2004№4总第157期科苑论坛《铝加工》

6063铝合金型材雪花斑产生机理及对策

齐少山

(曲阜远东铝业有限公司　山东　曲阜　273100

)

摘要:对6063铝合金型材产生的“雪花斑”缺陷进行了研究。并通过大量的试验证明,雪花斑产生的主要原因是铝

棒中的含有H,阳极氧化前处理时,H与Al发生原电池反应,产生坑点腐蚀所致。

关键词:雪花斑;介稳定相;坑点腐蚀;中和

中图分类号:TG115121+313,TG115121+513　　　　文献标识码:B　　　　文章编号:1005-4898

(

2004

)

04-0027-03

CausingMechanismandCountermeasure

for“Snow2ShapeSpot”for6063

AluminumAlloyProfiles

QIShao2shan

(QufuFar2EastAluminumCoLtd,Qufu,Shandong273100,China)

Abstract:Thedefect“snow2shapespot”existedin6063aluminumalloyprofilesisanalyzed1Themaincauseof“snow2shape

spot”isthatH

2

existedinaluminumrod,andprimarybatteryreactionwasoccurredbetweenHandAlpriortoanodizing,thus

causedthepitspot1

Keywords:snowshapespot;metastablephase;pittingcorrosion;neutralization

　　6063铝合金因其良好的可挤压成形、易氧化、

着、具有稳定的物理性能,并作为现代建筑门窗

幕墙工程中的主要构架而被广泛采用。但在6063

铝合金型材的氧化生产过程中,经常会有不同厂家

铝棒所挤型材在氧化前处理过程中产生一种类似

“雪花”状缺陷的不合格品(行业界简称雪花斑)

,

给铝型材生产的稳定性和成品率造成很大的影响。

其产生原因,众说纷云,但尚未有权威定论,主要

有以下不同观念。

收稿日期:2004—01—20

)

,男,山东曲阜人,1996年青岛大学作者简介:齐少山(

1972—

　　(

1

)

6063铝合金铸棒Zn、Ga含量较高时,

如Zn大于0102%、Ga大于0103%时,挤压型材

在氧化前处理中和时,在SO

4

2-和Cl-作用下就会

出现雪花状斑点[1]。

(

2

)铝棒铸造时除气效果不好,因含有微量气

体(主要为H

2

)

,在氧化前处理时被腐蚀,内部缺

陷暴露而呈现腐蚀斑。

(

3

)铸棒时精炼剂、晶粒细化剂扒渣不净混入

及含有其它杂质。

(

4

)铝棒铸造用原料及辅料含有某种活泼性微

量杂质,从而氧化时与H

2

SO

4

首先反应,产生局部

腐蚀。

(

5

)挤压出口冷却不足,形成Mg

2

Si

β

介稳定

毕业,工程师。从事铝型材质量检验工作。

・27・

　　《铝加工》科苑论坛2004№4总第157期

相或MgZn

2

η

介稳定相,在电解池中,因介稳定相

与铝基体电位不同,形成微电池造成电化学腐

蚀[2]。

(

6

)前处理中和槽及中和后水洗HNO

3

含量不

足或型材在酸性环境浸泡时间过长造成腐蚀,形成

黑点。

不符国家标准及使用要求,这种型材极易发生腐蚀

而丧失门窗、幕墙的结构性能,这与中和后就能发

现的本文所述的雪花斑截然不同,在此不再讨论。

2　分析

211　宏观分析

1　现象

111　型材的雪花斑缺陷有两种不同表面特征

(

1

)一种为缺陷面积较小的雪花斑,面积

018mm2～10mm2不等,呈鸡爪状,此种情况较为

取表面已呈现雪花斑的型材在10倍读数显微

镜下观察发现:雪花斑呈坑点状排列,雪花斑中心

坑点较密,周围较稀疏,由于铝基体本身呈白,

同时由于光的漫反射原因,在不同的角度位置进入

眼中的光线不同,也就呈现发乌即黑斑或本即白

斑特征。

212　金相分析

少见。

(

2

)另一种为缺陷面积较大的雪花斑,面积在

3mm2以上,最大有400mm2,为典型的雪花状。

112　雪花斑缺陷共同特征

(

1

)无论型材是否已氧化,雪花斑缺陷中心均

呈现较密集的腐蚀,边缘呈放射状排列。

(

2

)不同角度下观察呈现黑斑或白斑,但雪花

斑缺陷中心均较其周围发暗。

113　酸腐蚀斑点及氧化槽受到Cl-污染氧化后所

产生的黑斑点与雪花斑现象不同,其主要表现为

深度较大面积较小(≤115mm2)的黑坑点,呈

分散性分布,氧化膜不连续,甚至发生穿孔。这种

缺陷的存在是致命的,盐雾试验等耐化学性能明显

在10×100金相显微镜下观察,雪花斑部位与

无雪花斑部位相比呈云团状,腐蚀中心有类图4似

的湖泊中心的流水状特征,无其它特异性特征。

213　电子显微镜扫描分析

对已氧化封孔型材表面和有雪花斑腐蚀部位进

行观察照相:图1—a、b为型材正常表面在

1573195放大倍率下暗场和明场照片,明场下呈麻

点状。图1—c、d型材雪花斑部位在1573195放

大倍率下暗场和明场照片,明场下呈似湖泊中心

(腐蚀中心)流水特征,暗场下呈杂乱无章的棒状

排列,这与金相显微镜观察到的现象基本相似。

图1　铝材表面的扫描电镜照片

　　由于采用光谱分析和化学分析元素的局限性,

有无雪花斑部位,九种可分析成分Al、Si、Mg、

Fe、Cu、Mn、Zn、Ti、Cr基本无差别。为进一步

素。(见图5、图6

)。

经对比分析,Cl、K、Ca、Zn元素含量有较大

差异,S、Ni元素为两者均有。

探究元素成分的细微差别,对已氧化封孔型材表面

雪花斑部位进行X射线能谱分析,以找出异常元

・28・

　　2004№4总第157期科苑论坛《铝加工》

　　(

1

)

S元素的存在与采用H

S

O

4

中和和阳极氧

化工艺有关,Ni元素与封孔采用Ni2+封孔剂有关;

(

2

)对异常元素Cl、Ca、K铝棒熔铸时除渣剂

中含有,但由于自来水及井水中均含有一定量的

Ca2+、Cl和极微量的K+,故不可确定;Zn元素因

槽液为封闭性循环,药料设备及工艺控制中无产生

渠道,其可能与铝棒本身含有有关。

图2　型材表面X射线谱分析

3　试验

针对以上可能原因及原因分析,为避嫌疑保持

公正立场,本公司在供应方质量人员的监督配合下

做了以下对比实验。

311　采用山东电解铝厂与已批量出现雪花斑批号

铝棒在相同的生产工艺条件下:包括同一机台同一

型号同一模具同一挂同一时间段采用同一挤压氧化

工艺处理(风冷淬火、时效及前处理)

,中和后仍

然出现,而山东电解铝厂所产型材仍未出现类似情

况。此实验证明雪花斑的出现与现行挤压工艺、氧

化工艺基本无关,其产生有其它原因。

312　由于雪花斑的产生在氧化之前中和后显现,

为进一步排除槽液中Cl-、Ca2+、K+、Zn2+等怀

疑元素的影响,我们又采用纯水配制试验槽液(包

括脱脂槽、碱蚀槽、中和槽及水洗槽液)

,以及人

为性制造槽液条件加入CaCl

2

、KCl溶液对山东电

解铝厂铝棒所产型材做破坏性试验,经试验表明前

处理槽液Cl-、Ca2+含量较高时,山东电解铝厂铝

棒所产型材仍未出现雪花斑,但已出现雪花斑批号

铝棒所产型材在槽液中排除了Cl-、Ca2+、K+、

Zn2+后仍然出现。可以说雪花斑型材的出现基本与

槽液中排除了Cl-、Ca2+、K+无直接关系,但因

除渣剂中含有,故X射线能谱分析中Cl-、Ca2+、

K+异常含量可能与除渣不净,除渣剂混入铸棒中

改为铝钛硼丝细化,同时强化工艺执行操作进行铝

棒熔铸。经对其所铸铝棒产型材作了对比实验,实

践表明:在采取上述措施后雪花斑仍然产生但比例

有所减少。

314　采用高纯氮除气对比实验

对包头某铝厂采用高纯氮除气后铝棒改善情况

及广东韶关模具型材厂采用高纯氮除气、未用高纯

氮除气及山东电解铝厂铝棒做了比对实验。实验表

明:采用高纯氮除气后,雪花斑型材产生机率大大

减少,雪花斑面积亦呈减小状况。说明雪花斑的产

生与铝棒中H

2

含量有关。

315　为进一步证明上述实验结果,根据淄博某铝

厂在熔铸设备改造前铝棒使用质量情况:其高低炉

在2000年初为充分利用高炉余热进行了改造,但

正是改造完后所供铝棒均不同程度大批量出现雪花

斑废品,在多次查找原因未果的情况下,2001年8

月采用单个熔铸线改回按正常工艺生产对比,此熔

铸线后来所产铝棒产生雪花斑缺陷型材明显减少,

后来又采用高纯N

2

除气,延长熔炼静置时间,基

本已予解决。也间接性证明,雪花斑的产生与H

有较大的关系,而其第一次高低炉改造后由于部分

水蒸气以电解H溶存于低炉铝液中而导致大量产

生雪花斑型材缺陷。

4　综合分析结论及对策

(下转第33页)

有关。

313　包头某铝厂采用延长除渣静置时间采用陶瓷

过滤板过滤并规范扒渣操作,晶粒细化剂由钛硼砂

・29・

　　2004№4总第157期科苑论坛《铝加工》

剂,同时润滑剂粘度与轧制速度匹配;

(

c

)采用最佳压下率轧制。

(

2

)采用清辊器,以清除附于轧辊表面的粉

屑;将润滑油在轧制过程中所积累的铝粉和杂质在

循环系统中过滤干净。

(

3

)采用低粗糙度和清洁干净的铝坯料板带。

(

4

)采用可升降的光泽辊调整喂料高度以使铝

材上下表面质量一致。

确测定带材速度,从而给定导路辊准确的速度信

号。

导路辊表面状况:一是导路辊表面的损伤及变

形情况,二是导路辊表面粘附异物的情况。

开卷和卷取的张力给定:本道次开卷张力必须

小于上道次的卷取张力,否则容易产生层间擦伤。

开卷张力必须保证带材尽可能与入口偏导辊的辊面

有效贴合。

2　辊缝外轧件表面质量控制

辊缝外轧件表面质量控制关键,在于确保轧件

在进入辊缝之前和离开辊缝之后,轧件表面不产生

本道次缺陷。

影响辊缝外轧件表面质量的主要因素有:导辊

与带材间运行的同步性;导路表面状态;开卷和卷

取的张力给定;杂物进入。

影响导路辊与带材间运行的同步性的主要因

素:一是机械卡阻;二是电气动态补偿不够或速度

给定信号不对,对于机械卡阻,一是减少导辊的惯

量,二是增加轴承的灵活性。对于电气动态补偿不

够或速度给定信号不对,一是调整动态补偿,二是

修改速度给定信号,三是采用激光或白光测速,准

3　结论

轧机辊缝内产生的任何表面缺陷,只要认真分

析轧件、轧辊和轧制油这三大要素的实际状况,并

不断优化这三大要素的配合,就能较好地解决这些

表面现象缺陷,生产出优质的表面。

轧机辊缝外的表面缺陷,工艺问题相对容易解

决,更多的问题需要设备人员的配合才能解决。

参考文献

[1]罗春辉1铝材轧制工艺润滑与表面质量[J]1润滑与密

封,1995

(

1

)

,42～49

[2]叶茂1金属塑性加工中摩擦润滑原理及应用[M]1沈阳:

东北工学院出版社,1990

(上接第29页)

411　雪花斑部位Cl-、Ca2+、K+含量异常与铝棒

熔铸时扒渣不净微量除渣剂混入铝棒有关,故应严

格熔炼扒渣操作,适当延长除渣静置时间,采用细

孔目陶瓷过滤板过滤,可有效消除渣剂的影响。

412　由于铝棒铸造时除气效果不良,铸棒中所含

有的微量气体H

2

挤压时带入型材并为铝基体所覆

盖,在前处理时由于H与Al的电位差形成原电池,

与H

2

接触部位Al腐蚀速度较快,产生一种坑点腐

蚀[1]随着腐蚀的加深,材料的内部缺陷予以表现而

呈现雪片状斑点。

413　经化学分析及试验观察,Zn含量高低不是

斑缺陷,这说明可能由于淬火条件的细微变化,

η

介稳定定相未形成。但铝棒中Zn含量高是雪花斑

产生的隐患之一,在生产中必须予以消除,Zn含

量应控制在0102%以下。

由于各个厂家产生的原因不同,笔者认为:除

H效果不良,铸棒中混入H

2

是6063铝合金型材产

生雪花斑的原因;Zn含量偏高(超过0102%

)及

熔炼时扒渣不净造成除渣剂等微量杂质元素混入是

雪花斑产生的主要影响因素。

参考文献

[1]张磊,颜金科,许红开1铝型材雪斑原因及对策[J]1轻

其产生主要决定因素,但高于0102%挤压时易产

η

介稳定相,由于介稳定相与Al基体电位生MgZn

2

不同,形成微电池,产生电化学腐蚀,随着腐蚀的

加深,

η

相从基体脱落,腐蚀中止。在试验同时发

现部分Zn达到0106%铝棒所产型材仍未出现雪花

金属11998年第5期

[2]JT1STALEY

(美)1铝合金淬火工艺对其性能的影响

[C]1刘静安,傅启明,张宗富编译1世界当代铝加工最

新技术[2]长沙:中南工业大学出版社,93～101

[3]林春年,葛祥荣等编1简明表面处理加工手册1北京机

械工业出版社

・33・