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      6063鋁型材陽極氧化表面斑點腐蝕缺陷的原因分析

      來源:本站原創 發布時間:2017年04月17日 閱讀

      6063鋁型材經陽極氧化后,具有具有良好的耐蝕性能和裝飾性能,近年來,隨著國民經濟的發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,表面出現形態各異的腐蝕缺陷,其中斑點腐蝕較為常見,嚴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量,達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致的分析。本文以6063鋁型材經陽極氧化后表面出現的斑點腐蝕為研究對象,分析斑點腐蝕的本質、成因及生成機理,探討產生斑點腐蝕的關鍵因素。
        1 斑點腐蝕的本質分析

        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,當蝕坑聚集在晶粒上就會使該晶粒顏色發暗。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等。在諸多因素中,擠壓狀態起著關鍵性的作用,它關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中,斑點腐蝕分布具有明顯的方向性,因為這個區域擠壓時阻力較大,應力多在此集中,該處金屬的晶格發生嚴重畸變,成為局部高自由能區,在隨后的再結晶過程中優先形核,
      為了降低界面能和處于穩定態,此處晶粒不僅異常長大,而且Mg2Si陽極相、游離Si、FeSiAl、FeAl3等陰極相優先析出,為后續的斑點腐蝕創造了條件。

        3 斑點腐蝕生成機理分析
        6063是Al-Mg-Si系合金,Mg2Si是唯一的時效強化相。為提高合金強度,生產中常使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及熱處理不規范的情況下?赡軐е屡cFeAl3
      、Mg2Si粒子一起在晶界處偏聚(或偏析),這就構成了點蝕源.根據腐蝕學理論,陰極質點周圍的陽極鋁會優先腐蝕,生成的Al3+向陰極擴散,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Al(OH)3,干涸后在鋁材的表面構成白色斑點。即所謂的斑點腐蝕。相應的化學方程式如下:
        Al→Al3++3e (陽極)
        Al3++3OH-→Al(OH)3 ↓(陰極)
        4 活性元素的影響
        4.1 Zn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,當堿液中Zn離子的濃度增至一定數值時,Zn就會選擇性地沉積在腐蝕坑中的殘留物上,所以會出現Zn元素偏高的異,F象。另一方面,由于Zn、Al二者的電位差較大,導致微電池中的腐蝕電流很大,
      陰極性粒子Fe、Si貧乏區(基本為純鋁)溶解較快,這種腐蝕最終表現為斑點腐蝕。
        4.2 Cl-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、加重點蝕的作用。研究結果發現,
      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,形成電偶電池結構,在酸性介質的作用下,局部腐蝕電流較大,此時Cl-與溶解的A13+發生如下絡合反應:Al3++Cl-+
      H2O→AlOHCl++H+,使溶液的酸性進一步加強,腐蝕條件更加惡化。當Cl-濃度增高時,
      絡合反應向右進行,鈍化膜上的活性點會大大增加,在隨后的堿洗過程中優先溶解,從而出現較為嚴重的斑點腐蝕。
        4.3 pH值的促進作用
        水洗水中的pH值小于2或者大于4時,很少發生斑點腐蝕。顏色發暗時的晶粒由灰色向黑色轉變過程中,水洗槽中的pH值起到了一定的促進作用。
        當水洗水中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生;當pH<2時,鋁型材表面處于活性溶解狀態,無鈍化膜形成,所以也不會出現斑點腐蝕。
        5 結論
        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,而合金中雜質元素Zn及溶液中Cl-和pH值加速了斑點腐蝕的發生與發展。應適當調整合金中的鎂硅元素質量比,不宜使硅元素含量過高,并合理安排時效制度以防止Mg2Si粒子的偏聚,以免影響鋁型材的腐蝕性能?刂坪辖鹬形⒘吭豘n以及處理過程中溶液的Cl-濃度和pH值,減輕活性元素的負面影響。

       

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