明顯。
  3.擠壓-熱處理工藝因素的影響
  低層錯能的金屬(如α-Al)在擠壓(ε=90%)時,隻發生動態回複,而後會發生靜態回複和靜態再結晶。純鋁的再結晶溫度約為280℃,而6063鋁合金的再結晶溫度為320℃左右。AG视讯知道:無論是“回複”還是“再結晶”都是原子在固相中的擴散遷移過程。這與原子擴散所需的化學勢有關,且需要在較高的溫度下才能順利進行。當溫度過低時,擴散不宜進行,使“回複”和“再結晶”過程受到抑製。
  由上述理論可知:在正常的工藝條件下生產RCS狀態的6063鋁合金擠壓型材,在經擠壓-淬火處理後,其組織為:Mg、Si等元素的原子固溶於α-Al中而形成過飽和鋁基固溶體以及遊離Si單質等,晶粒細小且均勻分布,成為隻發生了動態回複或靜態回複的加工組織。經人工時效處理後,6063鋁合金型材的主要相組成為:α-Al,遊離Si,主要強化相Mg2Si,等等。組織狀態為:細小的Mg2Si晶粒彌散均勻分布於α-Al基體中,而遊離Si分布與晶界及其附近區域。而當生產條件控製不當(如淬火冷卻強度不足)時,就可能發生“靜態再結晶”及“再結晶晶粒長大”而形成粗晶環。
  粗晶環的分布規律是:靠近擠壓筒壁的部分出現較厚粗晶環;模具工作帶磨擦阻力較大的部分具有較厚粗晶環;較厚粗晶環處的晶粒比較粗大。沿擠壓方向上的粗晶環厚度的分布規律是:頭部薄、尾部厚;嚴重時會在全斷麵上出現粗晶組織。粗晶環的最大深度為:2.0-2.5mm。
  粗晶環的形成機理是:粗晶環產生的部位常常是金屬材料承受劇烈附加剪切變形的部位。在軟鋁合金(如6063合金)空心、半空心型材的擠壓過程中,其外層晶粒承受較內部更加劇烈的附加剪切變形,且沿擠壓方向上尾部較頭部的要劇烈的得多,承受外摩擦強烈且摩擦時間長的部位的金屬附加剪切變形較大。其晶粒的破碎和晶格畸變的程度也比較劇烈。因此,該部位金屬處於熱力學不穩定狀態,界麵能高,從而降低了該部位的再結晶溫度(這個溫差約為35℃),使晶粒形核長大的驅動力提高。同時由於劇烈摩擦部位金屬的溫度急劇升高,在風冷卻不及時或冷卻強度不足時,擠壓時析出的部分彌散質點(如MnAl6 CrAl7等)重新溶於固溶體α-Al內,阻礙再結晶的條件消失,也使再結晶溫度下降,再結晶形核、長大的驅動力提高。
  由此可見:當6063鋁合金擠壓溫度偏高,擠壓速度過快,模具局部工作帶過長,使合金型材流出模孔溫度偏高而又未及時風冷至250℃以下時,就易發生局部的靜態再結晶及再結晶晶粒的聚集長大,這就產生了粗晶環。
  粗晶環的存在,為“閃爍花紋”的形成創造了組織上的客觀條件。
預防措施:
  由於“閃爍花紋”缺陷的存在,造成大量工藝廢品,給企業生產經營帶來重大損失。因此,必須針對具體成因而采取具體的預防措施,防止這種表麵缺陷的產生。
  ①根據擠壓材表麵有無粗晶環及粗晶的大小,在生產工藝規程規定的範圍內,調整生產工藝控製參數,盡量減小粗晶環對氧化材表麵質量的影響。
  ②選擇性能優良的堿蝕添加劑。當堿蝕液中[Zn2+]偏高時,應及時向槽液中補加過量NaS或多硫化鈉。
  ③根據下列處於工作溫度下的電離平衡方程式:Zn2++2OH-Zn(OH)22H++Zn,為了抑製Zn2+的不良影響,可以增大遊離NaOH的濃度,從而降低Zn2+的濃度,從而使wZn2+<3×10-6。或者采用先排放一部分舊槽液,再補充相當量的新槽液,亦可使得wZn2+<3×10-6。
  ④依據國際GB3190-82之規定,從企業生產的實際出發,製定一個適合本企業情況的6063鋁合金成分的企業標準。嚴格控製Si、Fe、Mg、Zn的含量,要求Si的含量相對於wMg∶wSi=1.73∶1所要求的含Si量過剩,但過剩量不大於0.20%;wZn2+≤0.050%;要進行鑄錠的均化退火處理,消除偏析現象。
  ⑤調整模具結構,減小局部的劇烈摩擦縮短相應部位工作帶的長度,加大空刀斜度或保證工作帶平麵與空刀斜麵結合處的高度差不小於0.5mm,調整分流孔的布置或第一分流比K1的大小及模橋斷麵下端的形狀尺寸,減小兩股金屬在焊和室上部相遇時的相對摩擦力。
  ⑥調整鑄,錠擠壓筒等的加熱溫度,擠壓溫度和擠壓速度的控製參數,嚴格控製淬火冷卻工藝,避免靜態再結晶的發生。
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