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，有時會發現在型材表面有不同程度的、無規則排列的點狀暗灰色腐蝕點，這種腐蝕點與鋅元素引起的腐蝕點其形狀完全不一樣，而且，在生產過程中是間斷出現的。有些人認為其原因為操作者沒有執行正確的表面處理工藝；槽液存在一些有害雜質離子；材質不好、夾雜太多。對此，我們分析如下。

1 腐蝕點產生的原因分析
我們根據多年的生產經驗和對鋁合金型材生產中各工藝參數的考察，以及對操作者執行工藝情況的跟蹤調查，認為產生該類型暗灰色腐蝕點的主要原因有下述幾個方面：
(1)有時因為某些原因在熔鑄過程中鎂、硅的添加比例不各適，使ω(Mg)/ω(Si)在1．0～1．3范圍內，比最佳比值1.73小很多(一般控制在1．3～1．5范圍內)。這樣，雖然鎂、硅成分含量在規定(ω(Mg)=0．45%～0.9%，ω(Si)=0．2%～0．6%)范圍內。但有部分富余硅存在，這部分富余硅除有少量硅以游離態存在外，在鋁合金中同時會形成三元化合物。當ω(Si)<ω(Fe)時，形成較多的α(Al12Fe3Si)相，它是一種脆性化合物、當ω(Si)>ω(Fe)時，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相或游離態雜質相往往聚集在晶界上，同時削弱晶界的強度和韌性[1-3]，成為耐蝕性最差的薄弱環節，腐蝕首先從該處產生。
(2)在熔煉過程中，雖然鎂、硅的添加比例在標準規定的范圍內，但有時由于攪拌不均勻和不充分，造成熔體中的硅分布不均勻，局部存在著富集區和貧乏區。因為硅在鋁中的溶解度很小，共晶溫度577℃時為1．65%，而室溫時僅為0．05%，鑄棒后也就產生了成分不均勻的現象，它直接反映到鋁型材產品上，鋁基體中存在少量游離態硅時，不僅降低合金的抗蝕性能，而且粗化合金的晶粒[4]。
(3)擠壓時各工藝參數的控制，如棒坯預熱溫度過高，金屬擠出流速、擠壓時風冷強度、時效溫度與保溫時間等控制不當都易產生硅偏析和游離，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象
富余和游離硅多的6003鋁合金型材在表面處理時出現下列現象：當把型材放入酸性槽(硫酸15%～20%)時，能明顯地觀察到在型材表面有很多小氣泡，隨著時間延長和槽液溫度升高，反應速度越來越快，這表明原電池電化學腐蝕已經產生[5]。此時把型材從槽液中提出來觀察，就會在型材表面上發現很多個與正常表面顏色不一樣的點。繼續進行以后的處理，如堿腐蝕、酸性中和出光及硫酸陽極氧化時，這種暗灰色腐蝕點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上有一些區別。鋅造成的腐蝕點象雪花，沿晶界向外擴散，是有一定深度的坑[6．7]。而硅元素引起的腐蝕點象夾雜暗灰色點，沿晶界面沒有向外擴散，也感覺不到深度．并且隨著處理時間延長，數量越來越多，直到完全反應后才終止。這種暗灰色點通過延長腐蝕時間或退膜處理可基本上消除或減輕。

3 預防措施
硅引起6063鋁合金型材腐蝕的行為完全是可以預防和控制的，只要對原材料的進貨、合金成分進行有效控制，保證鎂、硅比例在1．3～1．7范圍內，并且對各工序的參數(如熔煉、攪拌、鑄造冷卻水溫、棒坯預熱溫度、擠壓淬火風冷強度、時效溫度和時間等)進行嚴格控制，避免硅產生偏析和游離，盡量使硅和鎂形成有益的Mg2Si強化相。
如果發現有這種硅腐蝕點現象，在表面處理時就應該特別注意，在脫脂除油過程中，盡量使用弱堿性槽液，如果條件不允許，也應該在酸性除油液中浸泡的時間盡量縮短(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間，在中和出光時要使用硝酸出光液，在硫酸陽極氧化時應盡快通電氧化處理，這樣，由硅引起的暗灰色腐蝕點就不明顯，可滿足使用要求。

4 結束語
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，添加的硅沒有完全和鎂形成Mg2Si強化相，造成硅的偏析和游離，就會在表面處理過程中易出現硅引起的鋁合金型材腐蝕現象。在生產中對主要合金組元和雜質以及工藝參數都要進行嚴格的控制，杜絕此類現象發生。