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1、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目录一、文献中关于氧化膜缺陷的论述一、文献中关于氧化膜缺陷的论述二、几种氧化铝的典型特征二、几种氧化铝的典型特征三、模拟熔体氧化膜形貌三、模拟熔体氧化膜形貌四、典型的氧化膜、夹杂缺陷四、典型的氧化膜、夹杂缺陷五、异物压入五、异物压入六、氧化膜夹杂对市场的影响六、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一、文献中关于氧化膜缺陷的论述n铝合金半成品的组织与性能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非金属夹杂引
2、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。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成暗带(图图87，a)。图图87暴露在板材表面上的夹杂暴露在板材表面上的夹杂a-暗带暗带 b-起皮起皮 2内部缺陷：分层、氧化膜、夹杂内部缺陷：分层、氧化膜、夹杂分布在接近于铸锭厚度
3、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）。图图89 AMr6合金板材的分层合金板材的分层 图图88 硬铝板材分层区的显微组织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该分层是由于存在熔渣引起的) 200n铝箔：其典型质量问题及产生原因铝箔：其典型质量问题及产生原因Ozgul Keles，MuratDundar。Journalof MaterialsProcessingTechnology 186 (2007) 125137。图图5 AA120
4、0合金合金12m箔由氧化铝夹杂引起的针孔箔由氧化铝夹杂引起的针孔图图4 由氧化镁夹杂引起的针孔由氧化镁夹杂引起的针孔图图7 由金属压入引起的针孔。由金属压入引起的针孔。图图9 由划伤引起的针孔由划伤引起的针孔图图10 印痕印痕n“铝压铸件中的硬质点及非金属夹杂物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(Al O xSiO2 ) ，并有少量的MgAl2O4 (即MgOAl2O3 )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
5、孔状的Al2O3 (见图1 a 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铝及铝合金表面缺陷分类日本轻金属学会研究委员会，日本轻金属学会研究委员会，1980，8夹杂特征：板材、卷材的表夹杂特征：板材、卷材的表面暴
6、露夹杂物或因夹杂物引面暴露夹杂物或因夹杂物引起裂纹，观察裂开处的表面起裂纹，观察裂开处的表面可以发现夹杂物的存在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两面出现。铝屑掉入时，随着压延的进行可能成为“起皮起皮”状。状。“Die Casting Defects:Identifying the Causes & Determining the Solutions” DIE CASTING ENGINEER， 1 January 2008压铸件缺陷：原因分析和解决措施
7、，压铸工程师，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压铸铝合金中的缺陷a氧化膜氧化膜 b刚玉刚玉c 难熔夹杂物难熔夹杂物 d化合物偏析化合物偏析压铸铝合金中夹杂物缺陷的种类及其特征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二、几种氧化铝的典型特征1.刚玉（刚玉（Al2O3晶体）压入晶体）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落，如果清洗不干净，会随着乳液附着在轧辊表面，在轧制过
8、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。结构。样品：西南铝样品：西南铝3104罐体料罐体料颗粒物与外界为完全开放颗粒物与外界为完全开放状态，由于颗粒硬度远高状态，由于颗粒硬度远高于金属，致使其附近金属于金属，致使其附近金属变形流线发生随动变化。变形流线发生随动变化。元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比O K59.2371.01Na K0.270.22Al K40.2928.64P K0.210.13总量总量100.002 陶瓷过滤板碎渣陶瓷过滤板碎渣陶瓷过滤板经过高温烧结，陶瓷
9、过滤板经过高温烧结，硬度高但多孔硬度高但多孔样品：西南铝样品：西南铝3104板锭板锭成品带材成品带材破碎颗粒沿轧向分布，造成局部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外，其余小尺寸颗粒被金属完全封闭，是由熔体中带来。封闭，是由熔体中带来。经过经过5%NaOH溶液浸蚀溶液浸蚀硬度高划伤轧辊硬度高划伤轧辊ElementWeight%Atomic% O K49.4562.21Mg K0.990.82Al K49.5636.97Totals100.00碎片能谱分析结果碎片能
10、谱分析结果ElementWeight%Atomic% C K0.050.21Al K0.601.22Si K0.390.76Cr K4.464.71Fe K94.5193.10Totals100.00从轧辊上刨下的铁性金属从轧辊上刨下的铁性金属ElementWeight%Atomic% O K51.1463.45Mg K7.386.03Al K41.4830.52Totals100.00从陶瓷过滤板上取下的碎渣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成分、形貌与前述陶瓷碎片一致3 熔体氧化膜熔体氧化膜样品：西南铝样品：西南铝3104板锭成品带材。板锭成品带材。与刚玉、陶瓷比，是与刚
11、玉、陶瓷比，是Al2O3MgO（尖晶石）混合体，硬度低、疏松易碎，（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在轧制金属厚度减薄ElementWeight%Atomic% O K49.6462.18Mg K5.404.45Al K44.6033.13P K0.360.23Totals100.00元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K0.060.13O K2.704.50Mg K1.191.31Al K93.9092.87Si K0.320.
12、30Mn K1.190.58Fe K0.650.31总量量100.00采用低加速电压（采用低加速电压（10kV），可以），可以反映出铝板表面的自然氧化现象，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。资料介绍一般自然氧化膜极薄。资料介绍一般仅为数十到一百余埃。仅为数十到一百余埃。样品：样品：3104板材。板材。三、模拟熔体氧化膜形貌三、模拟熔体氧化膜形貌为明确熔体氧化膜的典型特征，取为明确熔体氧化膜的典型特征，取3104和和1050合金在实验室重熔，观察表面氧化膜。合金在实验室重熔
13、，观察表面氧化膜。3104合金重熔样品合金重熔样品氧化膜氧化膜5%NaOH溶液浸蚀后溶液浸蚀后局部放大图像局部放大图像元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K0.020.03O K46.3358.59Mg K14.4512.03Al K37.9728.47Si K0.980.71P K0.250.17总量总量100.003104合金合金1050重熔样品重熔样品氧化膜氧化膜5%NaOH溶液浸蚀后溶液浸蚀后元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K0.180.36O K16.1324.44Mg K0.620.62Al K82.2473.90Si K0.640.55Ca
14、 K0.200.12总量总量100.001050合金合金四、典型的氧化膜、夹杂缺陷四、典型的氧化膜、夹杂缺陷西南铝西南铝5182罐盖罐盖 缺陷宏观形貌缺陷宏观形貌 20X ElementWeight%Atomic%O K35.7647.91Mg K12.9811.44Al K50.9740.49P K0.130.09Mn K0.160.06Totals100.00 西南铝5052罐盖 元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比O K42.4954.81Mg K14.3012.14Al K43.2133.05总量量100.00样品：西南铝样品：西南铝2D70锻件锻件样品品编号号重量百分比
15、（重量百分比（%）OMg Al9#48.2016.1735.63样品：西南铝样品：西南铝7A52厚板厚板样品：样品：0.24mm5052罐盖料罐盖料ElementWeight%Atomic%O K29.8641.66Mg K7.887.23Al K60.2949.88Si K0.290.23P K1.010.72Fe K0.680.27Totals100.00裂裂纹裂裂纹 样品：西南铝样品：西南铝5182罐盖料，表面可见横向小裂口罐盖料，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样品截面及能谱谱图 元素元素重量重量原子原子 百分
16、比百分比百分比百分比O K32.8144.69Mg K12.4311.14Al K54.3143.86P K0.450.31总量量100.00样品：西南铝样品：西南铝5182罐盖料，罐盖料，横截面横截面5182罐盖及板材罐盖及板材 3104罐体针孔罐体针孔3104罐体针孔截面形貌罐体针孔截面形貌元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K0.541.02O K27.0938.08Mg K12.0711.17Al K58.4248.69Si K0.340.27P K0.440.32Mn K0.710.29Fe K0.370.15总量量100.00罐体针孔能谱分析结果罐体针孔能谱分析结
17、果（1）元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K0.280.54O K19.2628.24Mg K12.9512.50Al K67.5158.71总量量100.00罐体针孔能谱分析结果罐体针孔能谱分析结果（2）3104罐体料破杯罐体料破杯3104罐体料断罐样品罐体料断罐样品元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K0.110.19O K52.5264.62Mg K10.218.27Al K35.0825.59Si K0.240.17P K1.841.17总量量100.00引起断罐的缺陷能引起断罐的缺陷能谱分析结果（谱分析结果（1）元素元素重量重量原子原子 百分比百
18、分比百分比百分比C K0.781.33O K43.5555.72Mg K10.028.44Al K44.2333.55Si K0.310.23P K1.110.73总量量100.00引起断罐的缺陷能引起断罐的缺陷能谱分析结果（谱分析结果（2）夹杂物引起夹杂物引起1235合金铝合金铝箔串孔缺陷箔串孔缺陷五、异物压入五、异物压入 样品部位品部位元素含量（元素含量（%）SiFeCuMnMgNiZnTi压入入0.240.480.200.921.230.010.010.02正常正常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罐体料热轧过程中的大
19、面积金属压入由裂边引起的热轧板材边部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，冷轧时，3104合金板材表面单点状压入，压入物已脱落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由于轧制油油污引起的双合箔针孔缺陷合箔针孔缺陷PS板表面的非板表面的非金属压入金属压入夹杂的形貌及存在状态与夹杂的形貌及存在状态与压入有明显区别：轮廓与压入有明显区别：轮廓与周边金属处于同一平面，周边金属处于同一平面，夹杂物清晰可见，表皮金夹杂物清晰可见，表皮金属撕裂特征明显，缺陷部属撕裂特征明显，缺陷部位无因异物翻滚造成的划位无因异物翻滚造成的划痕和坡道、金属堆积。痕和坡道、金属堆积。PS
20、板夹杂缺陷板夹杂缺陷六、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：主要有以下几个类型：铝氧化膜夹杂铝氧化膜夹杂金属紊
21、流造成金属紊流造成 氧化铝颗粒夹杂氧化铝颗粒夹杂原材料质量差，金属翻滚原材料质量差，金属翻滚 尖晶石（尖晶石（MgOAl2O3）加镁时操作不当，熔体暴露加镁时操作不当，熔体暴露于高温状态下（如火焰直接喷射到熔体表面）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夹杂晶粒细化剂质量低劣，使用过量或晶粒细化剂质量低劣，使用过量或不当不当 熔剂夹杂熔剂夹杂精炼剂质量差，原材料带入精炼剂质量差，原材料带入 氧化物夹杂主要产生于以下几个环节：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，更换在线过滤：有效过滤面积小，过滤效率低，更换不及时不及时流槽：未采用整体流槽，易引起熔体紊流流槽：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，液面波动大铸造系统：自动化控制程度低，液面波动大谢谢！谢谢！
