铝合金中氧化膜缺陷特征分析

铝合金中氧化膜缺陷特征分析目录一、文献中关于氧化膜缺陷的论述二、几种氧化铝的典型特征三、模拟熔体氧化膜形貌四、典型的氧化膜、夹杂缺陷五、异物压入六、氧化膜夹杂对市场的影响七、西南铝氧化膜夹杂产生原因简析一、文献中关于氧化膜缺陷的论述《铝合金半成品的组织与性能》多巴特金著，冶金工业出版社，1984年6月第1版1．非金属夹杂引起的表面缺陷这类缺陷的出现和外形，与夹杂相对于铸锭和板材表面深度的分布有关。如果在铸锭的表面层存在有炉衬和铸造工具的脱落碎块、熔剂、熔渣、玻璃丝网、氧化膜等非金属夹杂，以及气泡和很深的冷隔时，将会在板材的表面上形成暗带(图87，a)。图87暴露在板材表面上的夹杂a-暗带b-起皮2．内部缺陷：分层、氧化膜、夹杂分布在接近于铸锭厚度中心的非金属夹杂、聚集的金属间化合物和由于气体收缩所引起的严重疏松，是铝及铝合金板材产生分层的原因。分层是一种不连续式的缺陷，这种缺陷沿轧制方向被拉长，其长宽之比很大（图88、89）。图89AMr6合金板材的分层图88硬铝板材分层区的显微组织(该分层是由于存在熔渣引起的)200×《铝箔：其典型质量问题及产生原因》OzgulKeles，MuratDundar。JournalofMaterialsProcessingTechnology186(2007)125–137。图5AA1200合金12μm箔由氧化铝夹杂引起的针孔图4由氧化镁夹杂引起的针孔图7由金属压入引起的针孔。图9由划伤引起的针孔图10印痕“铝压铸件中的硬质点及非金属夹杂物”陆树荪、乐书华等，特种铸造及有色合金2000年第5期研究硬质点中的非金属夹杂物后可发现：其中多数是氧化铝(Al2O3),有相当数量的硅酸铝(AlO·xSiO2)，并有少量的MgAl2O4(即MgO·Al2O3)化合物。2.1氧化铝(Al2O3)其组织形貌基本上可分为二种类型,一种是多孔状的Al2O3(见图1a和图2),另一种为深色无孔的Al2O3(见图3)。2种Al2O3夹杂物的显微硬度测定结果见表1,由表1可看到:2种Al2O3的显微硬度不同,但它们都比铝基体的显微硬度(平均为HV68)高得多,分别为铝基体的10倍和20倍,它们的出现会使合金的切削性能显著降低,以至发生崩刀的现象。除了上述二种基本形态外,硬质点处还存在有折叠膜片状(见图4)、团絮状Al2O3夹杂物。《铝及铝合金表面缺陷分类》日本轻金属学会研究委员会，1980，8夹杂特征：板材、卷材的表面暴露夹杂物或因夹杂物引起裂纹，观察裂开处的表面可以发现夹杂物的存在压入特征：工作辊有异物掉入时单面出现，卷材卷曲时掉入则在两面出现。铝屑掉入时，随着压延的进行可能成为“起皮”状。“DieCastingDefects:IdentifyingtheCauses&DeterminingtheSolutions”DIECASTINGENGINEER，1January2008压铸件缺陷：原因分析和解决措施，压铸工程师，2008.01.01压铸铝合金中的缺陷a氧化膜b刚玉c难熔夹杂物d化合物偏析压铸铝合金中夹杂物缺陷的种类及其特征二、几种氧化铝的典型特征1.刚玉（Al2O3晶体）压入轧辊磨削的砂轮是刚玉颗粒粘接而成的，磨削过程中刚玉颗粒不断损耗脱落，如果清洗不干净，会随着乳液附着在轧辊表面，在轧制过程中压入板面，形成非金属压入。刚玉硬度极高（仅次于金刚石），具有致密的晶体结构。样品：西南铝3104罐体料颗粒物与外界为完全开放状态，由于颗粒硬度远高于金属，致使其附近金属变形流线发生随动变化。元素重量原子百分比百分比OK59.2371.01NaK0.270.22AlK40.2928.64PK0.210.13总量100.002陶瓷过滤板碎渣陶瓷过滤板经过高温烧结，硬度高但多孔样品：西南铝3104板锭成品带材破碎颗粒沿轧向分布，造成局部分层，除个别直径超过板厚的颗粒造成局部金属破裂而露出表面外，其余小尺寸颗粒被金属完全封闭，是由熔体中带来。经过5%NaOH溶液浸蚀硬度高划伤轧辊ElementWeight%Atomic%OK49.4562.21MgK0.990.82AlK49.5636.97Totals100.00碎片能谱分析结果ElementWeight%Atomic%CK0.050.21AlK0.601.22SiK0.390.76CrK4.464.71FeK94.5193.10Totals100.00从轧辊上刨下的铁性金属ElementWeight%Atomic%OK51.1463.45MgK7.386.03AlK41.4830.52Totals100.00从陶瓷过滤板上取下的碎渣成分、形貌与前述陶瓷碎片一致3熔体氧化膜样品：西南铝3104板锭成品带材。与刚玉、陶瓷比，是Al2O3MgO（尖晶石）混合体，硬度低、疏松易碎，金属变形后破碎产物在金属内部呈带状分布，造成局部分层。大块氧化膜在轧制金属厚度减薄ElementWeight%Atomic%OK49.6462.18MgK5.404.45AlK44.6033.13PK0.360.23Totals100.00元素重量原子百分比百分比CK0.060.13OK2.704.50MgK1.191.31AlK93.9092.87SiK0.320.30MnK1.190.58FeK0.650.31总量100.00采用低加速电压（10kV），可以反映出铝板表面的自然氧化现象，能谱分析结果表明板材表面有氧化铝，但无法看到其形貌，说明自然氧化膜极薄。资料介绍一般仅为数十到一百余埃。样品：3104板材。三、模拟熔体氧化膜形貌为明确熔体氧化膜的典型特征，取3104和1050合金在实验室重熔，观察表面氧化膜。3104合金重熔样品氧化膜5%NaOH溶液浸蚀后局部放大图像元素重量原子百分比百分比CK0.020.03OK46.3358.59MgK14.4512.03AlK37.9728.47SiK0.980.71PK0.250.17总量100.003104合金1050重熔样品氧化膜5%NaOH溶液浸蚀后元素重量原子百分比百分比CK0.180.36OK16.1324.44MgK0.620.62AlK82.2473.90SiK0.640.55CaK0.200.12总量100.001050合金四、典型的氧化膜、夹杂缺陷西南铝5182罐盖缺陷宏观形貌20XElementWeight%Atomic%OK35.7647.91MgK12.9811.44AlK50.9740.49PK0.130.09MnK0.160.06Totals100.00西南铝5052罐盖元素重量原子百分比百分比OK42.4954.81MgK14.3012.14AlK43.2133.05总量100.00样品：西南铝2D70锻件样品编号重量百分比（%）OMgAl9#48.2016.1735.63样品：西南铝7A52厚板样品：0.24mm5052罐盖料ElementWeight%Atomic%OK29.8641.66MgK7.887.23AlK60.2949.88SiK0.290.23PK1.010.72FeK0.680.27Totals100.00裂纹裂纹样品：西南铝5182罐盖料，表面可见横向小裂口ab点状物点状物a样品截面及能谱谱图点状物点状物b样品截面及能谱谱图元素重量原子百分比百分比OK32.8144.69MgK12.4311.14AlK54.3143.86PK0.450.31总量100.00样品：西南铝5182罐盖料，横截面5182罐盖及板材3104罐体针孔3104罐体针孔截面形貌元素重量原子百分比百分比CK0.541.02OK27.0938.08MgK12.0711.17AlK58.4248.69SiK0.340.27PK0.440.32MnK0.710.29FeK0.370.15总量100.00罐体针孔能谱分析结果（1）元素重量原子百分比百分比CK0.280.54OK19.2628.24MgK12.9512.50AlK67.5158.71总量100.00罐体针孔能谱分析结果（2）3104罐体料破杯3104罐体料断罐样品元素重量原子百分比百分比CK0.110.19OK52.5264.62MgK10.218.27AlK35.0825.59SiK0.240.17PK1.841.17总量100.00引起断罐的缺陷能谱分析结果（1）元素重量原子百分比百分比CK0.781.33OK43.5555.72MgK10.028.44AlK44.2333.55SiK0.310.23PK1.110.73总量100.00引起断罐的缺陷能谱分析结果（2）夹杂物引起1235合金铝箔串孔缺陷五、异物压入样品部位元素含量（%）SiFeCuMnMgNiZnTi压入0.240.480.200.921.230.010.010.02正常0.240.470.200.901.240.010.010.023104罐体料热轧过程中的大面积金属压入由裂边引起的热轧板材边部金属压入金属压入裂边冷轧时，3104合金板材表面单点状压入，压入物已脱落由于轧制油油污引起的双合箔针孔缺陷PS板表面的非金属压入夹杂的形貌及存在状态与压入有明显区别：轮廓与周边金属处于同一平面，夹杂物清晰可见，表皮金属撕裂特征明显，缺陷部位无因异物翻滚造成的划痕和坡道、金属堆积。PS板夹杂缺陷六、氧化膜夹杂对市场的影响•2008年，西南铝3104罐料退货2000吨。其中90%属冶金质量问题（主要是氧化膜夹杂）造成断罐缺陷，致使国内近半市场的丧失。•2009年初，西南铝因氧化膜夹杂问题，造成近700吨罐盖料退货，1000余吨压库，300余吨铸块改投向。市场形象严重受损。•1235铝箔毛料——断带、针孔超标•多项厚板、锻件探伤不合格，影响军工产品进度。七、西南铝氧化膜夹杂产生原因简析作为铝加工企业，西南铝板锭生产中出现的夹杂物缺陷主要有以下几个类型：铝氧化膜夹杂——金属紊流造成氧化铝颗粒夹杂——原材料质量差，金属翻滚尖晶石（MgOAl2O3）——加镁时操作不当，熔体暴露于高温状态下（如火焰直接喷射到熔体表面）晶粒细化剂夹杂——晶粒细化剂质量低劣，使用过量或不当熔剂夹杂——精炼剂质量差，原材料带入氧化物夹杂主要产生于以下几个环节：原料：直接使用残屑，且比例过高熔体处理：精炼时间不充分，精炼剂选用不合理在线除气：系统设计不合理，造渣严重在线过滤：有效过滤面积小，过滤效率低，更换不及时流槽：未采用整体流槽，易引起熔体紊流铸造系统：自动化控制程度低，液面波动大谢谢！