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壓鑄鋁加工

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ADC12 鋁合金表面黑斑是如何形成的又該如何預防!

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ADC12 鋁合金表面黑斑是如何形成的又該如何預防!

發布日期:2019-06-04 作者: 點擊:

      鋁合金質量較輕,具有良好的導熱性和抗腐蝕性,符合汽車輕量化、節能減排的要求,因此,采用鑄造鋁合金制造汽車變速器殼蓋件是發展的趨勢。然而,鋁合金工件易發生各類表面缺陷,主要體現為黑斑缺陷。有文獻分析了5A02鋁合金法蘭盤鍛件表面的黑斑缺陷,確定其成因為有機介質污染;發現在7A04鋁合金產品上產生黑斑缺陷,其成因包括腐蝕物質腐蝕及有機物污染。這些表面缺陷影響產品的外觀和合格率,并對企業及產品形象造成不良影響。

      某變速箱生產企業擁有汽車變速器殼蓋件壓鑄及機加工生產線,所用的變速器及離合器殼蓋件材質為ADC12鑄造鋁合金。然而,在壓鑄鋁合金殼蓋件的加工及存放過程中,容易發生表面黑斑缺陷。

      本文作者根據該鋁合金工件加工現場實際生產情況及存放條件,結合掃描電鏡等分析手段,對不同類型黑斑缺陷處的表面形貌和成分進行了分析,討論了生產工藝流程各環節對黑斑缺陷的影響機制,并以此為基礎提出了針對性的工藝優化措施,以達到減少黑斑缺陷、改善產品質量的目的。

1 、初步分析

      該ADC12壓鑄鋁合金殼蓋件在加工及存放過程中產生的黑斑缺陷形貌主要分為兩類,二者的宏觀形貌見圖1。由圖1可見,缺陷類型一為連續片狀黑斑,顏色顯著深于正常區域; 缺陷類型二宏觀形貌為白色或灰色粉末狀粘附,粘附擦除后呈現點狀分布的黑斑。該鋁合金殼蓋件的主要生產工藝流程為: 壓鑄→拋丸→機加工→清洗→干燥→存放。 兩類黑斑缺陷的主要產生工序及其他情況對比見表1。

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2 、顯微組織觀察及能譜分析

      兩類黑斑缺陷均發生在鋁合金件的非加工表面上,分別取正常無缺陷非加工表面、缺陷類型一、缺陷類型二的典型樣塊,在石油醚中超聲清洗后,使用場發射掃描電子顯微鏡對黑斑部位的形貌進行觀測,三者的顯微組織如圖2所示。

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      根據圖2可以看出,鋁合金工件正常非加工表面由于經過拋丸處理,在鋼丸拋擊作用下,表面較為致密,但存在許多鋼丸拋擊而產生的凹坑,整體形貌不平滑。在較高倍率下發現,正常表面處分布著片狀或顆粒狀碎屑。缺陷類型一的顯微組織形貌與正常表面無明顯區別,保留了拋丸工藝造成的凹坑及碎屑。缺陷類型二的白色粘附的顯微形貌呈顆粒狀碎屑,將白色粘附物擦拭并超聲清洗后,其基底的顯微形貌與正常表面存在顯著區別,呈現小尺寸的多孔網狀結構。分別對正常及缺陷表面各特征區域進行EDS能譜分析,分析結果如圖3所示。


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     由EDS檢測結果可以看到,正常表面基體處主要成分為ADC12鋁合金的原有成分,此外,還含有一定量的C、O元素,可能來源于工件在加工過程中所接觸到的有機工業介質污染、輕微氧化等,而正常表面碎屑的成分則完全異于基體處,主要元素成分為Fe,且存在較高含量的Cr,可以推測在拋丸過程中產生了難以去除的鋼丸碎屑粘附。      

      缺陷類型一的基體處及碎屑處與正常表面相比均含有更高含量的C、O元素,受有機工業介質污染更嚴重,此外,缺陷類型一的基體處Si元素含量顯著增大。

      由于缺陷類型一主要產生于壓鑄工序后,綜合其微觀表面形貌,可推測其成因為壓鑄過程中產生的有機物粘附,壓鑄過程中工件所接觸的工業介質為脫模劑,經調研,該產品壓鑄使用的鋁件脫模劑主要成分為硅油,結合缺陷類型一表面基體處的高硅含量,可進一步推斷缺陷類型一的成因為壓鑄過程中發生的含硅脫模劑積聚粘附并氧化變色。

      缺陷類型二的白色粘附物處元素組成的主要特點為O元素含量高,推測該白色粘附物主要成分為Al 的氧化物或氫氧化物。將白色粘附物去除后缺陷類型二基體處呈現小尺寸的多孔網狀結構,其O元素含量也較高,且缺陷類型二的基體處不再存在鋼屑粘附,但測試區 Fe 元素含量升高,推測該區域原粘附于表面的鋼屑在存放過程中與基體發生了原電池腐蝕,二者共同發生了氧化反應,使鋼屑以鐵的氧化物形式分布于基體表面,而鋁合金基體發生了孔狀腐蝕,并隨著時間的推移日趨嚴重,生成白色或灰色的腐蝕產物浮于工件表面。

      綜上所述,造成缺陷類型一、二的主要原因為:

1) 壓鑄過程中含硅脫模劑不均勻富集產生積聚粘附,并發生氧化變色產生硅斑;

2) 拋丸后工件表面粘附了許多鋼丸碎屑,在潮濕環境中與鋁基體發生原電池反應,加劇鋁合金基體腐蝕;

3) 鋼丸拋擊造成拋擊坑,容易積聚加工介質,不利于工件干燥,使工件表面更容易發生氧化腐蝕;

4) 生產存放工藝不合理,未充分考慮預防腐蝕。

3、 預防黑斑缺陷的措施

      針對該企業上述現場鋁合金殼蓋件發生的不同類型黑斑缺陷的特點及成因分析,結合實際情況,從鋁件生產的各個工藝流程出發提出預防此類黑斑缺陷的主要措施。

3.1 壓鑄工藝

       經過實驗分析,現場使用的脫模劑產品對鋁緩蝕作用差,會對鋁件表面造成嚴重腐蝕。且在壓鑄及脫模過程中,含硅脫模劑壓入粘附在鋁件表面,容易產生大面積有機物黑斑。

       通過對市場了解及產品性能分析,換用對鋁有較好緩蝕作用的無硅脫模劑,減輕脫模劑對鋁件造成的腐蝕,同時優化壓鑄工藝,改善脫模劑的積聚現象。

3.2 拋丸工藝

       拋丸處理可使表面變得致密,增大表面強度與耐磨性,改善壓鑄件表面存在微孔的情況。但拋丸處理后鋁件表面粗糙度顯著變大,造成后期加工、清洗過程中容易產生加工液、清洗液的殘留,且在存放過程中不利于鋁件干燥。此外,拋丸處理使鋁件表面粘附大量鋼屑,形成雙金屬原電池,加劇了鋁件的腐蝕。建議改變拋丸砂材質,避免雙金屬腐蝕。

3.3 機加工

      加工液是加工過程中鋁件接觸的主要工業介質,且在清洗不足的情況下可能長期殘留在工件表面,加工液的pH值過高和緩蝕性能不足,都會造成鋁件腐蝕。此外,現場加工液中含有鋁粉鋁屑、鐵屑、雜油、細菌真菌等可能引起加工液失效變質、影響加工液緩蝕性能的雜質,為鋁件的腐蝕霉變創造了條件,加速腐蝕斑、霉斑的產生。應使用pH值適中、對鋁緩蝕性能好、生物穩定性好的加工液,并做好加工液的現場維護,形成系統的實時維護方案,控制其pH值及加工液濃度在一定范圍內,控制雜質含量、菌落數、硬度等。

3.4 清洗及干燥過程

      若使用水或對鋁緩蝕性能不足的清洗劑清洗工件,且后期干燥不完全,則在存放過程中,易形成腐蝕霉變的隱患。應使用具有優良緩蝕作用的清洗液,清洗后完全干燥,防止液體殘留。

3.5 存放過程

      壓鑄、加工、存放應分區進行,防止粉塵、液體工業介質等對工件存放環境造成污染; 避免室外存放。此外,應做好鋁件存放過程的防潮保護,梅雨、霜降等易腐蝕季節定期進行檢查維護。

4、 結束語

      分析了ADC12鋁合金殼蓋件兩類表面黑斑缺陷的產生機制,并針對該鋁合金殼蓋件加工工藝中壓鑄、加工、存放、管理等環節的特點,結合實際生產經驗,提出了防止兩類黑斑缺陷產生的主要控制措施。采取以上措施后,兩類黑斑缺陷的發生率大大降低,對該鋁合金殼蓋件產品的質量提升和成本控制起到了重要作用。


本文網址:http://cheddarpie.com/news/444.html

關鍵詞:ADC12,鋁壓鑄,壓鑄鋁

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