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铝合金铝合金型材散热器的空心/半空心原因解析


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       经常接触铝合金建筑型材散热器的老手常会见到一些空心、半空心的,甚至是一些断面曲率较大的实心的挤压材,经过硫酸阳极氧化生产工艺处理后,其表面局部会出现一种沿纵向连续分布的,具有一定宽度的显示为粗糙不平(似梨皮状)的,清晰可见的闪烁晶粒状的表面缺陷—“闪烁花纹”(或称“光亮花样”)。其分布规律是:①沿挤压方向,尾部比头部更明显可见,严重时,首尾都很明显;②沿垂直于挤压轴线的方向,“花纹”一般只出现在局部,尤其出现在型材曲率较大的部位,或是空心、半空心型材的焊缝区域,或是在型材的形成过程中6063铝合金承受摩擦阻力最大的部位。

     氧化前处理工艺的影响

  某些挤压材经硫酸脱脂并水洗后,表面无异常变化,而当其在wZn2+≥4×10-6的碱蚀液中经正常的浸蚀并随后立即有效水洗后,就会看到“闪烁花纹”的存在。笔者对挤压材的挤压组织进行分析,结果表明:“闪烁花纹”对应的组织是晶粒度比正常部位的大得多的粗大等轴晶的再结晶组织——粗晶环,且晶粒越粗大,“闪烁花纹”越明显;这种现象也随着浸蚀的进行而越来越明显。

  通过资料可知:“闪烁花纹”的形成除了与合金成分(尤其是Zn)、挤压材(RCS状态)的组织状态有关外,还与碱蚀液中[Zn2+]有关。实验证明:在合金中,当wZn≥0.033%,且型材表面存在粗晶环的前提下,只要碱蚀液中wZn2+≥4×10-6,就会产生“闪烁花纹”。

  产生“闪烁花纹”的根本原因是碱蚀液中Zn污染引起的选择性晶间腐蚀[2]。晶间腐蚀的机理是电化学的,是晶界内的局部原电池作用的结果。沿晶粒边缘沉淀析出的第二相Mg2Si与贫乏的固溶体之间由于腐蚀电位的不同,在碱蚀电解质溶液中,形成了原电池α-Al-Mg2Si。在实际生产中,一般都要求Si的含量过剩,则其晶间腐蚀敏感性增大,因为位于晶界及其附近区域的游离硅具有很强的阳极性[3]。

  研究结果表明:“闪烁晶粒”的晶界及其附近区域中的含Zn量相对偏高,即Zn参与了腐蚀过程。文献[4]推测:Zn是以“溶解-再沉积”的方式促进晶界腐蚀的。碱洗时,固熔于α-Al中的Zn随α-Al的溶解而溶解;当槽液中wZn2+≥4×10-6时,发生反应:Al+Zn2+→Zn+Al3+,单质Zn有选择地在阴极性区域沉积,进一步加剧了局部腐蚀。

  铸锭质量的影响

  我们知道;6063铝合金的主要相组成为:游离Si(阳极相)和FeAl3(阳极相),当wFe≥wSi时,有α-(Al-Fe-Si)(阳极相);当wFe≤wSi时,有β-(Al-Fe-Si)(阴极相)。实际生产中,要求6063合金的成分应符合国际GB3190-82之规定,并且要求按wFe∶wSi=1.73∶1相对过剩的Si元素的过剩量不大于0.20%。而在6063铝合金型材(RCS状态)的碱蚀处理过程中,当其他条件具备时,只要合金中wZn≥0.03%,就可能产生“闪烁花纹”缺陷;并且这种缺陷的清晰程度随合金中Zn含量的增加而增大。特别应该指出的是:在相同条件下,产生“闪烁花纹”缺陷时,合金中Zn的含量对空心型材的影响要比它对实心型材的影响更明显。

  挤压-热处理工艺因素的影响

  资料包括:低层错能的金属(如α-Al)在挤压(ε=90%)时,只发生动态回复,而后会发生静态回复和静态再结晶。纯铝的再结晶温度约为280℃,而6063铝合金的再结晶温度为320℃左右。我们知道:无论是“回复”还是“再结晶”都是原子在固相中的扩散迁移过程。这与原子扩散所需的化学势有关,且需要在较高的温度下才能顺利进行。当温度过低时,扩散不宜进行,使“回复”和“再结晶”过程受到抑制。

  由上述理论可知:在正常的工艺条件下生产RCS状态的6063铝合金挤压型材,在经挤压-淬火处理后,其组织为:Mg、Si等元素的原子固溶于α-Al中而形成过饱和铝基固溶体以及游离Si单质等,晶粒细小且均匀分布,成为只发生了动态回复或静态回复的加工组织。经人工时效处理后,6063铝合金型材的主要相组成为:α-Al,游离Si,主要强化相Mg2Si,等等。组织状态为:细小的Mg2Si晶粒弥散均匀分布于α-Al基体中,而游离Si分布与晶界及其附近区域。而当生产条件控制不当(如淬火冷却强度不足)时,就可能发生“静态再结晶”及“再结晶晶粒长大”而形成粗晶环。

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