鋁合金中氧化膜缺陷特征分析

優(yōu)選鋁合金中氧化膜缺陷特征分析當(dāng)前第1頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)目錄一、文獻(xiàn)中關(guān)于氧化膜缺陷的論述二、幾種氧化鋁的典型特征三、模擬熔體氧化膜形貌四、典型的氧化膜、夾雜缺陷五、異物壓入六、氧化膜夾雜對(duì)市場(chǎng)的影響七、西南鋁氧化膜夾雜產(chǎn)生原因簡(jiǎn)析當(dāng)前第2頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)一、文獻(xiàn)中關(guān)于氧化膜缺陷的論述《鋁合金半成品的組織與性能》多巴特金著，冶金工業(yè)出版社，1984年6月第1版1．非金屬夾雜引起的表面缺陷這類缺陷的出現(xiàn)和外形，與夾雜相對(duì)于鑄錠和板材表面深度的分布有關(guān)。如果在鑄錠的表面層存在有爐襯和鑄造工具的脫落碎塊、熔劑、熔渣、玻璃絲網(wǎng)、氧化膜等非金屬夾雜，以及氣泡和很深的冷隔時(shí)，將會(huì)在板材的表面上形成暗帶(圖87，a)。圖87暴露在板材表面上的夾雜a-暗帶b-起皮當(dāng)前第3頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)

2．內(nèi)部缺陷：分層、氧化膜、夾雜

分布在接近于鑄錠厚度中心的非金屬夾雜、聚集的金屬間化合物和由于氣體收縮所引起的嚴(yán)重疏松，是鋁及鋁合金板材產(chǎn)生分層的原因。分層是一種不連續(xù)式的缺陷，這種缺陷沿軋制方向被拉長(zhǎng)，其長(zhǎng)寬之比很大（圖88、89）。圖89AMr6合金板材的分層圖88硬鋁板材分層區(qū)的顯微組織(該分層是由于存在熔渣引起的)200×當(dāng)前第4頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)《鋁箔：其典型質(zhì)量問(wèn)題及產(chǎn)生原因》OzgulKeles，MuratDundar。JournalofMaterialsProcessingTechnology186(2007)125–137。

當(dāng)前第5頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)圖5AA1200合金12μm箔由氧化鋁夾雜引起的針孔當(dāng)前第6頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第7頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)圖4由氧化鎂夾雜引起的針孔當(dāng)前第8頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第9頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)圖7由金屬壓入引起的針孔。當(dāng)前第10頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)圖9由劃傷引起的針孔當(dāng)前第11頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)圖10印痕當(dāng)前第12頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)“鋁壓鑄件中的硬質(zhì)點(diǎn)及非金屬夾雜物”陸樹(shù)蓀、樂(lè)書(shū)華等，特種鑄造及有色合金2000年第5期研究硬質(zhì)點(diǎn)中的非金屬夾雜物后可發(fā)現(xiàn)：其中多數(shù)是氧化鋁(Al2O3),有相當(dāng)數(shù)量的硅酸鋁(AlO·xSiO2)，并有少量的MgAl2O4(即MgO·Al2O3)化合物。2.1氧化鋁(Al2O3)其組織形貌基本上可分為二種類型,一種是多孔狀的Al2O3(見(jiàn)圖1a和圖2),另一種為深色無(wú)孔的Al2O3(見(jiàn)圖3)。2種Al2O3夾雜物的顯微硬度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1,由表1可看到:2種Al2O3的顯微硬度不同,但它們都比鋁基體的顯微硬度(平均為HV68)高得多,分別為鋁基體的10倍和20倍,它們的出現(xiàn)會(huì)使合金的切削性能顯著降低,以至發(fā)生崩刀的現(xiàn)象。除了上述二種基本形態(tài)外,硬質(zhì)點(diǎn)處還存在有折疊膜片狀(見(jiàn)圖4)、團(tuán)絮狀A(yù)l2O3夾雜物。當(dāng)前第13頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第14頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第15頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第16頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第17頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)《鋁及鋁合金表面缺陷分類》日本輕金屬學(xué)會(huì)研究委員會(huì)，1980，8夾雜特征：板材、卷材的表面暴露夾雜物或因夾雜物引起裂紋，觀察裂開(kāi)處的表面可以發(fā)現(xiàn)夾雜物的存在當(dāng)前第18頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第19頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)壓入特征：工作輥有異物掉入時(shí)單面出現(xiàn)，卷材卷曲時(shí)掉入則在兩面出現(xiàn)。鋁屑掉入時(shí)，隨著壓延的進(jìn)行可能成為“起皮”狀。當(dāng)前第20頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)“DieCastingDefects:IdentifyingtheCauses&DeterminingtheSolutions”DIECASTINGENGINEER，1January2008壓鑄鋁合金中的缺陷a氧化膜b剛玉當(dāng)前第21頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)c難熔夾雜物d化合物偏析當(dāng)前第22頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)壓鑄鋁合金中夾雜物缺陷的種類及其特征當(dāng)前第23頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)二、幾種氧化鋁的典型特征1.剛玉（Al2O3晶體）壓入軋輥磨削的砂輪是剛玉顆粒粘接而成的，磨削過(guò)程中剛玉顆粒不斷損耗脫落，如果清洗不干凈，會(huì)隨著乳液附著在軋輥表面，在軋制過(guò)程中壓入板面，形成非金屬壓入。剛玉硬度極高（僅次于金剛石），具有致密的晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第24頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)樣品：西南鋁3104罐體料顆粒物與外界為完全開(kāi)放狀態(tài)，由于顆粒硬度遠(yuǎn)高于金屬，致使其附近金屬變形流線發(fā)生隨動(dòng)變化。當(dāng)前第25頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)元素重量原子

百分比百分比OK59.2371.01NaK0.270.22AlK40.2928.64PK0.210.13總量100.00當(dāng)前第26頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)2陶瓷過(guò)濾板碎渣陶瓷過(guò)濾板經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)，硬度高但多孔樣品：西南鋁3104板錠成品帶材當(dāng)前第27頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)破碎顆粒沿軋向分布，造成局部分層，除個(gè)別直徑超過(guò)板厚的顆粒造成局部金屬破裂而露出表面外，其余小尺寸顆粒被金屬完全封閉，是由熔體中帶來(lái)。當(dāng)前第28頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)經(jīng)過(guò)5%NaOH溶液浸蝕硬度高劃傷軋輥當(dāng)前第29頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)ElementWeight%Atomic%

OK49.4562.21MgK0.990.82AlK49.5636.97Totals100.00碎片能譜分析結(jié)果當(dāng)前第30頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)ElementWeight%Atomic%

CK0.050.21AlK0.601.22SiK0.390.76CrK4.464.71FeK94.5193.10Totals100.00從軋輥上刨下的鐵性金屬當(dāng)前第31頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)ElementWeight%Atomic%

OK51.1463.45MgK7.386.03AlK41.4830.52Totals100.00從陶瓷過(guò)濾板上取下的碎渣成分、形貌與前述陶瓷碎片一致當(dāng)前第32頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)3熔體氧化膜樣品：西南鋁3104板錠成品帶材。與剛玉、陶瓷比，是Al2O3MgO（尖晶石）混合體，硬度低、疏松易碎，金屬變形后破碎產(chǎn)物在金屬內(nèi)部呈帶狀分布，造成局部分層。大塊氧化膜在軋制金屬厚度減薄當(dāng)前第33頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第34頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)ElementWeight%Atomic%

OK49.6462.18MgK5.404.45AlK44.6033.13PK0.360.23Totals100.00當(dāng)前第35頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)元素重量原子

百分比百分比CK0.060.13OK2.704.50MgK1.191.31AlK93.9092.87SiK0.320.30MnK1.190.58FeK0.650.31總量100.00采用低加速電壓（10kV），可以反映出鋁板表面的自然氧化現(xiàn)象，能譜分析結(jié)果表明板材表面有氧化鋁，但無(wú)法看到其形貌，說(shuō)明自然氧化膜極薄。資料介紹一般僅為數(shù)十到一百余埃。樣品：3104板材。當(dāng)前第36頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)三、模擬熔體氧化膜形貌為明確熔體氧化膜的典型特征，取3104和1050合金在實(shí)驗(yàn)室重熔，觀察表面氧化膜。3104合金重熔樣品氧化膜當(dāng)前第37頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)5%NaOH溶液浸蝕后當(dāng)前第38頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)局部放大圖像當(dāng)前第39頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)元素重量原子

百分比百分比CK0.020.03OK46.3358.59MgK14.4512.03AlK37.9728.47SiK0.980.71PK0.250.17總量100.003104合金當(dāng)前第40頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)1050重熔樣品氧化膜當(dāng)前第41頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)5%NaOH溶液浸蝕后當(dāng)前第42頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)元素重量原子

百分比百分比CK0.180.36OK16.1324.44MgK0.620.62AlK82.2473.90SiK0.640.55CaK0.200.12總量100.001050合金當(dāng)前第43頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)四、典型的氧化膜、夾雜缺陷西南鋁5182罐蓋缺陷宏觀形貌20X當(dāng)前第44頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)

ElementWeight%Atomic%OK35.7647.91MgK12.9811.44AlK50.9740.49PK0.130.09MnK0.160.06Totals100.00當(dāng)前第45頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)

西南鋁5052罐蓋當(dāng)前第46頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)

元素重量原子

百分比百分比OK42.4954.81MgK14.3012.14AlK43.2133.05總量100.00樣品：西南鋁2D70鍛件當(dāng)前第47頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)樣品編號(hào)重量百分比（%）OMgAl9#48.2016.1735.63樣品：西南鋁7A52厚板當(dāng)前第48頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)樣品：0.24mm5052罐蓋料ElementWeight%Atomic%OK29.8641.66MgK7.887.23AlK60.2949.88SiK0.290.23PK1.010.72FeK0.680.27Totals100.00當(dāng)前第49頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)裂紋裂紋

樣品：西南鋁5182罐蓋料，表面可見(jiàn)橫向小裂口ab當(dāng)前第50頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)點(diǎn)狀物點(diǎn)狀物

a樣品截面及能譜譜圖當(dāng)前第51頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)點(diǎn)狀物點(diǎn)狀物

b樣品截面及能譜譜圖當(dāng)前第52頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)

元素重量原子

百分比百分比OK32.8144.69MgK12.4311.14AlK54.3143.86PK0.450.31總量100.00樣品：西南鋁5182罐蓋料，橫截面當(dāng)前第53頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)5182罐蓋及板材當(dāng)前第54頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)

當(dāng)前第55頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)3104罐體針孔當(dāng)前第56頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)3104罐體針孔截面形貌當(dāng)前第57頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)元素重量原子

百分比百分比CK0.541.02OK27.0938.08MgK12.0711.17AlK58.4248.69SiK0.340.27PK0.440.32MnK0.710.29FeK0.370.15總量100.00罐體針孔能譜分析結(jié)果（1）當(dāng)前第58頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)元素重量原子

百分比百分比CK0.280.54OK19.2628.24MgK12.9512.50AlK67.5158.71總量100.00罐體針孔能譜分析結(jié)果（2）當(dāng)前第59頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)3104罐體料破杯當(dāng)前第60頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)3104罐體料斷罐樣品當(dāng)前第61頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)元素重量原子

百分比百分比CK0.110.19OK52.5264.62MgK10.218.27AlK35.0825.59SiK0.240.17PK1.841.17總量100.00引起斷罐的缺陷能譜分析結(jié)果（1）當(dāng)前第62頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)元素重量原子

百分比百分比CK0.781.33OK43.5555.72MgK10.028.44AlK44.2333.55SiK0.310.23PK1.110.73總量100.00引起斷罐的缺陷能譜分析結(jié)果（2）當(dāng)前第63頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)夾雜物引起1235合金鋁箔串孔缺陷當(dāng)前第64頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)五、異物壓入

樣品部位元素含量（%）SiFeCuMnMgNiZnTi壓入0.240.480.200.921.230.010.010.02正常0.240.470.200.901.240.010.010.023104罐體料熱軋過(guò)程中的大面積金屬壓入當(dāng)前第65頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)由裂邊引起的熱軋板材邊部金屬壓入金屬壓入裂邊當(dāng)前第66頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)冷軋時(shí)，3104合金板材表面單點(diǎn)狀壓入，壓入物已脫落當(dāng)前第67頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)由于軋制油油污引起的雙合箔針孔缺陷當(dāng)前第68頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)PS板表面的非金屬壓入當(dāng)前第69頁(yè)\共有73頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)