鋁合金鋁合金型材散熱器的空心/半空心原因解析

       經(jīng)常接觸鋁合金建筑型材散熱器的老手常會(huì)見(jiàn)到一些空心、半空心的，甚至是一些斷面曲率較大的實(shí)心的擠壓材，經(jīng)過(guò)硫酸陽(yáng)極氧化生產(chǎn)工藝處理后，其表面局部會(huì)出現(xiàn)一種沿縱向連續(xù)分布的，具有一定寬度的顯示為粗糙不平(似梨皮狀)的，清晰可見(jiàn)的閃爍晶粒狀的表面缺陷—“閃爍花紋”(或稱“光亮花樣”)。其分布規(guī)律是：①沿?cái)D壓方向，尾部比頭部更明顯可見(jiàn)，嚴(yán)重時(shí)，首尾都很明顯；②沿垂直于擠壓軸線的方向，“花紋”一般只出現(xiàn)在局部，尤其出現(xiàn)在型材曲率較大的部位，或是空心、半空心型材的焊縫區(qū)域，或是在型材的形成過(guò)程中6063鋁合金承受摩擦阻力最大的部位。

　    氧化前處理工藝的影響

　　某些擠壓材經(jīng)硫酸脫脂并水洗后，表面無(wú)異常變化，而當(dāng)其在wZn2＋≥4×10－6的堿蝕液中經(jīng)正常的浸蝕并隨后立即有效水洗后，就會(huì)看到“閃爍花紋”的存在。筆者對(duì)擠壓材的擠壓組織進(jìn)行分析，結(jié)果表明：“閃爍花紋”對(duì)應(yīng)的組織是晶粒度比正常部位的大得多的粗大等軸晶的再結(jié)晶組織——粗晶環(huán)，且晶粒越粗大，“閃爍花紋”越明顯；這種現(xiàn)象也隨著浸蝕的進(jìn)行而越來(lái)越明顯。

　　通過(guò)資料可知：“閃爍花紋”的形成除了與合金成分(尤其是Zn)、擠壓材(RCS狀態(tài))的組織狀態(tài)有關(guān)外，還與堿蝕液中[Zn2＋]有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明：在合金中，當(dāng)wZn≥0.033%，且型材表面存在粗晶環(huán)的前提下，只要堿蝕液中wZn2＋≥4×10－6，就會(huì)產(chǎn)生“閃爍花紋”。

　　產(chǎn)生“閃爍花紋”的根本原因是堿蝕液中Zn污染引起的選擇性晶間腐蝕[2]。晶間腐蝕的機(jī)理是電化學(xué)的，是晶界內(nèi)的局部原電池作用的結(jié)果。沿晶粒邊緣沉淀析出的第二相Mg2Si與貧乏的固溶體之間由于腐蝕電位的不同，在堿蝕電解質(zhì)溶液中，形成了原電池α－Al－Mg2Si。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般都要求Si的含量過(guò)剩，則其晶間腐蝕敏感性增大，因?yàn)槲挥诰Ы缂捌涓浇鼌^(qū)域的游離硅具有很強(qiáng)的陽(yáng)極性[3]。

　　研究結(jié)果表明：“閃爍晶粒”的晶界及其附近區(qū)域中的含Zn量相對(duì)偏高，即Zn參與了腐蝕過(guò)程。文獻(xiàn)[4]推測(cè)：Zn是以“溶解－再沉積”的方式促進(jìn)晶界腐蝕的。堿洗時(shí)，固熔于α－Al中的Zn隨α－Al的溶解而溶解；當(dāng)槽液中wZn2＋≥4×10－6時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：Al＋Zn2＋→Zn＋Al3＋，單質(zhì)Zn有選擇地在陰極性區(qū)域沉積，進(jìn)一步加劇了局部腐蝕。

　　鑄錠質(zhì)量的影響

　　我們知道；6063鋁合金的主要相組成為：游離Si(陽(yáng)極相)和FeAl3(陽(yáng)極相)，當(dāng)wFe≥wSi時(shí)，有α－(Al－Fe－Si)(陽(yáng)極相)；當(dāng)wFe≤wSi時(shí)，有β－(Al－Fe－Si)(陰極相)。實(shí)際生產(chǎn)中，要求6063合金的成分應(yīng)符合國(guó)際GB3190－82之規(guī)定，并且要求按wFe∶wSi=1.73∶1相對(duì)過(guò)剩的Si元素的過(guò)剩量不大于0.20%。而在6063鋁合金型材(RCS狀態(tài))的堿蝕處理過(guò)程中，當(dāng)其他條件具備時(shí)，只要合金中wZn≥0.03%，就可能產(chǎn)生“閃爍花紋”缺陷；并且這種缺陷的清晰程度隨合金中Zn含量的增加而增大。特別應(yīng)該指出的是：在相同條件下，產(chǎn)生“閃爍花紋”缺陷時(shí)，合金中Zn的含量對(duì)空心型材的影響要比它對(duì)實(shí)心型材的影響更明顯。

　　擠壓－熱處理工藝因素的影響

　　資料包括：低層錯(cuò)能的金屬(如α－Al)在擠壓(ε=90%)時(shí)，只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)，而后會(huì)發(fā)生靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶。純鋁的再結(jié)晶溫度約為280℃，而6063鋁合金的再結(jié)晶溫度為320℃左右。我們知道：無(wú)論是“回復(fù)”還是“再結(jié)晶”都是原子在固相中的擴(kuò)散遷移過(guò)程。這與原子擴(kuò)散所需的化學(xué)勢(shì)有關(guān)，且需要在較高的溫度下才能順利進(jìn)行。當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，擴(kuò)散不宜進(jìn)行，使“回復(fù)”和“再結(jié)晶”過(guò)程受到抑制。

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