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陽(yáng)極氧化的組織結(jié)構(gòu)影響及成型過程
創(chuàng)建人：
信義通
創(chuàng)建日期：
2022-01-05
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鋁合金與純鋁的陽(yáng)極氧化特性的差異實(shí)際上反映了合金元素與雜質(zhì)元素的巨大作用，同時(shí)也反映了組織結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)的巨大影響。
鋁合金陽(yáng)極氧化可以有不同的目的：以提高鋁基體耐蝕性為主的保護(hù)性陽(yáng)極氧化；以外觀為主要目的之裝飾性陽(yáng)極氧化；以工程應(yīng)用表面耐磨為目的硬質(zhì)陽(yáng)極氧化；有時(shí)還要求陽(yáng)極氧化膜的著色性或保持原表面的光亮程度。一種合金不可能適合所有的陽(yáng)極氧化類型；任何一種陽(yáng)極氧化也不會(huì)適合所有合金。
各個(gè)鋁合金系的陽(yáng)極氧化特性是不同的。這是由于合金元素在陽(yáng)極氧化中起的作用不同引起的，而且這種作用往往是通過其金屬間化合物在陽(yáng)極氧化中的不同化學(xué)行為體現(xiàn)的。表2所示為鋁合金中常見的金屬間化合物。這些金屬間化合物大體分為三類：第I類金屬間化合物在陽(yáng)極氧化中不發(fā)生變化并摻雜到氧化膜中；第II類金屬間化合物在陽(yáng)極氧化中以比鋁慢或相似的速度氧化并摻雜(或溶解)到氧化膜中；第III類金屬間化合物在陽(yáng)極氧化中以比鋁快的速度氧化并摻雜(或溶解)到氧化膜中。
對(duì)于無(wú)色透明的陽(yáng)極氧化膜而言，光學(xué)透明度和結(jié)構(gòu)均勻性是最基本的要求，因此了解金屬間化合物相在陽(yáng)極氧化過程中的化學(xué)行為就更加重要了。在鋁合金陽(yáng)極氧化過程中，第I類金屬間化合物質(zhì)點(diǎn)本身不變化而加人到氧化膜中，膜中的第二相金屬間化合物成為光吸收或光反射中心，必然會(huì)降低膜的透明度甚至使膜變灰。
組織結(jié)構(gòu)對(duì)陽(yáng)極氧化的影響
就鋁合金本身而言，除了化學(xué)成分之外，對(duì)于陽(yáng)極氧化質(zhì)量影響較大的就是組織結(jié)構(gòu)。而組織結(jié)構(gòu)是由加工過程決定的，因此從鑄造到加工成型整個(gè)生產(chǎn)工藝必須考慮最終產(chǎn)品表面的質(zhì)量要求。
1、熔鑄和均勻化過程中的冶金學(xué)變化
1.1熔鑄
鋁在鑄造過程中形成枝晶結(jié)構(gòu)，枝晶大小取決于凝固速度。冷卻太快形成細(xì)的柱狀晶，靠近鑄錠表面通常有一層柱狀晶邊沿區(qū)域，從結(jié)晶器壁向鑄錠內(nèi)部生長(zhǎng)粗的枝晶。在擠壓時(shí)鑄錠的粗枝晶會(huì)在型材上留下條紋。這就是說由于凝固速度不同造成的結(jié)構(gòu)差異，不可能在隨后加工中完全消除。因此鑄造過程應(yīng)該充分考慮鑄錠橫斷面上的結(jié)構(gòu)均勻性，為此，熱頂鑄造及電磁鑄造應(yīng)運(yùn)而生。
1.2鑄錠均勻化
共晶相質(zhì)點(diǎn)位于樹枝狀晶的晶間，這些第二相質(zhì)點(diǎn)的分散性與晶粒尺寸直接相關(guān)，晶粒細(xì)產(chǎn)生細(xì)的質(zhì)點(diǎn)。在熔鑄的凝固期間溶質(zhì)元素的偏析引起合金化元素聚集。均勻化處理導(dǎo)致更加均勻一致的組織結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致最終產(chǎn)品的性能一致性。
2、加工成型過程中的冶金學(xué)變化
較大的初生相質(zhì)點(diǎn)通常是硬而脆的顆粒，通過冷或熱成形加工被破碎，破碎的質(zhì)點(diǎn)碎片重新分布。在破碎中，質(zhì)點(diǎn)的厚度一般不變，而碎片的長(zhǎng)度減少到厚度的兩倍。由此可以看出，細(xì)晶胞結(jié)構(gòu)的意義在于初生相質(zhì)點(diǎn)本身相應(yīng)細(xì)小，加工成型的結(jié)果造成更加均勻的分布。初生相質(zhì)點(diǎn)位于晶粒和晶界，并延伸為線。變形率愈高，線靠得更緊密，而每一條線的質(zhì)點(diǎn)數(shù)較少。在擠壓時(shí)坯料表面與擠壓筒間的摩察使金屬變形呈復(fù)雜的流動(dòng)狀態(tài)，擠壓材的表面大量來自于鑄錠內(nèi)部的金屬，在某些位置(取決于模具的尺寸和形狀)明顯偏析的材料會(huì)流到擠壓材的表面，從而在陽(yáng)極氧化后產(chǎn)生條紋。以擠壓為例，許多擠壓參數(shù)在擠壓過程中有待控制，以得到最佳表面質(zhì)量。這些參數(shù)包括壓余長(zhǎng)度、坯料溫度、擠壓筒溫度、擠壓速度、模具設(shè)計(jì)和擠壓后的冷卻強(qiáng)度等。
3、表面狀態(tài)對(duì)陽(yáng)極氧化的影響
陽(yáng)極氧化膜的外觀與氧化之前的表面狀態(tài)息息相關(guān)，而化學(xué)預(yù)處理(尤其是堿洗和化學(xué)拋光)決定著表面狀態(tài)。當(dāng)然，化學(xué)預(yù)處理后的表面狀態(tài)本質(zhì)上還是取決于基體的顯微結(jié)構(gòu)，金屬間化合物的類型、大小和分布，以及晶粒尺寸及其取向。而這些又與合金成分及加工工藝有關(guān)。
3.1堿腐蝕
在建筑用鋁板和鋁型材的陽(yáng)極氧化中，堿腐蝕是最基本和最重要的預(yù)處理手段。堿腐蝕得到無(wú)光緞面的細(xì)致腐蝕表面，這是高比例漫反射的結(jié)果。表3為鋁合金中金屬間化合物顆粒在堿腐蝕時(shí)的電化學(xué)特性。不同的金屬間化合物，甚至粒度不同的同一化合物也會(huì)有完全不同的電化學(xué)特性。鋁合金中由于金屬間化合物第二相的存在形成表面腐蝕坑的機(jī)理有兩種：第二相作為陰極(如從Fe)使得顆粒周圍的鋁基體優(yōu)先溶解；第二相金屬間化合物顆粒相對(duì)于鋁基體是陽(yáng)極(如MgzSi)而優(yōu)先溶解。
鋁合金中第二相金屬間化合物的存在，不論其相對(duì)于鋁基體是陰極還是陽(yáng)極，在堿腐蝕時(shí)表面都會(huì)形成腐蝕坑，從而產(chǎn)生無(wú)光的漫散射表面。前者由于第二相周圍的鋁的局部溶解形成腐蝕坑；后者由于中間化合物的直接溶解而形成腐蝕坑。因此我們可以預(yù)計(jì)，化學(xué)或電解拋光的光亮效果很難在多相鋁合金的陽(yáng)極氧化后體現(xiàn)。
3.2光亮化預(yù)處理
光亮化表面處理的鋁基體純度應(yīng)達(dá)到99.85%以上，因此需要注意生產(chǎn)的全過程，從氧化鋁原料的質(zhì)量、重熔鋁錠的冶金過程，直到加工成型的所有工序如熔鑄、擠壓(或軋制)等。工業(yè)用光亮表面的鋁合金雖已開發(fā)出來，但是不能不承認(rèn)在化學(xué)拋光過程中，表面光亮度還是隨鋁純度的提高而增加。
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