7A09铝合金管材阳极化后表面出现“黑条”的原因

于  帆，侯  绎，耿照华，杨晓峰，张红梅
(东北轻合金有限责任公司，黑龙江　哈尔滨150060)
　　摘要：7A09铝合金管材经切削加工和阳极氧化后少数工件表面有“黑条”，影响用户使用。对“黑条”处进行宏观组织和显微组织观察及分析研究认为：“黑条”是由于管材的毛坯管锭表面的偏析瘤未车削净，而挤入管材内形成化合物富集区，化合物富集区在阳极氧化时优先反应而形成的。
　　关键词：7A09铝合金；偏析瘤；阳极氧化；化合物
　　我公司为某厂生产的7A09铝合金管材，用户切削加工成工件后检查工件表面未发现缺陷，但对工件进行阳极氧化后发现少数工件表面局部有“黑条”，“黑条”长短不一。由于该工件用于制造飞机上飞行员逃生椅上的火药筒，对工件的质量要求极为严格，故用户提出质量异议。我公司为了查找该工件产生“黑条”的原因，立此课题进行研究。
　　本试验的目的是对工件上的“黑条”进行定量金相测定宏观组织和显微组织，进行分析研究，找出产生“黑条”的原因及其解决方法，满足用户的需求。                                            
　　1  试验方法和观察
　　1.1  宏观组织观察
　　对有“黑条”的工件进行宏观观察(图1a)，“黑条”沿管材的变形方向呈条状分布在工件表面，它的长短不一，略凹于工件表面。对工件进行低倍腐蚀后，工件正常部位表面上的氧化膜已全部腐蚀掉，但“黑条”仍存在(图1b)，表明“黑条”处没有氧化膜。


图1带“黑条”的工件的宏观组织照片
　　1.2  显微组织观察
　　(1)显微组织检验
　　在工件“黑条”处和正常部位各取高倍试样，试样制备后在光学显微镜下观察其组织。其上可见“黑条”处存在化合物(图2)。“黑条”处化合物数量比正常组织处的化合物数量明显增多，是化合物富集区，参看图3和图4。


图2 “黑条”处显微组织


图3 “黑条”处显微组织（已腐蚀）


图4 正常部位显微组织（已腐蚀）
　　对两种试样用低浓度混合酸腐蚀后观察，“黑条”处的化合物和正常部位的化合物形貌相同，是7A09铝合金中存在的相组成，“黑条”处的化合物不是初晶（见图3、4）。
　　（2）定量金相测定
　　对工件“黑条”处和正常部位的高倍试样经磨制和腐蚀后，用定量金相显微镜分别对其化合物进行定量测定，其结果是：“黑条”处化合物的平均尺寸为3.65μm；正常部位化合物的平均尺寸为3.62μm。
　　从定量测定的结果得知：“黑条”处的化合物尺寸和正常部位的化合物尺寸相近。由显微观察和定量测定结果及分析可知：这个化合物富集区是铸锭中遗留的偏析瘤所致。
　　综上所述，“黑条”沿管材变形方向呈条状分布，经低倍腐蚀后“黑条”仍存在。“黑条”处是化合物富集区，这些化合物不是初晶，是7A09合金中存在的相，是管材的毛坯管锭表面的偏析瘤未车净而遗留在管材内形成的。
　　2 分析和讨论
　　7A09铝合金管材阳极氧化后表面出现的“黑条”，经宏观组织和显微组织观察及定量金相的测定可知：“黑条”略凹于工件表面，“黑条”处的化合物和正常部位的化合物形貌相同，是7A09合金中的相组成，只不过“黑条”处的化合物密集且尺寸稍大。
　　在铝合金铸锭中，偏析瘤是由高合金成分的低熔点共晶所组成，表现为枝晶网络厚而密集，化合物粗大。
　　偏析瘤的产生机制是^[1]：铝合金半连续铸造时，先接触到结晶器的熔体由于冷却水的作用而急剧冷却，凝结成一层外壳，称为激冷层。又由于凝固引起体积的收缩，在激冷层与结晶器之间形成了空隙。随着铸锭长度增加，使激冷层脱离冷却水的激冷，这时铸锭内尚未完全凝固的熔体对激冷层重新加热，使激冷层内的低熔点共晶重新熔化，并沿复熔晶界穿过激冷层在铸锭表面凝结成瘤状。这种结瘤是激冷层内流出的高合金成分的低熔点共晶，故称偏析瘤。
　　偏析瘤的厚度与合金成分有密切关系，合金成分高，偏析瘤的厚度就大。由于7A09合金的合金成分高，所以偏析瘤较厚。
　　铸锭表面的偏析瘤一般在车皮时可去掉，但管材的毛坯管锭在车皮时，如果偏析瘤较厚或管锭发生偏心等影响，使管锭表面的偏析瘤局部未被车净。这种带着少量偏析瘤的管锭，在挤压时铸锭发生变形，使偏析瘤中的低熔点共晶破碎并沿变形方向排列，形成了条状的化合物富集区。在随后对工件进行阳极氧化时，正常部位阳极氧化后生成了致密的氧化膜，而化合物富集区优先反应，产生腐蚀，难以形成氧化膜，所以在管材工件表面出现了“黑条”。由于这种工件是用于制造飞机上飞行员逃生椅上的火药筒，筒内装的火药具有腐蚀性，因此带“黑条”的工件难以满足用户的使用要求。
　　这就要求毛坯在车皮时要把偏析瘤彻底车削掉，用此方法便可避免“黑条”的发生。
　　3结论
　　（1）“黑条”处存在化合物富集区。
　　（2）化合物富集区是管锭中未车净的偏析瘤经过挤压变形后遗留在管材中而形成的。
　　（3）化合物富集区在阳极化时优先反应，未形成氧化膜而出现“黑条”。