硅引起6063鋁合金型材腐蝕的分析


徐家樂
在6063鋁合金型材表面處理過程中，有時(shí)會發(fā)現(xiàn)在型材表面有不同程度的、無規(guī)則排列的點(diǎn)狀暗灰色腐蝕點(diǎn)，這種腐蝕點(diǎn)與鋅元素引起的腐蝕點(diǎn)其形狀完全不一樣，而且，在生產(chǎn)過程中是間斷出現(xiàn)的。有些人認(rèn)為其原因?yàn)椴僮髡邲]有執(zhí)行正確的表面處理工藝；槽液存在一些有害雜質(zhì)離子；材質(zhì)不好、夾雜太多。對此，我們分析如下。

1 腐蝕點(diǎn)產(chǎn)生的原因分析
我們根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和對鋁合金型材生產(chǎn)中各工藝參數(shù)的考察，以及對操作者執(zhí)行工藝情況的跟蹤調(diào)查，認(rèn)為產(chǎn)生該類型暗灰色腐蝕點(diǎn)的主要原因有下述幾個(gè)方面：
(1)有時(shí)因?yàn)槟承┰�因在熔鑄過程中鎂、硅的添加比例不各適，使ω(Mg)/ω(Si)在1．0～1．3范圍內(nèi)，比最佳比值1.73小很多(一般控制在1．3～1．5范圍內(nèi))。這樣，雖然鎂、硅成分含量在規(guī)定(ω(Mg)=0．45%～0.9%，ω(Si)=0．2%～0．6%)范圍內(nèi)。但有部分富余硅存在，這部分富余硅除有少量硅以游離態(tài)存在外，在鋁合金中同時(shí)會形成三元化合物。當(dāng)ω(Si)<ω(Fe)時(shí)，形成較多的α(Al12Fe3Si)相，它是一種脆性化合物、當(dāng)ω(Si)>ω(Fe)時(shí)，則形成較多的β(AL9Fe2Sil2)相，這是一種更脆的針狀化合物，它的有害作用比α相更大，往往使合金容易沿它斷裂。這些在合金中形成的不溶性的雜質(zhì)相或游離態(tài)雜質(zhì)相往往聚集在晶界上，同時(shí)削弱晶界的強(qiáng)度和韌性[1-3]，成為耐蝕性最差的薄弱環(huán)節(jié)，腐蝕首先從該處產(chǎn)生。
(2)在熔煉過程中，雖然鎂、硅的添加比例在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，但有時(shí)由于攪拌不均勻和不充分，造成熔體中的硅分布不均勻，局部存在著富集區(qū)和貧乏區(qū)。因?yàn)楣柙阡X中的溶解度很小，共晶溫度577℃時(shí)為1．65%，而室溫時(shí)僅為0．05%，鑄棒后也就產(chǎn)生了成分不均勻的現(xiàn)象，它直接反映到鋁型材產(chǎn)品上，鋁基體中存在少量游離態(tài)硅時(shí)，不僅降低合金的抗蝕性能，而且粗化合金的晶粒[4]。
(3)擠壓時(shí)各工藝參數(shù)的控制，如棒坯預(yù)熱溫度過高，金屬擠出流速、擠壓時(shí)風(fēng)冷強(qiáng)度、時(shí)效溫度與保溫時(shí)間等控制不當(dāng)都易產(chǎn)生硅偏析和游離，使鎂和硅沒有完全成為Mg2Si相，而有部分游離硅存在。

2 表面處理過程中的腐蝕現(xiàn)象
富余和游離硅多的6003鋁合金型材在表面處理時(shí)出現(xiàn)下列現(xiàn)象：當(dāng)把型材放入酸性槽(硫酸15%～20%)時(shí)，能明顯地觀察到在型材表面有很多小氣泡，隨著時(shí)間延長和槽液溫度升高，反應(yīng)速度越來越快，這表明原電池電化學(xué)腐蝕已經(jīng)產(chǎn)生[5]。此時(shí)把型材從槽液中提出來觀察，就會在型材表面上發(fā)現(xiàn)很多個(gè)與正常表面顏色不一樣的點(diǎn)。繼續(xù)進(jìn)行以后的處理，如堿腐蝕、酸性中和出光及硫酸陽極氧化時(shí)，這種暗灰色腐蝕點(diǎn)就會暴露得更加明顯和直觀。
鋅元素造成的腐蝕和硅元素引起的腐蝕在外觀形態(tài)上有一些區(qū)別。鋅造成的腐蝕點(diǎn)象雪花，沿晶界向外擴(kuò)散，是有一定深度的坑[6．7]。而硅元素引起的腐蝕點(diǎn)象夾雜暗灰色點(diǎn)，沿晶界面沒有向外擴(kuò)散，也感覺不到深度．并且隨著處理時(shí)間延長，數(shù)量越來越多，直到完全反應(yīng)后才終止。這種暗灰色點(diǎn)通過延長腐蝕時(shí)間或退膜處理可基本上消除或減輕。

3 預(yù)防措施
硅引起6063鋁合金型材腐蝕的行為完全是可以預(yù)防和控制的，只要對原材料的進(jìn)貨、合金成分進(jìn)行有效控制，保證鎂、硅比例在1．3～1．7范圍內(nèi)，并且對各工序的參數(shù)(如熔煉、攪拌、鑄造冷卻水溫、棒坯預(yù)熱溫度、擠壓淬火風(fēng)冷強(qiáng)度、時(shí)效溫度和時(shí)間等)進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免硅產(chǎn)生偏析和游離，盡量使硅和鎂形成有益的Mg2Si強(qiáng)化相。
如果發(fā)現(xiàn)有這種硅腐蝕點(diǎn)現(xiàn)象，在表面處理時(shí)就應(yīng)該特別注意，在脫脂除油過程中，盡量使用弱堿性槽液，如果條件不允許，也應(yīng)該在酸性除油液中浸泡的時(shí)間盡量縮短(合格的鋁合金型材在酸性脫脂液中放20～30min無問題，而有問題的型材上只能放置1～3min)，而且以后的洗水pH值要高一些(pH>4，控制Cl-含量)，在堿腐蝕過程中盡量延長腐蝕時(shí)間，在中和出光時(shí)要使用硝酸出光液，在硫酸陽極氧化時(shí)應(yīng)盡快通電氧化處理，這樣，由硅引起的暗灰色腐蝕點(diǎn)就不明顯，可滿足使用要求。

4 結(jié)束語
硅雖然是6063鋁合金型材中不可缺少的主要成分，但是如果添加量不當(dāng)，添加的硅沒有完全和鎂形成Mg2Si強(qiáng)化相，造成硅的偏析和游離，就會在表面處理過程中易出現(xiàn)硅引起的鋁合金型材腐蝕現(xiàn)象。在生產(chǎn)中對主要合金組元和雜質(zhì)以及工藝參數(shù)都要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，杜絕此類現(xiàn)象發(fā)生。