Anodizing aluminum: the role of the cast structure of the billet

Microstructure as a source of defects anodized profiles

Features of the microstructure of the material aluminum profiles - aluminum alloys - very often cause a heterogeneous appearance of their anodized surface. The reasons for this heterogeneity are disorders of microstructure technology of production of aluminum profiles - from ingot casting-pillars, Sources from which are cut blanks for the extrusion press and before heat treatment technology to press quenching and artificial aging in an oven. The reasons for this lie in the manufacturing defect profile technology, but it is already apparent in the process of anodizing.

The main causes of the problems, которые связаны с микроструктурой алюминиевых профилей являются:

  • обратная (инверсная) сегрегация легирующих элементов в слитке;
  • неполная гомогенизация структуры слитка;
  • неоднородная перерекристаллизация деформированной зеренной структуры по сечению профиля;
  • неполная или неоднородная закалка профилей на прессе;
  • нарушения технологии искусственного старения профилей (недостаривание или перестаривание);
  • high content of such impurities, zinc, iron, copper.

Production technology of anodized aluminum profiles

Микроструктура алюминиевых профилей и последующее качество поверхности после их анодирования зависит от различных технологических параметров на всем протяжении их производства:

  • качество шихты и обработка расплава;
  • литье слитков-столбов;
  • гомогенизация слитков;
  • нагрев слитков;
  • экструзия профилей;
  • закалка профилей на прессе;
  • искусственное старение профилей;
  • подготовка поверхности профилей (обезжиривание, travlenye, осветление);
  • anodizing profiles and then filling the anodizing coating.

Scheme temperature change in the production of aluminum profiles shown in Figure 1. The magnitude of the temperature, the duration of exposure to it, as well as its rate of change during heating and cooling are key technological parameters, which affect the formation of the microstructure of the finished aluminum profiles.

Figure 1 - The change in temperature in the production process
anodised aluminum profiles

Aluminum profiles produce, usually, 6xxx series alloys, whose main alloying elements are magnesium and silicon. Intervals content of these elements in the most popular in Europe and the US aluminum alloys are shown in Figure 2.

Figure 2 - Top alloys for the production of aluminum profiles

alloys 6060 and 6063 (аналог отечественного АД31) изготавливают практически все профили для оконных рам и дверей, and curtain wall, translucent and ventilated. 6005A alloy used, if desired somewhat increased strength. alloys 6061 (АД33) и 6082 (АД35) чаще применяют для несущих строительных конструкций, which require increased strength. Comparison of different strength aluminum alloys is shown in Figure 3.

Figure 3 - Comparison strength wrought aluminum alloys

inverse segregation zone ingot

In the crystallization of aluminum ingots of aluminum alloys inevitably arises a surface layer with a high content of alloying elements and impurities. This layer is called the inverse segregation zone. When, for example, alloy ingots 6060 it has increased the magnesium content, кремния и железа (рисунок 4).


Figure 4 - The microstructure of the ingot-pillar made of aluminum alloy 6xxx series

Современным методом литья слитков-столбов является так называемый метод «Hot-Top» (рисунок 5). The figure shows a diagram of a method of molding Hot-Top for example, one of the ingot-pillar. Modern casting machines can simultaneously cast a few dozen, and even more than a hundred, bullion-pillars.


Figure 5 - Casting an ingot-pillar method Hot-Top

Features of this ingot casting method - limit heat transfer from the top of the melt, а также применение систем смазки кристаллизатора смесью газа и специального масла обеспечивают минимальную толщину обратного сегрегационного слоя снаружи слитков (рисунок 6).

Figure 6 - Zone inverse segregation in the ingot of alloy-pillars 6060
when casting pillars method Hot-Top

При нарушениях технологии прессования металл из этого сегрегационного слоя может попадать в готовый алюминиевый профиль (см. part 2). Because of its chemical composition is significantly different from the chemical composition of the base metal, it causes all sorts of heterogeneity profile properties, including, heterogeneity anodized surface appearance.

Figure 7 - Segregation shell blank is collected in a rear portion thereof.
При слишком тонком пресс-остатке (менее 15 % длины заготовки)
material inverse segregation zone can enter the profile

homogenization of ingots

An important technological step is homogenisation of ingots. It consists of exposure of ingots at about 580 °С в течение нескольких часов и достаточно быстром принудительном охлаждении (см. Figure 1).

При гомогенизации слитков важно обеспечивать:

  • Maximum complete conversion AlFeSi particles of beta-phase in the phase alfa-. При этом происходит переход от крупных грубых частиц к более мелким и более округлым (рисунок 8).
  • The high degree of transition AlFeSi particles of beta-phase in alfa-phase provides a favorable effect on the compressibility of the workpiece, as well as the quality anodized surface due to a more uniform and homogeneous alkali etching profile surface.
  • The size and distribution of intermetallic particles, for example, particle Mg2Si, affects the duration of exposure ingot at a temperature homogenization, and the cooling rate after homogenisation of ingots. for instance, for alloy ingots 6060 оптимальными параметрами гомогенизации считаются: температура гомогенизации 585 oC, holding at that temperature for about 5 hours and cooling after soaking at a rate of about 300 ° C per hour in a special cooling chamber.

Figure 8 - Milling and rounding irons
cast alloy structure 6060 resulting ingot homogenization

See. продолжение:

  • part 2: влияние конструкции матрицы и технологии экструзии;
  • part 3: влияние химического состава материала заготовки.

A source:

1. Tom Hauge, Hydro Aluminium, IHAA Symposium 2014, New York