6063 알루미늄 합금 산화 결함: 원인 및 해결 방법

1. 문제 설명

실제 생산에서 높은 가공 속도(ε>95%)와 얇은 벽(δ≤1.5mm)을 가진 T5 상태의 6063 알루미늄 합금 압출 프로파일은 황산 아노다이징 후 표면에 흰색 반점(또는 비발광 자국)이 규칙적으로(때로는 불규칙적으로) 분포되어 있습니다.

심한 경우 어두운 잡티, 즉 '흰 반점'이 나타납니다.

"백색 반점"의 분포와 특징은 다음과 같습니다: 압출 방향과 평행한 평면에 거의 동일한 간격으로, 일직선 또는 납작한 사변형 또는 불규칙한 별점(플레이크) 모양으로 나타나며 밑면에 비해 약간의 깊이로 홈을 형성하는 표면 결함의 일종으로, 압출 방향과 평행합니다.

흰색 반점은 일반적으로 프로파일의 하나 또는 여러 표면에 분포하며, 때로는 모든 표면에 분포하기도 합니다(벽이 얇은 중공 프로파일의 경우 특정 평면 또는 곡면의 양쪽에 분포).

2. 원인 분석

현장에서 "알칼리 에칭" 공정 중에 "백색 반점"이 형성되고 이후 묽은 질산(또는 황산) "중화" 후에도 사라지지 않는 것이 관찰되었습니다. 황산 아노다이징 후에는 더욱 선명하게 나타납니다.

저자는 알칼리 에칭 세척액(용액에 ω(Zn2＋)≥5×106 함유)에서 더 넓은 면적(F=30-40mm2)의 "백색 반점" 샘플 2개를 특별히 잘라냈습니다. 그런 다음 DV-5 원자 방출 스파크 직접 판독 분광기를 사용하여 두 샘플의 "백색 반점" 영역의 성분을 정량적으로 분석했습니다. 결과는 다음과 같습니다(표의 모든 데이터는 질량 분율입니다):

표 1의 분석 결과에서 "흰 반점"의 Si, Mg, Zn 원소 함량이 크게 증가한 것을 알 수 있습니다. 그러나 표 2의 결과를 보면 '흰 반점'에서 Si와 Zn 원소의 함량은 크게 증가한 반면 Mg 원소의 함량은 감소한 것을 알 수 있습니다.

의 관점에서 금속 소재 부식의 경우, Mg2Si의 이러한 표면 결함은 본질적으로 6063 알루미늄 합금 소재의 '박리 부식'으로 인한 결과입니다.

박리 부식은 금속 표면을 따라 부식이 발생하는 표면 선택적 부식의 일종으로, 부식된 금속보다 부피가 훨씬 커서 부식이 확대되는 경우가 많습니다.

일반적으로 알루미늄이 음극 특성을 가진 이종 금속에 인접하면 "박리 부식"이 심화됩니다. 전자 현미경으로 관찰한 결과, '박리 부식'은 일반적으로 불용성 성분(예: Si, Mg2Si 등) 또는 입자 경계를 따라 진행되는 것으로 나타났습니다.

2.1 잉곳 품질이 미치는 영향

의 기본 위상 구성 6063 알루미늄 합금 에는 α(Al) 고용체, 유리 Si(양극상), FeAl3(음극상)이 포함됩니다. 철 함량이 높으면 β(FeSiAl)(양극상)이 존재하고, 철 함량이 낮으면 α(FeSiAl)(음극상)이 존재합니다. 기타 가능한 불순물 상으로는 MgZn2, CuAl2 등이 있습니다.

6063 알루미늄 합금 잉곳은 생산 과정에서 비평형 결정화 공정으로 인해 거시적 분리 또는 결정 내 분리가 발생하는 경우가 많습니다. 결과적으로 Si, Mg, Zn, Cu와 같은 원소가 잉곳 내에 고르지 않게 분포합니다.

일부 알루미늄 프로파일 가공 기업은 종종 경제적 이유로 균질화를 거의 수행하지 않습니다. 어닐링 처리하여 작은 크기의 잉곳(예: φ100mm 미만)에서 분리 현상을 제거하여 '화이트 스팟'이 생성되는 것을 방지할 수 있습니다.

2.2 압출-열처리 공정의 영향

생산 효율성을 향상시키기 위해 생산 작업에는 일반적으로 저온 고속 압출이 채택됩니다. 압출 속도로 인한 '열 효과'는 다이 출구에서 제품의 담금질 온도를 크게 증가시킵니다.

고정 출력 테이블에서 표면 온도가 80-110(또는 약간 낮은)인 흑연 보드(또는 휠)와 접촉하면 프로파일 표면이 "급속 냉각 열 교환"을 거쳐 다음과 같은 농도를 유발합니다. 합금 원소 해당 부분의 Mg 및 Si가 일반 영역보다 높습니다.

후속 인공 노화 과정에서 이 영역은 거친 β ′(Mg2Si) 상을 침전시킵니다. 균질화 어닐링 처리를 거치지 않았고 압출로 인한 "열 효과"가 충분하지 않아 가열 온도가 낮은 6063 알루미늄 합금 잉곳은 프로파일의 담금질 온도를 500 이상으로 올릴 수 없습니다.

이로 인해 잉곳의 β(Mg2Si) 상 중 일부가 프로파일 구조에 남을 뿐만 아니라 앞서 언급한 α(Al) 매트릭스 상에서 고온 고체 용액인 Mg 및 Si 원소의 변화를 촉발합니다. 이러한 요인은 "화이트 스팟"이 나타나기 위한 구조적 조건을 마련합니다.

2.3 표면 알칼리 부식 처리의 효과

Si 함량이 Fe 함량보다 큰 경우, 과잉 Si는 α(Al) 결정 또는 결정 경계 근처에서 응집되어 자유 단결정 Si 상을 형성하기 쉽습니다. 음극 상 Si와 분리된 양극 상 Mg2Si 또는 양극 상 α(Al) 매트릭스와 거친 음극 상 Mg2Si는 알칼리 부식 용액에서 "1차 전지 효과"를 유도합니다.

그 결과 α(Al) 고용체가 유리 Si 주변에서 빠르게 용해되거나 α(Al) 고용체에 비해 거친 Mg2Si 상이 우선적으로 용해되어 프로파일 표면에 얕고 평평한 "부식 구덩이"를 남깁니다.

또한 일부 연구자들은 흰 반점이 NaAlO2의 가수분해 반응과 관련이 있다고 제안합니다. 총 NaOH 농도에 대한 Al3+ 농도의 비율이 0.35를 초과하면 NaAlO2의 안정성이 감소하고 가수분해된 Al(OH)3가 침전되어 알루미늄 소재 표면.

불완전한 물 세척도 반점이나 뭉툭한 "흰 반점"을 쉽게 만들 수 있습니다. 그러나 이는 주로 알칼리 부식 첨가제에 포함된 스케일 억제제(예: 하이드 록시 카르 복실 레이트, 타르타르산 나트륨 등)의 효과와 관련이 있다고 여겨집니다.

특히 안정적인 알칼리 부식 공정 조건에서 하이드 록시 카르 복실 레이트는 가역적으로 Al(OH)3와 복합화되어 가용성 복합 음이온을 형성할 수 있습니다.

2.4 황산 아노다이징 공정에 영향을 미치는 요인

일반적으로 황산 농도가 너무 높거나 전기 분해 온도가 과도하게 상승하거나 산화조의 황산 용액 내 Al3+ 함량이 20g/L를 초과하면 상온(약 20도)에서 다음과 같은 이온화 평형 조건이 깨집니다.

Al3+가 증가함에 따라 황산 산화 탱크의 Al(OH)3가 침전되어 프로파일 표면에 부착됩니다. 그루브 또는 응집된 형태의 Al2O3 필름 핀홀 내에 존재합니다. 깨끗한 물로 완전히 씻을 수도 없고 기공을 막기도 쉽지 않습니다. 공기 건조 시 표면에 흰색 반점이 나타납니다.

3. 솔루션

화학 성분을 엄격하게 관리하여 과량의 Si가 0.20%를 초과하지 않고 Zn 함량이 0.05%를 초과하지 않도록 요구합니다. 또한 잉곳을 균일하게 어닐링하고 처리 후 잉곳에 급속 냉각을 적용하기 위해 노력합니다.

고정 배출 테이블에서 첫 번째 흑연 롤의 축을 수정하여 높이를 조절할 수 있도록 합니다. 가능하면 흑연보다 단열성이 좋은 재료를 사용합니다.

국부 과열을 피하기 위해 낮은 한계 온도 압출을 사용하거나 과열 시간을 최소화하여 6063 알루미늄 합금이 β′(Mg2Si) 상을 침전시킬 충분한 시간을 갖지 않도록 합니다.

가성 에칭 용액에 ZnS 침전물을 형성하는 데 필요한 질량의 2배에 해당하는 양만큼 침전제인 Na2S 또는 황화나트륨을 첨가합니다. 알칼리 용액의 Al3+가 제어 표준을 초과하면 가성 에칭 첨가제를 적시에 보충합니다.