1 . Planteamiento del problema
En la producción real, los perfiles de extrusión de aleación de aluminio 6063 con estado T5 con altas tasas de procesamiento (ε>95%) y paredes delgadas (δ≤1,5 mm) exhiben una distribución regular (y a veces irregular) de puntos blancos (o marcas no luminosas) en sus superficies después de anodizar con ácido sulfúrico.
En casos severos aparecen manchas oscuras – “manchas blancas”.
La distribución y características de las “manchas blancas” son las siguientes: son un tipo de defecto superficial que aparece a intervalos aproximadamente iguales, en una línea o cuadrilátero aplanado o en forma de estrella irregular (escama), en planos paralelos a la dirección de extrusión, con una profundidad menor formando un surco en relación con la superficie base.
Las manchas blancas generalmente se distribuyen en una o más superficies del perfil y, a veces, se distribuyen en todas las superficies (para perfiles huecos de paredes delgadas, se distribuyen en ambos lados de un plano o superficie curva determinada).
dos . Análisis de causa
Se observó en el sitio que se forman “manchas blancas” durante el proceso de “decapado alcalino” y no desaparecen después de la “neutralización” posterior con ácido nítrico diluido (o ácido sulfúrico). Después del anodizado con ácido sulfúrico, su presentación es aún más clara.
El autor cortó especialmente dos muestras de “puntos blancos” con áreas más grandes (F=30-40mm2) del lavado grabado con álcali (la solución contiene ω(Zn2＋)≥5×106). A continuación, se utilizó un espectrómetro de lectura directa por chispa de emisión atómica DV-5 para analizar cuantitativamente los componentes de las áreas de "manchas blancas" de las dos muestras. Los resultados son los siguientes (todos los datos de la tabla son fracciones de masa):
De los resultados del análisis en la Tabla 1, se puede ver que el contenido de los elementos Si, Mg y Zn en las "manchas blancas" aumentó significativamente. Sin embargo, los resultados de la Tabla 2 muestran que el contenido de elementos Si y Zn en las “manchas blancas” aumentó significativamente, mientras que el contenido de elementos Mg disminuyó.
Desde la perspectiva de la corrosión del material metálico, este defecto superficial del Mg2Si es esencialmente el resultado de la "corrosión por exfoliación" del material de aleación de aluminio 6063.
La corrosión por exfoliación es un tipo de corrosión superficial selectiva en la que la corrosión se produce a lo largo de la superficie del metal y el volumen de sus productos suele ser mucho mayor que el del metal corroído, por lo que se expande.
En términos generales, cuando el aluminio está adyacente a metales diferentes con propiedades catódicas, aumenta la “corrosión por exfoliación”. Las observaciones bajo un microscopio electrónico han encontrado que la “corrosión por exfoliación” generalmente ocurre a lo largo de constituyentes insolubles (como Si, Mg2Si, etc.) o a lo largo de los límites de los granos.
2.1 Impacto de la calidad del lingote
La composición de la fase primaria de la aleación de aluminio 6063 incluye una solución sólida α (Al), Si libre (fase anódica) y FeAl3 (fase anódica). Cuando el contenido de hierro es alto, está presente β(FeSiAl)(fase anódica); cuando el contenido de hierro es bajo, está presente α(FeSiAl)(fase catódica). Otras posibles fases de impurezas incluyen MgZn2, CuAl2, etc.
Durante la producción, el lingote de aleación de aluminio 6063 a menudo presenta macrosegregación o segregación intracristalina debido al proceso de cristalización sin equilibrio. En consecuencia, elementos como Si, Mg, Zn y Cu están distribuidos de manera desigual dentro del lingote.
Algunas empresas de procesamiento de perfiles de aluminio, a menudo por razones económicas, rara vez llevan a cabo un tratamiento de recocido homogeneizador en lingotes de tamaño pequeño (por ejemplo, menos de φ100 mm) para eliminar el fenómeno de segregación, allanando así el camino para la creación de "puntos blancos".
2.2 Impacto del proceso de tratamiento térmico de extrusión
Para mejorar la eficiencia de la producción, en las operaciones de producción se adopta comúnmente la extrusión a baja temperatura y alta velocidad. El “efecto térmico” provocado por la velocidad de extrusión aumenta significativamente la temperatura de enfriamiento del producto a la salida de la matriz.
Al entrar en contacto con una placa (o rueda) de grafito con una temperatura superficial de 80-110 (o ligeramente inferior) en una mesa de salida fija, la superficie del perfil sufre un "intercambio de calor de enfriamiento rápido", provocando la concentración de los elementos de aleación. Mg y Si en esa parte serán más altos que en áreas normales.
En el posterior proceso de envejecimiento artificial, esta zona precipitará la fase gruesa β′ (Mg2Si). Los lingotes de aleación de aluminio 6063, que no han sido sometidos a un tratamiento de recocido homogeneizador y tienen una baja temperatura de calentamiento, debido al insuficiente "efecto térmico" causado por la extrusión, no pueden elevar la temperatura de enfriamiento del perfil por encima de 500ºC.
Esto no sólo da como resultado que una pequeña porción de la fase β(Mg2Si) en el lingote permanezca en la estructura del perfil, sino que también desencadena los cambios mencionados anteriormente en los elementos Mg y Si, que son soluciones sólidas de alta temperatura en α(Al) matriz. Prácticas. Estos factores preparan las condiciones estructurales para la aparición de “manchas blancas”.
2.3 Efecto del tratamiento de corrosión alcalina superficial.
Para un contenido de Si mayor que el contenido de Fe, el exceso de Si tiende a agregarse en el cristal α (Al) o cerca del límite cristalino, formando una fase de Si monocristalina libre. La fase catódica de Si y la fase anódica segregada de Mg2Si, o la fase anódica de matriz α(Al) y la fase catódica gruesa de Mg2Si, inducen un "efecto de batería primaria" en la solución de grabado alcalino.
El resultado es una rápida disolución de la solución sólida de α(Al) alrededor del Si libre o una disolución preferencial de la fase espesa de Mg2Si en comparación con la solución sólida de α(Al), dejando “hoyos de grabado” planos y poco profundos en la superficie del perfil.
Además, algunos investigadores sugieren que las manchas blancas están relacionadas con la reacción de hidrólisis del NaAlO2. Cuando la relación entre la concentración de Al3+ y la concentración total de NaOH excede 0,35, la estabilidad del NaAlO2 disminuye y el Al(OH)3 hidrolizado precipita en la superficie del material de aluminio.
Un lavado incompleto con agua también puede provocar fácilmente “manchas blancas” moteadas o en bloques. Sin embargo, se cree que esto está relacionado principalmente con el efecto de los inhibidores de incrustaciones (como hidroxicarboxilatos, tartrato de sodio, etc.) contenidos en los aditivos de corrosión alcalinos.
Específicamente, en condiciones estables del proceso de corrosión alcalina, los hidroxicarboxilatos pueden formar complejos reversibles con Al(OH)3 para formar aniones complejos solubles.
2.4 Factores que influyen en el proceso de anodizado con ácido sulfúrico
Generalmente, cuando la concentración de ácido sulfúrico es demasiado alta, la temperatura de electrólisis es excesivamente alta, o cuando el contenido de Al3+ en la solución de ácido sulfúrico del tanque de oxidación excede los 20 g/L, se cumplen las siguientes condiciones de equilibrio de ionización a una temperatura normal (aproximadamente 20 grados ) se interrumpe.
Con el aumento de Al3+, el Al(OH)3 en el tanque de oxidación de ácido sulfúrico precipita y se adhiere a las ranuras en la superficie del perfil o dentro de los orificios de la película de Al2O3 en forma floculada. No se puede lavar bien con agua limpia ni es fácil sellar los poros. Después del secado al aire, aparecen manchas blancas en la superficie.
3. Soluciones
① Controlar estrictamente la composición química, exigiendo que el exceso de Si no supere el 0,20% y el contenido de Zn no supere el 0,05%. Además, esfuércese por recocer uniformemente los lingotes y aplicar un enfriamiento rápido a los lingotes después del tratamiento.
② Modifique el eje del primer rodillo de grafito en la mesa de descarga fija para que su altura sea ajustable. Si es posible, utilice un material con mejor aislamiento que el grafito.
③ Emplee extrusión a temperatura de umbral bajo para evitar el sobrecalentamiento local o minimizar la duración del sobrecalentamiento, de modo que la aleación de aluminio 6063 no tenga tiempo suficiente para precipitar la fase β′(Mg2Si).
④ Agregue un precipitante, Na2S o hidrosulfuro de sodio, a la solución de grabado cáustico, en una cantidad equivalente al doble de la masa requerida para formar el precipitado de ZnS. Cuando el Al3+ en la solución alcalina exceda el estándar de control, complemente oportunamente con aditivos de grabado cáusticos.
