汽車加油管用6082零部件氧化膜品質(zhì)探討

丁小理

（廣東和勝工業(yè)鋁材股份有限公司，廣東中山528400）

0 前言

6082鋁合金屬于可熱處理強化Al-Mg-Si合金，具有良好的熱塑性和中高強度，抗腐蝕性良好，密度低，被廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、高速列車等。本文所討論的這款產(chǎn)品用于汽車加油管配套零部件，對表耐腐蝕性所要求較高。此零件主要加工流程為：鑄棒→擠壓F態(tài)實心棒材→熱鍛→離線固溶→時效→硬質(zhì)陽極氧化。零部件經(jīng)硬質(zhì)陽極氧化處理后進行中性鹽霧試驗?？蛻粼诓牧媳就粱呗韵?，嘗試使用國內(nèi)原材料。但在開發(fā)階段，按原有正常流程生產(chǎn)，中性鹽霧試驗結(jié)果達不到歐洲品程度（歐洲品在中性鹽霧試驗條件下，可耐24h，而國內(nèi)品，在同等試驗條件下，只能耐6h），這樣的耐腐蝕性被判定不合格。因此，本研究將國內(nèi)及歐洲材質(zhì)制成的6082-T6零部件硬質(zhì)陽極氧化品進行分析研究，找出鹽霧試驗不過關(guān)的原因，最后提出滿足耐腐蝕要求的國產(chǎn)替代品。

1 實驗分析檢測及結(jié)果

對歐洲合格品（以“A樣品”表示）、國內(nèi)不合格品（以“B樣品”表示）分別進行中性鹽霧測試、導(dǎo)電率、維氏硬度、氧化膜厚、化學(xué)成分、金相顯微組織分析、零部件材料及氧化膜SEM影像觀察及EDS成分分析。

1.1 鹽霧試驗的本質(zhì)

A樣品、B樣品氧化處理后進行中性鹽霧試驗。采用5%的氯化鈉鹽水溶液（溶液pH值調(diào)在中性范圍6～7）作為噴霧用的溶液。試驗溫度均取35℃。對于經(jīng)陽極氧化處理的樣件，鹽霧試驗結(jié)果顯示A樣品24h開始有腐蝕現(xiàn)象，而B樣品6h就出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，B樣品判定耐腐蝕性不夠，部品不合格，而A樣品判定耐腐蝕性合格。

1.2 導(dǎo)電率、維氏硬度、氧化膜厚檢測

使用渦流導(dǎo)電儀、維氏硬度計、膜厚儀等分別測量A樣品、B樣品的導(dǎo)電率、硬度及A、B樣品陽極后的氧化膜厚度，測量結(jié)果如表1所示。從表1數(shù)據(jù)看，A樣品與B樣品的導(dǎo)電率、硬度、氧化膜厚無明顯差異。

表1 A樣品與B樣品的導(dǎo)電率、硬度和氧化膜厚度

1.3 化學(xué)成分分析

將A、B樣品用直讀式光譜儀進行成分檢測，結(jié)果如表2所示。A樣品與B樣品成分有明顯差異，但兩者都符合6082國際標準。A樣品中的強化相Mg2Si比B樣品的低，Mn含量也更低，但Cu含量較高。

表2 A、B樣品光譜儀成分檢測結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)%）

1.4 A、B樣品陽極氧化膜的金相顯微組織觀察

兩種樣品的光學(xué)顯微鏡觀察如圖1所示。顯微鏡影像黑色的點或區(qū)域代表凹陷。A樣品陽極膜相對較健全；B樣品陽極膜可能存在缺陷，凹陷或氧化膜孔洞尺寸甚至達到20～30μm左右。

圖1光學(xué)顯微鏡觀察

1.5 A、B樣品陽極氧化膜的SEM影像觀察

圖2 是SEM電子顯微鏡放大2000倍觀察氧化膜影像圖。A樣品陽極膜較健全，如圖2（a）所示，觀察不到或存在很少氧化膜破洞等缺陷；B樣品陽極膜存在許多孔洞缺陷（黑洞）及雜質(zhì)缺陷（白色顆粒），缺陷大小約10μm左右。孔洞缺陷及雜質(zhì)缺陷有群集現(xiàn)象。黑洞狀可能是白色顆?；蚱渌w粒掉落所致，如圖2（b）所示。

圖2 SEM電子顯微鏡觀察

1.6 樣品B陽極膜EDS分析

將樣品B陽極膜進行EDS分析，結(jié)果見圖3、圖4、圖5及圖6。圖3及圖4針對陽極膜缺陷位置進行分析，結(jié)果顯示白色顆粒是Al2O3·SiO2雜質(zhì)或是Al2O3·SiO2·K2O雜質(zhì)。圖5及圖6說明正常陽極膜成分是Al2O3，而黑洞底端成分也是Al2O3，表示黑洞底端可能仍存有陽極膜。

對樣品B陽極膜進行EDS分析，結(jié)果顯示白色顆粒是Al2O3·SiO2雜質(zhì)，如圖3所示。

圖3 樣品B陽極膜金相圖及成分分析結(jié)果

對樣品B陽極膜進行EDS分析。結(jié)果顯示白色顆粒是Al2O3·SiO2·K2O雜質(zhì)，見圖4。

圖4樣品B陽極膜EDS分析

圖5 是樣品B正常陽極膜EDS分析。結(jié)果顯示，黑洞孔洞底部成分是Al2O3。

圖5樣品B正常陽極膜EDS分析

圖6 是樣品B正常陽極膜EDS分析。結(jié)果顯示，氧化膜成分是Al2O3。

圖6 樣品B正常陽極膜EDS分析

1.7 A、B樣品基材的SEM影像及EDS分析

將去掉氧化膜的樣品A、B基材進行SEM背散射影像及EDS分析。其結(jié)果如圖7所示。A樣品基材內(nèi)存在白色顆粒，其長度在3～10μm左右，此顆粒經(jīng)EDS分析主要為AlFeMnSi化合物。而B樣品除了白色顆粒外，還存在大量的黑色顆粒。B樣品白色顆粒經(jīng)EDS分析結(jié)果也是AlFeMnSi化合物顆粒，而黑色顆粒主要為Al2O3·SiO2化合物顆粒。這些黑色顆粒與圖2的結(jié)果相同，顯示Al2O3·SiO2雜質(zhì)是存在B試樣材料中的，并在陽極氧化時造成陽極膜缺陷。此陽極膜或較薄或有缺陷。

圖7是樣品A、B基材SEM背散射影像圖。圖7（a）顯示A樣品基材內(nèi)存在白色顆粒，經(jīng)EDS分析主要為AlFeMnSi化合物；而圖7（b）顯示B樣品除了白色顆粒外，還存在大量的黑色顆粒，主要為Al2O3·SiO2化合物顆粒。

圖7 樣品A、B基材的SEM背散射圖

1.8 高清凈度材料

基于上述分析，使用高清凈度材料可作為替代。圖8是替代品基材的SEM圖片。從圖8可見，材料分布著白色含鐵相顆粒，而未見黑色顆粒。經(jīng)客戶鍛造熱處理機械加工及表面陽及氧化處理使用，產(chǎn)品經(jīng)鹽霧試驗達到客戶要求的歐洲標準。

圖8 替代品基材材料的SEM背散射圖

2 分析與討論

B樣品的陽極膜存在大量孔洞缺陷（黑洞）及雜質(zhì)缺陷（白色顆粒）。通過B樣品褪膜后的基體材料分析可知，材料存在大量的雜質(zhì)大顆粒，使得形成的氧化膜不完整并存在缺陷，進而消弱了氧化膜對鋁合金基材的保護作用。因此B樣品的耐鹽霧試驗的小時數(shù)相較A樣品要短。通過EDS分析可知，氧化膜殘留雜質(zhì)為Al2O3·SiO2或Al2O3·SiO2·K2O。這些雜質(zhì)顆粒與基體的電化學(xué)性能存在較大差異，在進行陽極氧化表面處理時，摻雜在氧化膜中破壞氧化膜連續(xù)性或在陽極過程中掉落而破壞氧化膜連續(xù)性。這些粗大雜質(zhì)與鑄棒純凈度、擠壓工藝管控有關(guān)系。

3 結(jié)論

材料中存在雜質(zhì)或第二相粗大顆粒時，會使形成的氧化膜厚度不均勻及不完整，對鋁合金基材不能形成有效的保護作用。樣品表面缺陷主要來源于擠壓產(chǎn)品所用的鑄錠純凈度不夠，在擠壓工藝不當(dāng)時，可能會導(dǎo)致擠壓產(chǎn)品中殘存有3～10μm左右大小的雜質(zhì)顆粒。這些顆粒在陽極過程中，可能會殘存在氧化膜或掉落，導(dǎo)致氧化膜存在異物或形成孔洞，影響陽極膜的健全性，從而降低部件的耐腐蝕性。