分享：6061铝合金管材表面剥落原因

6XXX铝合金属于Al-Mg-Si系合金,是可热处理强化的变形铝合金,其耐腐蚀性好,具有强度中等、无应力腐蚀开裂倾向、焊接性能良好、易于成型等优点,广泛应用于燃料组件的包壳材料中[1-4]。在包壳材料的车削加工过程中,个别部位出现表面剥落现象。这种剥落现象的发生会导致产品直接报废。 

某6061铝合金管材发生剥落现象,笔者采用一系列理化检验方法对铝合金表面剥落的原因进行分析,以防止该类问题再次发生。 

1.   理化检验

1.1   化学成分分析

对该6061铝合金管材试样进行化学成分分析,结果如表1所示。由表1可知：该铝合金管的主要成分为Al、Mg、Si等元素,还有少量的Cr元素和Cu元素,实测值均符合技术要求。 

1.2   扫描电镜(SEM)和能谱分析

在表面剥落区域截取并制备试样,对试样进行超声清洗并吹干,将试样置于扫描电镜下观察,结果如图1所示。由图1可知：剥落区域表面疏松且凸凹不平,该表面高度明显低于正常区域,正常区域表面光滑平整。 

图  1  铝合金管材表面剥落区域SEM形貌

对剥落区域进行能谱分析,结果如图2及表2所示。由图2可知：夹杂物在该区域聚集分布,同时在聚集的夹杂物中存在裂纹和孔洞。由表2可知：剥落区域的主要成分为Al、Mg、Si、C、O等元素,和正常区域相比,剥落区域O元素质量分数较大,甚至达到了53%,正常区域O元素质量分数为1%左右,剥落区域和正常区域O元素质量分数差别较大；剥落区域还存在1.20%（质量分数,下同）的Cl元素和0.22%的S元素,以及存在1.06%的Cl元素、0.41%的S元素和0.36%的Na元素。 

图  2  剥落区域能谱分析位置1～5

根据能谱分析结果推测：剥落区域可能存在氧化物夹杂和铝合金溶剂的残留物[5-6],氧化物夹杂主要含有Al2O3、MgO和MgAl2O4,Na元素和Cl元素是精炼反应中生成物分离效果不好残留的精炼剂成分[7-8],但含量较少；S元素是电解时阳极碳棒中存在的一些硫化物进入铝液中产生,与Na等元素形成夹杂[9-10]。 

1.3   X射线衍射分析

利用X射线衍射仪的点光源对剥落处进行分析,结果如图3所示。由图3可知：衍射峰主要为Al和Al2O3,从而判定物相主要为Al和少量的Al2O3。根据资料[11-12????]推断,剥落部位应该存在Al2O3和SiO2等夹杂物,由于SiO2夹杂物的含量很少,只出现在极个别的位置,X射线衍射仪未能检测出SiO2。 

图  3  剥落处X射线衍射分析图谱

2.   综合分析

结合以上理化检验结果可知,剥落区域存在少量的Al2O3和微量的SiO2、MgO等氧化物夹杂及微量的精炼剂残留物。精炼剂残留物是铝液在熔炼过程中,对精炼剂进行覆盖和精炼时带入的,残留剂硬度低于铝基体。氧化物夹杂以Al2O3为主,是高温熔炼形成的,这类夹杂物硬度大于基体,会对后续的产品加工产生质量方面产生影响或者使刀具崩坏[13-14],是铝合金管材车削时表面发生剥落的主要原因。 

3.   结论

在表面剥落的地方存在少量的Al2O3和微量的SiO2、MgO等氧化物夹杂,以及微量的精炼剂残留物,由于Al2O3夹杂的硬度远大于铝基体,从而使管材在车削时出现表面剥落的现象。 

文章来源——材料与测试网