分析铝合金表面阳极氧化膜缺陷的成因

李宇帆

（云南云铝泽鑫铝业有限公司，云南 曲靖 655000）

随着技术的不断发展和进步，铝合金在加工技术方面，实现了非常大的突破，尤其是在技术不断发展的背景下，在阳极氧化处理相关技术方面，有了非常大的进步。铝合金由于受到多种不同因素的影响，容易出现氧化膜缺陷，造成铝合金表面的实际处理工作，无法达到技术要求。因此，为了能够了解缺陷的形成原理，采取对应的措施进行防范，当前需要对形成缺陷的具体成因进行研究，消除氧化膜缺陷问题。

1 铝合金表面阳极氧化膜缺陷的成因

铝合金工件的实际工序是对表面进行除油处理之后，应用酸洗液对表面进行化学处理，即利用酸性的溶液，实施具体的除膜处理，然后将经过水洗的铝合金表面实施阳极化处理，最后实施质量方面的检测工作。

1.1 表面加工问题

在质量检验过程中，可以发现由于表面加工质量引起的氧化膜缺陷，主要可以从两个方面体现：一，通过观察发现在零件表面顺着长度方向，会存在一些不光滑的纹路，并且顺着横截面的方向观察，可以发现纹路位置的氧化膜，呈现出了逐渐变薄的情况，具有下陷的特征。在化学抛光、除膜的实际工序中，会在铝合金的表面形成钝化膜，同时也会发生腐蚀的情况，在钝化膜的形成速度要比腐蚀速度大时，钝化膜就会覆在合金的表面，起到一定的保护作用，反过来说，如果腐蚀的速度更大，那么就无法形成保护膜，对铝合金的表面产生腐蚀作用。因此，由于加工不当，会导致铝合金表面产生一条凸起的线，其在酸洗的工序中，腐蚀速度会大于保护膜的形成速度，出现了局部腐蚀的情况，造成了表面缺陷，在最后的氧化工序中，缺陷部位的氧化膜就会出现不光滑纹路。二，如果在对零件进行检验的过程中，发现在零件螺纹面的氧化膜上发现了麻点，并且在麻点下的铝合金出现了非常明显的腐蚀情况，则说明螺纹处在加工时产生了一定质量问题，出现了腐蚀的情况，造成阳极氧化膜出现麻点缺陷（如图1）。

图1 铝合金表面阳极氧化图

1.2 组织异常问题

除了加工工序上可能会出现的各种氧化膜缺陷问题之外，铝合金自身的组织情况异常，也是造成缺陷出现的重要原因之一，具体可以从以下几个方面进行分析：一，对铝合金表面实施氧化处理之后，发现氧化膜的表面出现了随机分布皱点，并且皱点的分布具备随机性和异常性，同时对皱点处横截面进行观察，发现氧化膜的厚度呈现出不均匀状态，呈波浪状，位于皱点下方的铝合金表面，聚集了大量的杂质颗粒。经过与正常的区域氧化膜厚度进行对比，发现杂质聚集在铝合金内部时，不会对氧化膜的均匀性产生任何影响，而造成缺陷的原因主要是由于杂质大量地聚集在铝合金的表面，造成氧化膜呈现出波浪状，因此形成了皱点缺陷。二，在氧化处理之后，发现存在条纹缺陷，并且条纹使用肉眼即可见到，触感相对比较平滑。与垂直条纹的横截面进行取样对比进行观察，发现存在条纹缺陷位置的氧化膜实际厚度情况，与正常位置不存在明显的差别，但是在条纹下面的铝合金组织、正常组织存在比较明显的不同之处。在正常的组织中，弥散呈现出少、分布均匀的情况，在条纹组织中，弥散不仅质点比较多，同时也呈现出了聚集的情况。这说明造成表面条纹缺陷的原因，是由于铝合金部分组织弥散质点的高度聚集导致。

三，针对同一批次的铝合金零件进行氧化处理后，各个零件的表面氧化膜，可能会呈现出不同的颜色，一些零件会呈现出褐黄色，剩下的一般会呈现黑色。通过分别对横截面进行取样观察，发现这两种颜色的氧化膜，在厚度上都比较均匀，并且黑色的氧化膜厚度要比褐黄色氧化膜厚度低。出现这种情况主要是由于呈现出褐黄色的铝合金组织，存在块状难相溶或者是未溶的情况，铝合金组织相对比较洁净，而黑色氧化膜下的铝合金组织，存在着比较多的弥散相，一些会分布在晶界上。这种情况说明虽然使用同样一种加工工艺，但是由于铝合金的组织存在一定差异性，因此氧化膜的颜色也会不同，存在色差问题。

1.3 晶粒异常问题

图2 经过氧化处理的铝合金

由于晶粒异常造成的氧化膜缺陷问题，主要可以从以下几个方面体现：一，在氧化处理结束之后，肉眼可见表面存在比较粗大的花斑，并且将花斑磨去之后，对铝合金表面的现象进行观察，发现晶粒呈现出非常粗大的状态，肉眼即可观察到晶粒的实际特征。这种现象说明造成花斑缺陷的原因，是由于铝合金的晶粒过于粗大，晶粒存在异常。二，在氧化处理后，通过观察发现存在椭圆形的花斑，磨去表面的氧化膜红，发现在外圈存在一些粗大晶粒，处于中心位置的晶粒比较小，越靠近中间位置，花斑越不明显。这说明外圆位置的花斑，是由于铝合金外圆存在粗大晶粒，造成出现花斑缺陷。三，氧化处理后，大多数铝合金的表面氧化膜在色泽上相对比较均匀，少量的零件出现表面氧化发花问题，在色泽上相对不够纯净。这种缺陷问题，除了受到加工工艺的影响之外，造成缺陷的最大一个因素，就是与铝合金的组织情况相关。通过对比可以发现，隐约发花的位置组织、正常组织不存在比较明显的差异性，晶粒的构成情况也相同，但是晶粒的尺寸上差异比较大，出现隐约发花的组织晶粒尺寸要比正常的更大，说明出现表面发花缺陷，主要是由于晶粒的大小不同。四，经过氧化处理的铝合金表面（如图2），如果呈现出了阴阳面，即一面偏黄，另外一面偏灰，并且偏灰位置的厚度要比偏黄位置更厚。经过对比发现组织成分相同，但是晶粒的形貌上差异比较大，发黄的晶粒呈现拉长的形态，而偏灰的组织中，大部分晶粒都出现了再结晶的情况。这说明氧化膜出现阴阳面的缺陷，主要是由于结晶情况的差异性导致。五，氧化处理后发现出现了一条明显的阴影线，并且阴影线附近的氧化膜厚度情况比较均匀，不存在缺陷，通过经过与正常的组织进行对比，发现组织上也没有明显的差异性。在这种情况下，可以采用阳极覆膜的方法，将晶粒显示出来，进行仔细地观察，经过观察发现阴影线两侧的晶粒尺寸存在一定的差异，阴影线正好处于尺寸变化的位置上，这说明晶粒尺寸上的差异性，是造成出现阴影线缺陷的原因。

2 控制铝合金表面阳极氧化膜缺陷相关建议

从以上的分析中可以发现，由于铝合金自身材料导致的氧化膜缺陷问题，主要可以总结为三种，即加工质量、自身组织、晶粒异常。其中由于晶粒异常导致的缺陷，不仅在种类上比较多，同时占比也比较大，因此需要得到充分的重视。基于控制氧化质量的角度，提出了以下三点建议：一，从节约能源的角度分析，想要保证控制好缺陷问题，就需要将质量检验工作，落实在铝合金原材料采购之后、入库之前，对于所有需要入库的原材料，按照导致缺陷的原因，开展对应的检验工作，确保铝合金在组织上、结构上都能够满足实际的标准，才允许其入库等待使用，这样可以从根本上保证氧化的质量。二，对于加工质量问题以及组织不均匀的问题，使用肉眼即可观察到，对于晶粒的检测工作，需要专业器具、专业流程的处理，在检测方面存在一定的难度。因此，基于晶粒是造成缺陷的大部分原因，主要可以采用两种方式，开展晶粒的检验工作：首先，一些铝合金在经过化学浸蚀剂处理之后，能够显现出晶粒的本来样貌，但是一些铝合金需要经过阳极覆膜后，使用偏光进行观察才能够看到其特征，因此，在实际检测过程中，需要先使用第一种方式对大部分的铝合金进行检验，剩余无法检验的，再应用阳极覆膜方式进行检验。其次，通过观察如果发现晶粒出现比较明显的不均匀情况，那么就可以直接对缺陷原因进行判断，但是如果晶粒比较均匀，就需要对晶粒的尺寸进行合理规范，按照这个标准对铝合金实施质量检验。

3 结束语

对于铝合金表面阳极氧化膜来说，造成缺陷的原因有很多种，虽然其中晶粒问题可能造成的氧化膜缺陷几率比较大，但是针对加工质量、铝合金组织情况，也要给予充分的重视。以此保证能够通过准确的了解缺陷成因，制定出适当的解决措施，为提升氧化膜质量奠定良好基础。