6063铝型材阳极氧化表面斑点腐蚀缺陷的原因分析

6063铝型材经阳极氧化后，具有具有良好的耐蚀性能和装饰性能,近年来,随着国民经

济的发展及人们生活水平的提高,铝合金门窗、铝合金幕墙的使用越来越普及,然而不少的铝

合金在使用一段时间以后,表面出现形态各异的腐蚀缺陷，其中斑点腐蚀较为常见,严重影响

铝型材的使用性能及装饰效果。为了合理改善铝型材的表面质量，达到控制表面斑点腐蚀的

目的，很有必要对斑点缺陷做深入细致的分析。本文以6063铝型材经阳极氧化后表面出现

的斑点腐蚀为研究对象，分析斑点腐蚀的本质、成因及生成机理，探讨产生斑点腐蚀的关键

因素。

1斑点腐蚀的本质分析

由所使用的6063铝型材成分可知，为了确保Mg元素充分形成强化相Mg2Si，一般在

配制合金成分时人为的使Si元素适量过剩。因为随着Si含量的增加，合金的晶粒变细，热

处理效果较好。但另一方面，Si的过剩也有负面作用，使合金的塑性降低，耐蚀性变坏。

研究表明：过剩Si不仅能形成游离态的Si相，还会与基体形成α相(Al12Fe2Si)和β相

(Al9Fe3Si2)，这样在铝合金中存在游离态的Si相、α相(Al12Fe2Si)、β相(Al9Fe3Si2)

等阴极相粒子和阳极相Mg2Si粒子。α相和β相对合金的腐蚀性能影响很大，尤其是β相

能显著降低合金的腐蚀性能。斑点处残留物的成分主要是游离Si相和AlFeSi相，同时发现

氯元素在残留物处也发生了吸附，这说明Cl-参与了腐蚀过程。腐蚀区中锌元素含量较基体

高得多，说明合金中的杂质元素锌也参与了腐蚀过程。

阳极氧化工序中，阳极相Mg2Si是合金的点蚀源。在阳极氧化碱洗时，Mg2Si粒子优先

溶解而形成蚀坑，其中镁溶解在溶液中而硅在铝合金上残留下来，当蚀坑聚集在晶粒上就会

使该晶粒颜发暗。在硫酸中和工序中硅不易除去，故斑点腐蚀蚀坑底部硅含量较其他区域

高。

2斑点腐蚀的成因分析

影响斑点腐蚀的主要因素有预处理过程中的碱洗温度、碱洗时间以及合金成分中的Zn、

Fe、Si元素含量与合金的挤压状态等。在诸多因素中，挤压状态起着关键性的作用，它关

系到对腐蚀性能有较大影响的Zn、Fe、Si等元素的分布，以及金属键间化合物等粒子的析

出位置。在较粗的挤压条纹区中，斑点腐蚀分布具有明显的方向性，因为这个区域挤压时阻

力较大，应力多在此集中，该处金属的晶格发生严重畸变，成为局部高自由能区，在随后的

再结晶过程中优先形核，为了降低界面能和处于稳定态，此处晶粒不仅异常长大，而且

Mg2Si阳极相、游离Si、FeSiAl、FeAl3等阴极相优先析出，为后续的斑点腐蚀创造了条件。

由于上述原因，在析出游离Si、FeSiAl、FeAl3等金属问化合物的晶界附近出现硅铁元

素的贫乏区，此区近乎为纯铝，电位为负是阳极，它与金属间化合物(是阴极)构成了微电池，

在腐蚀介质的作用下，微电池中阴极相(如游离Si、FeSiAl、FeAl3)周围的Si、Fe贫乏区(是

阳极相)优先溶解，而Mg2Si也发生溶解，结果阳极相周围Al的溶解形成了带有残留物的

腐蚀坑，阳极相溶解则形成没有残留物的腐蚀坑。当腐蚀条件继续恶化(如温度上升、碱洗

时间长等)的情况下，基体Al继续溶解，腐蚀坑向深的方向发展，于是表面形貌就表现为部

分带有残留物的腐蚀坑和部分无残留物的腐蚀坑，由二者构成了前面所述的斑点腐蚀。

3斑点腐蚀生成机理分析

6063是Al-Mg-Si系合金，Mg2Si是唯一的时效强化相。为提高合金强度，生产中常使

Si元素含量过剩，由过剩Si便形成了游离Si、FeSiAl相粒子。这些粒子在挤压工艺不当

及热处理不规范的情况下。可能导致与FeAl3、Mg2Si粒子一起在晶界处偏聚(或偏析)，这

就构成了点蚀源.根据腐蚀学理论，阴极质点周围的阳极铝会优先腐蚀，生成的Al3+向阴极

扩散，而溶液中的OH-向阳极扩散，最终在阴阳极的界面沉淀出白絮状的Al(OH)3，干涸

后在铝材的表面构成白斑点。即所谓的斑点腐蚀。相应的化学方程式如下：

Al→Al3++3e(阳极)

Al3++3OH-→Al(OH)3↓(阴极)

4活性元素的影响

Zn元素的加速作用

固溶在铝合金中的锌以“溶解-再沉积”的方式加速晶粒腐蚀，合金表面上沉积的锌或

铁以及高电位脱溶物FeSiAl和游离硅等阴极性粒子能起到有效的阴极作用，加快溶解氧的

还原过程，促进腐蚀不断扩展、加深。

Zn元素碱洗时随Al的溶解而以Zn(OH)42-和Zn(OH)-3的形式溶于碱液中。又因为Zn

的电位(-0．76V)较Al的电位(-1．67V)正，当碱液中Zn离子的浓度增至一定数值时，Zn

就会选择性地沉积在腐蚀坑中的残留物上，所以会出现Zn元素偏高的异常现象。另一方面，

由于Zn、Al二者的电位差较大，导致微电池中的腐蚀电流很大，阴极性粒子Fe、Si贫乏

区(基本为纯铝)溶解较快，这种腐蚀最终表现为斑点腐蚀。

Cl-的活化作用

作为外部因素的Cl-对斑点腐蚀非常敏感，具有诱发、加重点蚀的作用。研究结果发现，

脱脂酸中的Cl-会在钝化膜缺陷处吸附，并穿透钝化膜吸附于基体上。此处的铝元素由于被

活化而迅速溶解，于是钝化膜被破坏，形成电偶电池结构，在酸性介质的作用下，局部腐蚀

电流较大，此时Cl-与溶解的A13+发生如下络合反应：Al3++Cl-+H2O→AlOHCl++H+，使溶

液的酸性进一步加强，腐蚀条件更加恶化。当Cl-浓度增高时，络合反应向右进行，钝化

膜上的活性点会大大增加，在随后的碱洗过程中优先溶解，从而出现较为严重的斑点腐蚀。

pH值的促进作用

水洗水中的pH值小于2或者大于4时，很少发生斑点腐蚀。颜发暗时的晶粒由灰

向黑转变过程中，水洗槽中的pH值起到了一定的促进作用。

当水洗水中pH＞4时，铝型材表面形成的钝化膜比较完整、致密，H+、Cl-的吸附、活

化、破坏作用大大减弱，故型材很少甚至没有腐蚀发生；当pH＜2时，铝型材表面处于活性

溶解状态，无钝化膜形成，所以也不会出现斑点腐蚀。

5结论

6063铝型材斑点腐蚀是因铝合金中阳极相Mg2Si的偏析、粗化引起的，而合金中杂质

元素Zn及溶液中Cl-和pH值加速了斑点腐蚀的发生与发展。应适当调整合金中的镁硅元素

质量比，不宜使硅元素含量过高，并合理安排时效制度以防止Mg2Si粒子的偏聚，以免影响

铝型材的腐蚀性能。控制合金中微量元素Zn以及处理过程中溶液的Cl-浓度和pH值，减轻

活性元素的负面影响。