Микроструктура алюминия для анодирования

admin 10523 Views

Микроструктура алюминия

Особенности микроструктуры материала алюминиевых профилей – алюминиевых сплавов – очень часто являются причиной неоднородности внешнего вида их анодированной поверхности. Причинами такой неоднородности микроструктуры являются обычно не проблемы технологии анодирования алюминия, а нарушения технологии производства алюминиевых профилей – от химического состава шихты и литья слитков-столбов до технологии термической обработки при закалке на прессе и в печи искусственного старения.

В части 1 было рассмотрено влияние технологии литья слитков-столбов,
в части 2 – влияние технологии прессования профилей, а также конструкции матриц.

В этой части – части 3 – будет рассмотрено влияние на качество анодированных профилей легирующих элементов и примесей в применяемом алюминиевом сплаве.

Температурные режимы при изготовлении алюминиевых профилей

Температурные режимы при изготовлении анодированных алюминиевых профилей схематично показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 – Изменение температуры в процессе производства
анодированных алюминиевых профилей [1]

Подавляющее большинство алюминиевых профилей производят из сплавов серии 6ххх, легирующими элементами которых магний и кремний (рисунок 2).

Рисунок 2 – Основные сплавы для производства алюминиевых профилей

Чтобы лучше контролировать влияние содержания легирующих элементов, а также уровня содержания нежелательных примесей, компания Hydro Aluminium подразделяет привычные сплавы, например, 6060, на более узкие внутренние сплавы, например, 606035 (рисунки 3 и4).

Рисунок 3 – Внутренние алюминиевые сплавы компании Hydro Aluminium

Рисунок 4 – Содержание легирующих элементов – магния и кремния –
в сплавах АД31, 6060, 6063 и 606035

Микроструктура алюминия и щелочное травление

Ванна щелочного травления является наиболее важным технологическим этапом для выявления различий внешнего вида между различными алюминиевыми профилями. Эти различия возникают из-за различий химического состава сплавов или количества, формы и распределения интерметаллических частиц, например, Mg₂Si или AlFeSi.
Различия химического состава приводят к различиям в типах частиц с точки зрения их химического потенциала, Эти частицы могут быть анодными или катодными по отношению к алюминиевой основе сплава. Это дает различную восприимчивость поверхности профилей к щелочному травлению
Различия в восприимчивости к щелочному травлению дают различия в степени блеска (или матовости) поверхности после щелочного травления и анодирования (рисунок 4).

Рисунок 4 – Поверхность алюминия после щелочного травления:
«матовая» (слева) и «блестящая» (справа)

Влияние легирующих элементов и примесей

Кремний. Входит в состав частиц AlFeSi и Mg₂Si, которые влияют на морфологию поверхности алюминия после щелочного травления. Это влияние происходит через размер частиц, их распределение, соотношение анодных и катодных свойств включений.
Железо. Входит в состав частиц AlFeSi. Низкое содержание железа (менее 0,13 %) дает после анодирования блестящую поверхность (при толщине анодного слоя не более 10 мкм) (рисунок 5) .
Медь. Добавки меди (0.12-0,15 %) дают после анодирования блестящую поверхность (рисунок 6). Содержание железа при этом должно быть пониженным для достижения максимального блеска. Слишком много меди дает после анодирования матовую поверхность (низкий блеск).
Марганец. Добавки марганца влияют на степень превращения частиц бета AlFeSi в частицы альфа-AlFeSi – от удлиненных форм к округлым формам. Частицы AlFeSi влияют на прессуемость сплава и на его поведение при щелочном травлении. Марганец влияет на размер и распределение частиц Mg₂Si. Кроме того, марганец ингибирует (замедляет) рост зерна (см. также ниже про хром).
Магний. Входит в состав частиц Mg₂Si, которые влияют характеристики поверхности после щелочного травления. Высокое содержание кремния и магния дает после травления и анодирования серую неблестящую поверхность (рисунок 7).
Хром. При добавлении вместе с марганцем ингибирует рост зерна.
Цинк. Слишком большое содержание свободного цинка (Zn+2) в ванне щелочного травления дает зернистую анодированную поверхность (рисунки 8 и 9). Свободный цинк приходит из алюминиевых сплавов с высоким содержанием цинка, в основном, в виде примеси.
Титан. Титан влияет на размер зерна совместно с бором. Пруток лигатуры «титан-бор» вводится в расплав алюминия при литье слитков-столбов для создания оптимального пониженного размера зерен, а также для предотвращения образования в слитке центральных трещин.

Рисунок 5 – Влияние содержания железа на отражательную способность
анодированной поверхности профиля из сплава 6060 [1]

Рисунок 6 – Влияние содержания меди в сплавах серии 6ххх
на блеск анодированной поверхности [1]

Рисунок 7 – Влияние содержания магния и кремния в сплавах 6060 и 6063
на уровень блеска анодированной поверхности [1]

Рисунок 8 – «Гальваническая» поверхность
анодированного алюминиевого профиля [1]

Рисунок 9 – Избирательное травление зерен
при повышенном содержании цинка [1]

Источник: Tom Hauge, Hydro Aluminium, IHAA Symposium, 2014, New York.