6061铝合金阳极氧化后黑斑原因分析

周京辉

(佛山市三水凤铝铝业有限公司，广东 佛山528133)

6061铝合金，是中等强度Al-Mg-Si合金，广泛用于建筑模板、汽车避震器、保险杠、自行车车身、板材、棒材等领域，主要从合金成分、挤压工艺、时效工艺等来研究提高性能、降低能耗。根据型材截面尺寸通过选择强风、喷雾、喷水或穿水方式来达到6061合金的淬火要求。本文所述型材是500mm宽、150mm高、7mm厚的6061-T6材质的帐篷管，选择喷雾淬火，针对6061合金氧化后出现黑斑问题，从淬火工艺查找原因，以期指导正常生产。

1 实验材料及方法

使用Φ518mm的6061合金铝棒，合金的名义成分(质量分数，%)为，Si0.61，Fe0.17，Cu0.20，Mn0.91，Mg0.91，Zn0.01，Ti0.01，Al余量。经长棒加热炉加热至500℃～510℃，然后在线剥皮至Φ510mm，用90MN正向挤压机挤压500mm宽、150mm高、7mm厚的6061-T6材质的帐篷管，挤压速度4m/min,使用在线喷雾淬火。按订单长度锯切后时效，再做阳极氧化表面处理，底面中间局部出现沿挤压方向的黑斑，如图1所示A处。

将该型材脱掉氧化膜，用韦氏硬度钳分别检验A处与B处外表面及内表面的硬度；然后将A与B处各切一小样品下来，编号为1#、2#，经过粗磨、抛光，再用扫描电镜和能谱分析仪观察分析1#、2#样品横截面；然后将1#、2#样腐蚀后在金相显微镜下观察。

图1 阳极氧化后型材表面中间显现黑斑Fig.1 Black spots appear in surface of profile after anodic oxidation

2 实验结果与分析

2.1 硬度检验

表1为用韦氏硬度钳检验A处与B处内、外表面的硬度数值。由表1可知，黑斑区域硬度低于正常区域硬度，且外表面低于内表面硬度。

表1 不同位置硬度实测数值

2.2 扫描电镜观察

用扫描电镜分别观察1#、2#样品，如图2所示。由图2可见，两个样品都有黑色颗粒状物质，其中1#样品单位面积内黑色颗粒物质数量约是2#样品黑色颗粒物质的10倍，1#样品黑色颗粒物质直径约为20um，2#号样品黑色颗粒物质直径约为10um。

2.3 能谱分析

对1#、2#样品的黑色颗粒状物质进行能谱分析，见表2。 由表2可知，黑色颗粒物质主要含O、Mg、Al、Si元素，其中Mg与Si的原子比例约为2∶1，可以判断黑点物质含有Mg2Si相。

2.4 金相观察

对1#样、2#样腐蚀后做金相观察，如图3所示。由图3可知，1#样晶粒粗大无规律分布,图中粗大的晶粒宽度约500um；2#样晶粒组织较细大致呈平行分布，图中晶粒宽度约300um。

3 分析讨论

6061铝合金帐篷管经在线喷雾淬火(图4(a))，由于局部某喷头未喷雾而直接喷水(图4(b))，导致A处冷却过快，且外表面比内表面冷却快，而后沿挤压方向喷雾正常，高温部分向A处传热，导致A处又回温，形成退火，晶粒长大，且强化相Mg2Si析出并长大至20um左右，使该处强化相不够弥散(0.1um左右)，从而使时效后该处硬度较正常区域低。同时由于Mg2Si相对铝基体处于电势高位，导致该处阳极氧化时腐蚀严重，从而出现阳极氧化后显现黑斑现象。

经过现场检查淬火装置，发现黑斑区域下方有2个喷雾喷头喷洒的雾没有散开，将喷头拆下来，发现里面有铁锈、泥沙等杂质堵塞。将喷头彻底清洗后再安装上去，同时检修其他喷头，仔细观察喷雾状态，正常后再安排上机生产，后续未再出现氧化后黑斑现象。

4 结论

(1)在线淬火不均匀，导致型材局部温度从高温到低温再到高温的变化，使局部出现退火现象，从而使其强化相Mg2Si大量析出，晶粒长大；

(2)Mg2Si大量析出位置，时效后其硬度低于正常固溶位置的硬度；其电位相对铝基体处于电势高位，阳极氧化时腐蚀严重，呈现黑斑表象。