6063鋁型材陽極氧化表面斑點腐蝕缺陷的原因分析

1、6063 鋁型材陽極氧化表面斑點腐蝕缺陷的原因分析6063 鋁型材經(jīng)陽極氧化后，具有具有良好的耐蝕性能和裝飾性能, 近年來 , 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展及人們生活水平的提高, 鋁合金門窗、 鋁合金幕墻的使用越來越普及, 然而不少的鋁合金在使用一段時間以后 , 表面出現(xiàn)形態(tài)各異的腐蝕缺陷， 其中斑點腐蝕較為常見 , 嚴(yán)重影響鋁型材的使用性能及裝飾效果。 為了合理改善鋁型材的表面質(zhì)量， 達(dá)到控制表面斑點腐蝕的目的，很有必要對斑點缺陷做深入細(xì)致的分析。本文以 6063 鋁型材經(jīng)陽極氧化后表面出現(xiàn)的斑點腐蝕為研究對象， 分析斑點腐蝕的本質(zhì)、 成因及生成機理， 探討產(chǎn)生斑點腐蝕的關(guān)鍵因素。1 斑點腐蝕的本質(zhì)分

2、析由所使用的 6063 鋁型材成分可知，為了確保 Mg元素充分形成強化相Mg2Si，一般在配制合金成分時人為的使Si 元素適量過剩。 因為隨著 Si 含量的增加， 合金的晶粒變細(xì)， 熱處理效果較好。但另一方面，Si 的過剩也有負(fù)面作用，使合金的塑性降低，耐蝕性變壞。研究表明：過剩 Si 不僅能形成游離態(tài)的 Si 相，還會與基體形成相(Al12 Fe2Si) 和相(Al9Fe3Si2) ，這樣在鋁合金中存在游離態(tài)的Si 相、相 (Al12 Fe2Si)、相 (Al9Fe3Si2)等陰極相粒子和陽極相Mg2Si 粒子。相和相對合金的腐蝕性能影響很大，尤其是相能顯著降低合金的腐蝕性能。斑點處殘留物的

3、成分主要是游離Si 相和 AlFeSi 相，同時發(fā)現(xiàn)氯元素在殘留物處也發(fā)生了吸附，這說明Cl- 參與了腐蝕過程。腐蝕區(qū)中鋅元素含量較基體高得多，說明合金中的雜質(zhì)元素鋅也參與了腐蝕過程。陽極氧化工序中，陽極相Mg2Si 是合金的點蝕源。在陽極氧化堿洗時，Mg2Si 粒子優(yōu)先溶解而形成蝕坑， 其中鎂溶解在溶液中而硅在鋁合金上殘留下來，當(dāng)蝕坑聚集在晶粒上就會使該晶粒顏色發(fā)暗。 在硫酸中和工序中硅不易除去，故斑點腐蝕蝕坑底部硅含量較其他區(qū)域高。2 斑點腐蝕的成因分析影響斑點腐蝕的主要因素有預(yù)處理過程中的堿洗溫度、堿洗時間以及合金成分中的Zn、Fe、 Si 元素含量與合金的擠壓狀態(tài)等。在諸多因素中，擠壓

4、狀態(tài)起著關(guān)鍵性的作用，它關(guān)系到對腐蝕性能有較大影響的 Zn、Fe、Si 等元素的分布， 以及金屬鍵間化合物等粒子的析出位置。 在較粗的擠壓條紋區(qū)中， 斑點腐蝕分布具有明顯的方向性， 因為這個區(qū)域擠壓時阻力較大，應(yīng)力多在此集中，該處金屬的晶格發(fā)生嚴(yán)重畸變，成為局部高自由能區(qū)，在隨后的再結(jié)晶過程中優(yōu)先形核，為了降低界面能和處于穩(wěn)定態(tài)，此處晶粒不僅異常長大，而且Mg2Si 陽極相、 游離 Si 、FeSiAl 、FeAl3 等陰極相優(yōu)先析出，為后續(xù)的斑點腐蝕創(chuàng)造了條件。由于上述原因， 在析出游離Si 、FeSiAl 、FeAl3 等金屬問化合物的晶界附近出現(xiàn)硅鐵元素的貧乏區(qū)， 此區(qū)近乎為純鋁， 電位

5、為負(fù)是陽極， 它與金屬間化合物 ( 是陰極 ) 構(gòu)成了微電池，在腐蝕介質(zhì)的作用下， 微電池中陰極相 ( 如游離 Si 、FeSiAl 、FeAl3) 周圍的 Si 、Fe 貧乏區(qū) ( 是陽極相 ) 優(yōu)先溶解，而 Mg2Si 也發(fā)生溶解， 結(jié)果陽極相周圍 Al 的溶解形成了帶有殘留物的腐蝕坑，陽極相溶解則形成沒有殘留物的腐蝕坑。當(dāng)腐蝕條件繼續(xù)惡化 ( 如溫度上升、堿洗時間長等 ) 的情況下， 基體 Al 繼續(xù)溶解， 腐蝕坑向深的方向發(fā)展， 于是表面形貌就表現(xiàn)為部分帶有殘留物的腐蝕坑和部分無殘留物的腐蝕坑， 由二者構(gòu)成了前面所述的斑點腐蝕。3斑點腐蝕生成機理分析6063 是 Al-Mg-Si系合金

6、， Mg2Si 是唯一的時效強化相。為提高合金強度，生產(chǎn)中常使Si元素含量過剩，由過剩 Si 便形成了游離Si 、FeSiAl 相粒子。這些粒子在擠壓工藝不當(dāng)及熱處理不規(guī)范的情況下。 可能導(dǎo)致與 FeAl3 、Mg2Si 粒子一起在晶界處偏聚就構(gòu)成了點蝕源 . 根據(jù)腐蝕學(xué)理論，陰極質(zhì)點周圍的陽極鋁會優(yōu)先腐蝕，生成的擴散， 而溶液中的 OH-向陽極擴散， 最終在陰陽極的界面沉淀出白色絮狀的后在鋁材的表面構(gòu)成白色斑點。即所謂的斑點腐蝕。相應(yīng)的化學(xué)方程式如下：( 或偏析 )，這 Al3+ 向陰極 Al(OH)3 ，干涸Al Al3+3e (陽極 )Al3+3OH- Al(OH)3(陰極 )4活性元素

7、的影響4.1Zn 元素的加速作用固溶在鋁合金中的鋅以“溶解 - 再沉積”的方式加速晶粒腐蝕，合金表面上沉積的鋅或鐵以及高電位脫溶物 FeSiAl 和游離硅等陰極性粒子能起到有效的陰極作用，加快溶解氧的還原過程，促進(jìn)腐蝕不斷擴展、加深。Zn 元素堿洗時隨Al 的溶解而以Zn(OH)42- 和 Zn(OH)-3 的形式溶于堿液中。又因為 Zn的電位 (-0 76V) 較 Al 的電位 (-1 67V)正，當(dāng)堿液中Zn 離子的濃度增至一定數(shù)值時，Zn就會選擇性地沉積在腐蝕坑中的殘留物上，所以會出現(xiàn)Zn 元素偏高的異常現(xiàn)象。另一方面，由于Zn、 Al二者的電位差較大，導(dǎo)致微電池中的腐蝕電流很大，陰極性

8、粒子Fe、 Si貧乏區(qū)( 基本為純鋁) 溶解較快，這種腐蝕最終表現(xiàn)為斑點腐蝕。4.2Cl- 的活化作用作為外部因素的 Cl- 對斑點腐蝕非常敏感， 具有誘發(fā)、 加重點蝕的作用。 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脫脂酸中的 Cl- 會在鈍化膜缺陷處吸附，并穿透鈍化膜吸附于基體上。此處的鋁元素由于被活化而迅速溶解，于是鈍化膜被破壞，形成電偶電池結(jié)構(gòu)，在酸性介質(zhì)的作用下，局部腐蝕電流較大，此時Cl- 與溶解的A13+發(fā)生如下絡(luò)合反應(yīng)：Al3+Cl-+ H2O AlOHCl+H+，使溶液的酸性進(jìn)一步加強，腐蝕條件更加惡化。當(dāng)Cl- 濃度增高時，絡(luò)合反應(yīng)向右進(jìn)行，鈍化膜上的活性點會大大增加，在隨后的堿洗過程中優(yōu)先溶解，從

9、而出現(xiàn)較為嚴(yán)重的斑點腐蝕。4.3pH 值的促進(jìn)作用水洗水中的pH值小于 2 或者大于4 時，很少發(fā)生斑點腐蝕。顏色發(fā)暗時的晶粒由灰色向黑色轉(zhuǎn)變過程中，水洗槽中的pH 值起到了一定的促進(jìn)作用。當(dāng)水洗水中 pH 4 時，鋁型材表面形成的鈍化膜比較完整、致密， H+、 Cl- 的吸附、活化、破壞作用大大減弱， 故型材很少甚至沒有腐蝕發(fā)生； 當(dāng) pH 2 時，鋁型材表面處于活性溶解狀態(tài)，無鈍化膜形成，所以也不會出現(xiàn)斑點腐蝕。5結(jié)論6063 鋁型材斑點腐蝕是因鋁合金中陽極相Mg2Si 的偏析、粗化引起的，而合金中雜質(zhì)元素 Zn 及溶液中Cl- 和 pH 值加速了斑點腐蝕的發(fā)生與發(fā)展。應(yīng)適當(dāng)調(diào)整合金中的鎂硅元素質(zhì)量比， 不宜使硅元素含量過高，并