Streifenbildung auf eloxierten Extrusionen

Einführung

Schlierenbildung ist einer der häufigsten Fehler bei eloxierten Profilen Aluminiumlegierungen der Serie 6xxx, z.B, Legierungen 6060 und 6063. Es erscheint normalerweise nach dem Eloxieren., macht es schwierig, die Ursache zu identifizieren. Die Essenz dieses Defekts ist, dass auf der Oberfläche des Profils schmale Streifen mit unterschiedlichem Glanz- oder Schleierkontrast, beide dazwischen, sichtbar sind, und im Vergleich zur umgebenden normalen eloxierten Oberfläche. Ein Beispiel für diesen Anodisierungsfehler ist in der Abbildung dargestellt. 1.

Feige. 1 – Streifendefekte in einem eloxierten Strangpressteil mit Pfeilen, die Streifenbänder anzeigen [1]

Ursachen von Banding-Defekten

Bekannt, zumindest, drei Ursachen für den Fehler „Streifenbildung“:

• Metall aus der Randzone des Barrens
• Pressnähte
• Falsches Matrixdesign

Metall von der Barrenoberfläche

Der erste Grund - das Schlagen der Oberfläche des Metallprofils der Oberfläche, sogenannt Entmischungszone des ursprünglichen Barrens, angereichert intermetallische Verbindungen und Oxide.

Feige. 2 – Inverse Segregation Zone (ISZ) oder „Billet Skin“ [2]

Pressnähte

Der zweite Grund ist technologisch, Profilschweißnähte „Pressen“, längs und quer. Quernähte entstehen beim üblichen Pressen von Werkstücken "Stoß an Stoß", wenn das Metall zweier aufeinanderfolgender Werkstücke direkt in die Matrize eingeschweißt wird und das Metall der Deckschicht vom hinteren Ende des vorherigen Werkstücks hinein gelangt. Längsnähte treten auf Hohlprofilen auf, wenn Metallströme verbunden werden, nachdem sie benachbarte Öffnungen der Matrix passiert haben. Beim Fügen zweier Werkstücke kann auch Schmutzmaterial vom hinteren Ende des Werkstücks in die Längsnähte gelangen.. Um die ersten beiden Gründe zu beseitigen, wenden Sie Folgendes an:

• Barren von besserer Qualität mit einer minimalen Entmischungszonendicke und
• erhöhte Dicke des Pressrückstandes.

Feige. 3 – [2]

Feige. 4 – [2]

Feige. 5 [3]

Matrix-Design

Der dritte Grund ist komplexer., fehlerhaftes Matrixdesign.

• In diesem Fall treten die Streifen aufgrund starker Unterschiede in der plastischen Verformung oder ihrer Geschwindigkeit in verschiedenen Querschnittszonen von Profilen mit komplexem oder hohlem Querschnitt auf (Abb.. ).
• Dadurch treten Metallzonen mit stark unterschiedlichen Eigenschaften des Gefüges auf., wie zum Beispiel:
  – Körnung
  – Kornorientierung
  – Größe und Anzahl der Sekundärphasen.
• Beim alkalischen Beizen werden Längsnähte nicht gleichmäßig geätzt und sind daher fast immer sichtbar.. Dies kann auch ohne Beteiligung von kontaminiertem Metall aus der Oberflächenschicht erfolgen..
• Einer der Gründe für die übermäßige Inhomogenität des Metallflusses kann das nicht optimale Design der Matrix sein, einschließlich:
  – nach Größe, die Form oder Anordnung der Schweißkammern (Abb.. )
  – Konfiguration der Länge der Arbeitsbänder (Abb.. ).

Feige. 6 – Einige Beispiele für Streifenbildung und typische Bereiche, in denen sie auftreten können [1]

Feige. 7 [2]

Feige. 8 – Starke Peilungsänderungen können Schlieren verursachen, aufgrund ungleichmäßiger Strömung der
Metall oder zu ungenügender Füllung der Matrizenöffnung. Schwankungen im Lager
Längen an den Verbindungspunkten müssen richtig gemischt werden, um Streifenbildung zu vermeiden.
Drei verschiedene Arten von Mischprozessen [3]

Banding-Optik

Optische Essenz Streifenbildung ist dass, dass verschiedene Streifen unterschiedliche Glanzgrade oder Trübungen haben. Der Glanz und die Mattheit der Oberfläche hängen von ihren reflektierenden Eigenschaften ab., welche, Erstens, abhängig von der Oberflächenmikrotopographie. Diese Topographie wird durch verschiedene Oberflächenfehler definiert., die hauptsächlich beim Ätzen entstehen.

Häufig weist die Oberfläche von Fehlstreifen eine gröbere Struktur auf., als eine normale Oberfläche und sieht daher matter aus, so erhöhen seine Oberflächenfehler den Streuanteil des reflektierten Lichts. Bei Eloxieren von Aluminiumprofilen auf der Oberfläche des Grundmetalls bildet sich eine Oxidschicht. Die optischen Eigenschaften der Oberfläche nach dem Anodisieren hängen hauptsächlich von der Topographie der Oberfläche des Grundmetalls ab und hängen wenig von der Oxidschicht selbst ab., weil es transparent ist.

Feige. 9 – Schematische Darstellung der Spiegelreflexion von Licht von einer rauen Oberfläche [1]

Feige. 10 – Zusammenhang zwischen arithmetischer mittlerer Rauheit (Ra) und Glanz (Gs) [1]

Mattätzung

Ziel alkalisches Ätzen von Aluminium vor dem Eloxieren – erhalten Sie eine homogene matte Oberfläche. Das Ätzen verändert die Mikrostruktur und die optischen Eigenschaften der Oberfläche, indem zusätzliche Oberflächenfehler erzeugt werden:

• Ätzgruben
• Korngrenzenrillen
• Kornätzschritte.

Eisengehalt

Die Größe und Verteilung von Ätzgrübchen hängt hauptsächlich von der Größe und Verteilung der intermetallischen Phasen in der Oberflächenschicht ab: Primärpartikel Al₃Fe, ein-AlFeSi und B-AlFeSi und Sekundärphase Mg₂Und. Eisenpartikel haben ein höheres elektrochemisches Potenzial, als das umgebende Aluminium, deshalb lösen sie sich nicht auf, und Aluminium um sie herum. Bei einer ausreichend langen Ätzung fallen diese Partikel vollständig aus und die Größe der Grübchen ist oft größer., als ihre Originalgröße, manchmal vorher 10 μm im Durchmesser. Daher hat der Eisengehalt in der Legierung einen wesentlichen Einfluss auf das optische Erscheinungsbild der Oberfläche nach dem Ätzen.. Gegen, Partikel Mg₂Und wirken wie Anoden, was zu ihrer vollständigen Ätzung unter Bildung von Grübchen führt, partikelwiederholend. Daher ist die kleine Partikelgröße β-Mg₂Und und ihre hohe Verteilungsdichte tragen wesentlich zur Bildung einer matten Oberfläche bei, in diesem, Nummer in den Gruben von der Vorwahl Fe-Partikel. So eine hohe Dichte an kleinen Partikeln Mg₂Und erreicht durch effektives Härten und künstliche Alterung der Profile.

Feige. 11 – Morphologie von (a) Intermetallen (Pfeil) in einem metallographisch hergestellten Eloxal
Oberfläche und (b) Ätzgrübchen (Pfeil) in einem anodisierten Abschnitt [1]

Korngrenzen

Ein weiterer wichtiger Parameter der Oberflächenmikrostruktur, Beeinflussung seiner optischen Eigenschaften, sind Korngrenzenrillen. Normalerweise sind Korngrenzen anfälliger für alkalisches Ätzen. aber, stellt sich heraus, dass innen auf der "gestreiften" Oberfläche die Rillen der Korngrenzen kaum sichtbar sind, wohingegen auf einer normalen Oberfläche die Korngrenzen tief und sehr gut sichtbar sind. Dieses "Verschmieren" der Korngrenzenrillen gilt als einer der Gründe, Warum defekte Streifen heller wirken: Feine Rillen reduzieren den Anteil des diffusen Anteils des reflektierten Lichts.

Feige. 12 – Morphologie von Korngrenzenrillen in einem eloxierten Strangpressteil mit einem hellen Streifen darin
(a) gestreifter Bereich (LOM), (b) Normalbereich (LOM) [1]

Abgestufte Körner

Ein weiteres Element der Oberflächenmikrostruktur, Beeinflussung seiner optischen Eigenschaften, sind die sogenannten cstumpfe Ätzkörner. Die Sache ist, dass beim Pressen von Aluminiumlegierungen einige Vorzugskornorientierungen entstehen, das heißt, eine bestimmte Kornstruktur. Eingerichtet, dass bei fehlerhaften Bändern die meisten Körner in Pressrichtung orientiert sind, und auf einer normalen Oberfläche sind die Körner zufällig orientiert. Unterschied in der Textur von defekten und normalen Bereichen führt zu unterschiedlichen Intensitäten der Lichtreflexion.

Feige. 13 – LOM-Bild des Querschnitts eines eloxierten Extrusionsteils mit Oberflächendefekten
aufgrund eines ausgeprägten Angriffs auf eine bestimmte Kristallebene
mit Pfeilen zeigen die Kornätzschritte [1]

 

Fazit

• Die Entstehung von Streifenfehlern auf der Oberfläche von eloxierten Profilen ist auf die unterschiedliche Intensität und diffuse Reflexion des Lichts im Vergleich zum umgebenden Material aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung von Oberflächenfehlern zurückzuführen..
• Oberflächenfehler, bestehend aus Ätzgruben, Rillen entlang Korngrenzen und Kornätzstufen, die beim alkalischen Ätzen auf der Extrusionsoberfläche entstehen. Ätzgrübchen entstehen entweder durch Auflösen der Aluminiummatrix, umgebende eisenreiche intermetallische Partikel, oder durch direkte Auflösung von Magnesiumsilizidteilchen.
• Die Größe, die Anzahl und Verteilung dieser intermetallischen Verbindungen bestimmen die Ätzgrubenmorphologie. Die überwiegende chemische Einwirkung auf die Korngrenzen führt zur Rillenbildung entlang der Korngrenzen.
• Korngröße und Korngrenzencharakteristik haben einen großen Einfluss auf die Tiefe der Rillen. Außerdem, eine hell gerichtete chemische Einwirkung auf bestimmte Kristallebenen führt zur Bildung von Kornätzstufen.
• Die Bildung und Schwere von Oberflächendefekten hängen von den Merkmalen der Mikrostruktur vor dem Ätzen ab. Durch die Lokalisation der Deformation entsteht ein inhomogenes Gefüge, verursacht durch ungleichmäßigen Metallfluss.
• Matrizenlochgeometrie, sowie die Länge des Arbeitsbandes der Matrize bestimmen den Metallfluss und beeinflussen auch die Bandbildung.
• Das Düsendesign ist ein Schlüsselfaktor bei der Einleitung und Kontrolle der Streifenbildung.

Quellen von:

1. X. Zhang et al, Seminar zur Aluminium-Strangpresstechnik, 2008.
2. Einfluss der Al-Mikrostruktur auf die Harteloxalqualität – Profilmaterial / Tom Haug, Hydro-Aluminium // IHAA-Symposium, 25September 2014, New York
3. Aluminium-Extrusionstechnologie / P. Saha