1　前言

　　在6063鋁合金建筑裝飾型材的生產(chǎn)中，常會見到一些空心、半空心的，甚至是一些斷面曲率較大的實心的擠壓材，經(jīng)過硫酸陽極氧化生產(chǎn)工藝處理后，其表面局部會出現(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沿擠壓方向，尾部比頭部更明顯可見，嚴重時，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程中6063鋁合金承受摩擦阻力最大的部位。

2　成因分析

　　2.1　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，表面無異常變化，而當其在w_Zn^2＋≥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，就會看到“閃爍花紋”的存在。筆者對擠壓材的擠壓組織進行分析，結(jié)果表明：“閃爍花紋”對應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)象也隨著浸蝕的進行而越來越明顯。
　　文獻[1]指出：“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[Zn^2＋]有關(guān)。實驗證明：在合金中，當w_Zn≥0.033%，且型材表面存在粗晶環(huán)的前提下，只要堿蝕液中w_Zn^2＋≥4×10^－6，就會產(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]。晶間腐蝕的機理是電化學的，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。在實際生產(chǎn)中，一般都要求Si的含量過剩，則其晶間腐蝕敏感性增大，因為位于晶界及其附近區(qū)域的游離硅具有很強的陽極性^[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量相對偏高，即Zn參與了腐蝕過程。文獻^[4]推測：Zn是以“溶解－再沉積”的方式促進晶界腐蝕的。堿洗時，固熔于α－Al中的Zn隨α－Al的溶解而溶解；當槽液中w_Zn^2＋≥4×10^－6時，發(fā)生反應：Al＋Zn^2＋→Zn＋Al^3＋，單質(zhì)Zn有選擇地在陰極性區(qū)域沉積，進一步加劇了局部腐蝕。
　　2.2　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(陽極相)和FeAl₃(陽極相)，當w_Fe≥w_Si時，有α－(Al－Fe－Si)(陽極相)；當w_Fe≤w_Si時，有β－(Al－Fe－Si)(陰極相)。實際生產(chǎn)中，要求6063合金的成分應符合國際GB3190－82之規(guī)定，并且要求按w_Fe∶w_Si=1.73∶1相對過剩的Si元素的過剩量不大于0.20%。而在6063鋁合金型材(RCS狀態(tài))的堿蝕處理過程中，當其他條件具備時，只要合金中w_Zn≥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。特別應該指出的是：在相同條件下，產(chǎn)生“閃爍花紋”缺陷時，合金中Zn的含量對空心型材的影響要比它對實心型材的影響更明顯。[pagebreak]
　　2.3　擠壓－熱處理工藝因素的影響
　　文獻指出^[5]：低層錯能的金屬(如α－Al)在擠壓(ε=90%)時，只發(fā)生動態(tài)回復，而后會發(fā)生靜態(tài)回復和靜態(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：無論是“回復”還是“再結(jié)晶”都是原子在固相中的擴散遷移過程。這與原子擴散所需的化學勢有關(guān)，且需要在較高的溫度下才能順利進行。當溫度過低時，擴散不宜進行，使“回復”和“再結(jié)晶”過程受到抑制。
　　由上述理論可知：在正常的工藝條件下生產(chǎn)RCS狀態(tài)的6063鋁合金擠壓型材，在經(jīng)擠壓－淬火處理后，其組織為：Mg、Si等元素的原子固溶于α－Al中而形成過飽和鋁基固溶體以及游離Si單質(zhì)等，晶粒細小且均勻分布，成為只發(fā)生了動態(tài)回復或靜態(tài)回復的加工組織。經(jīng)人工時效處理后，6063鋁合金型材的主要相組成為：α－Al，游離Si，主要強化相Mg₂Si，等等。組織狀態(tài)為：細小的Mg₂Si晶粒彌散均勻分布于α－Al基體中，而游離Si分布與晶界及其附近區(qū)域。而當生產(chǎn)條件控制不當(如淬火冷卻強度不足)時，就可能發(fā)生“靜態(tài)再結(jié)晶”及“再結(jié)晶晶粒長大”而形成粗晶環(huán)。
　　粗晶環(huán)的分布規(guī)律是：靠近擠壓筒壁的部分出現(xiàn)較厚粗晶環(huán)；模具工作帶磨擦阻力較大的部分具有較厚粗晶環(huán)；較厚粗晶環(huán)處的晶粒比較粗大。沿擠壓方向上的粗晶環(huán)厚度的分布規(guī)律是：頭部薄、尾部厚；嚴重時會在全斷面上出現(xiàn)粗晶組織。粗晶環(huán)的最大深度為：2.0－2.5mm。
　　粗晶環(huán)的形成機理是^[6]：粗晶環(huán)產(chǎn)生的部位常常是金屬材料承受劇烈附加剪切變形的部位。在軟鋁合金(如6063合金)空心、半空心型材的擠壓過程中，其外層晶粒承受較內(nèi)部更加劇烈的附加剪切變形，且沿擠壓方向上尾部較頭部的要劇烈的得多，承受外摩擦強烈且摩擦時間長的部位的金屬附加剪切變形較大。其晶粒的破碎和晶格畸變的程度也比較劇烈。因此，該部位金屬處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，界面能高，從而降低了該部位的再結(jié)晶溫度(這個溫差約為35℃)，使晶粒形核長大的驅(qū)動力提高。同時由于劇烈摩擦部位金屬的溫度急劇升高，在風冷卻不及時或冷卻強度不足時，擠壓時析出的部分彌散質(zhì)點(如MnAl₆ CrAl₇等)重新溶于固溶體α－Al內(nèi)，阻礙再結(jié)晶的條件消失，也使再結(jié)晶溫度下降，再結(jié)晶形核、長大的驅(qū)動力提高。
　　由此可見：當6063鋁合金擠壓溫度偏高，擠壓速度過快，模具局部工作帶過長，使合金型材流出?？诇囟绕叨治醇皶r風冷至250℃以下時，就易發(fā)生局部的靜態(tài)再結(jié)晶及再結(jié)晶晶粒的聚集長大，這就產(chǎn)生了粗晶環(huán)。
　　粗晶環(huán)的存在，為“閃爍花紋”的形成創(chuàng)造了組織上的客觀條件。

3　預防措施

　　由于“閃爍花紋”缺陷的存在，造成大量工藝廢品，給企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營帶來重大損失。因此，必須針對具體成因而采取具體的預防措施，防止這種表面缺陷的產(chǎn)生。
　?、俑鶕?jù)擠壓材表面有無粗晶環(huán)及粗晶的大小，在生產(chǎn)工藝規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)，調(diào)整生產(chǎn)工藝控制參數(shù)，盡量減小粗晶環(huán)對氧化材表面質(zhì)量的影響。
　?、谶x擇性能優(yōu)良的堿蝕添加劑。當堿蝕液中[Zn^2＋]偏高時，應及時向槽液中補加過量NaS或多硫化鈉。
　?、鄹鶕?jù)下列處于工作溫度下的電離平衡方程式：Zn^2＋＋2OH^－Zn(OH)₂2H^＋＋Zn，為了抑制Zn^2＋的不良影響，可以增大游離NaOH的濃度，從而降低Zn^2＋的濃度，從而使w_Zn^2＋<3×10^－6?；蛘卟捎孟扰欧乓徊糠峙f槽液，再補充相當量的新槽液，亦可使得w_Zn^2＋<3×10^－6。
　　④依據(jù)國際GB3190－82之規(guī)定，從企業(yè)生產(chǎn)的實際出發(fā)，制定一個適合本企業(yè)情況的6063鋁合金成分的企業(yè)標準。嚴格控制Si、Fe、Mg、Zn的含量，要求Si的含量相對于w_Mg∶w_Si=1.73∶1所要求的含Si量過剩，但過剩量不大于0.20%；w_Zn^2＋≤0.050%；要進行鑄錠的均化退火處理，消除偏析現(xiàn)象。
　?、菡{(diào)整模具結(jié)構(gòu)，減小局部的劇烈摩擦縮短相應部位工作帶的長度，加大空刀斜度或保證工作帶平面與空刀斜面結(jié)合處的高度差不小于0.5mm，調(diào)整分流孔的布置或第一分流比K₁的大小及模橋斷面下端的形狀尺寸，減小兩股金屬在焊和室上部相遇時的相對摩擦力。
　?、拚{(diào)整鑄，錠擠壓筒等的加熱溫度，擠壓溫度和擠壓速度的控制參數(shù)，嚴格控制淬火冷卻工藝，避免靜態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生。

4　結(jié)束語

　　綜上所述，“閃爍花紋”的形成是有規(guī)律的，其影響因素也不是單一的。在生產(chǎn)中，不同企業(yè)應從實際出發(fā)，具體問題具體分析，采取恰當措施解決具體問題，提高經(jīng)濟效益。