5252铝合金板材不同厚度上阳极氧化性能研究.pdf

DOI:10.023.07.004二技术轻合金加工Vol.51,No7LIGHT ALLOY FABRICATION TECHNOLOGY185252铝合金板材不同厚度上阳极氧化性能研究陈清，高崇，冉继龙，邱秀娇（中铝瑞闽股份有限公司，福建福州350 0 15）摘要：采用背散射电子衍射（EBSD）技术研究了轧制52 52 铝合金板材由表层到中心层的显微组织和织构分布情况，建立了Cube织构面积占比和阳极化表面质量之间的关系。初步探索了晶粒尺寸和织构对阳极氧化的影响。研究结果表明，52 52 铝合金板材阳极表面质量与Cube织构面积占比密切相关。52 52 铝合金板材由表层到中心层Cube织构面积占比逐渐减少，阳极氧化性能逐渐降低。关键词：52 52 铝合金；阳极氧化；织构中图分类号：TG146.21;TG153.6文献标识码：A文章编号：10 0 7-7 2 35(2 0 2 3)0 7-0 0 18-0 4Study on anodizing properties of 5252 aluminum alloy rolledsheet with different thicknessesCHEN Qing,GAO Chong,RAN Jilong,QIU Xiujiao(CHALCO Ruimin Co.,Ltd.,Fuzhou 350015,China)Abstract:The microstructure and texture distribution of rolled 5252 aluminum alloy sheetfrom the surface layer to the center layer was studied by means of electron back scatteringdiffraction(EBSD).The relationship between the proportion of cube texture area and theanodized surface quality has been established.Preliminary exploration was conducted on theeffects of grain size and texture on anodic oxidation.The research results indicate that theanode surface quality of the 5252 aluminum alloy sheet is closely related to the proportion ofCube texture area.The proportion of Cube texture area from the surface layer to the centerlayer of 5252 aluminum alloy sheet gradually decreases,and the anodic oxidation performance gradually decreases.Key words:5252 aluminum alloy;anodic oxidation;texture5252铝合金属于热处理不可强化的铝合金，具有中等强度，易加工，焊接性能好，化学抛光效果好，经过阳极氧化处理后合金有良好的耐磨和耐蚀性能，并且着色后外观可以呈现多种颜色。铝合金在阳极氧化处理后，表面氧化膜存在异色现象，异色区域沿铝合金加工方向呈条带状分布，宽度0.0 5mm5mm，长度几毫米到十几毫米不等。铝材表面进行着色处理后有放大色差作用，使色差更加显著，严重影响其在电子行业领域的应用。目前国内鲜有关于织构对52 52 铝合金阳极氧化性能的研究。本试验结合52 52 铝合金的轧制生产工艺，对其表层到中心层阳极氧化效果进行研究，并探讨晶粒与织构对阳极氧化性能影响规律。收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 0第一作者简介：陈清（198 4），男，福建上杭人，工程师。二技术Vol51,No7一LIGHT ALLOY FABRICATION TECHNOLOGY19试验材料与方案1.1试验材料试验材料为52 52 铝合金板材，其化学成分见表1。采用DC（直接冷却）铸造法获得厚6 50 mm、宽12 50 mm的大尺寸规格铸锭，将铸锭的表层铣削20mm，然后进行48 0 10 h的均热处理，热轧至6.5mm厚的板材，热终轧温度为32 0，将热轧板按照总压下率6 9.2 3%冷轧至2.0 mm厚，冷轧后进行230未完全再结晶退火处理。表155252铝合金的化学成分（质量分数/%）Table 1 Chemical compositions of 5252 aluminumalloy(wt/%)SiFeCuMnMgCrZnTiAI0.030.050.060.01 2.410.010.010.01余量1.2试验方案将2.0 mm厚的板材试样沿着厚度方向单侧从表层到中心层依次减薄：减薄量分别为1#试样0.11mm、2#试样0.16 mm、3#试样0.37 mm、4#试样0.46mm、5#试样0.93mm，以上5个试样分别使用15%的Na0H溶液与2 0%的HNO，溶液中浸泡。阳极氧化工艺：硫酸电解液浓度为18%，温度2 0，电流密度1.4A/dm，恒电流控制，阳极氧化30 min。在D65光源下，观察阳极氧化处理试样表面异色情况，确定试样阳极氧化处理效果将上述5个试样都切成7 mm7mm规格，按照以下步骤制成可供EBSD分析的试样：1）将试样进行镶嵌（镶嵌采用的压克力粉与硬化剂按质量比2:1配比后固化）；2）将试样在自动磨抛机上进行粗抛与精抛（粗抛光时可选用3m粒度的微粉；精抛光时选用0.2 m粒度的微粉）：3）将试样放入有酒精的烧杯中，放人KH3200V型超声波清洗器中进行超声波清洗4min;4）电解抛光（使用H,SO4溶液浓度18%的电解液，抛光电压2 0 V，电流1.0 A，抛光时间30 s）。采用配备了EBSD探头的JSM7800F型场发射电镜上放大10 0 倍完成晶粒与织构测试，并通过HKLChannel 5软件包对试验数据进行分析。考虑到对称性，只对上表层到中心层进行织构测试和组织观察。2结果与分析2.1阳极氧化质量表2 为不同减薄量的阳极氧化效果。通过表2可看出，从表层到中心层，经过阳极氧化后，对应的阳极氧化效果随减薄量增加而降低，即阳极氧化效果从表层合格（无异色条纹）向中层不合格（异色条纹多）转化。阳极氧化效果与晶粒取向存在一定关系。表2 55252铝合金不同减薄厚度阳极氧化效果Table 2 Anodic oxidation effect of 5252 aluminumalloy with different reduced thicknesses试样减薄厚阳极氧阳极氧化效果判断编号度/mm化等级1#0.11A（合格）铝材表面几乎没有异色条纹2#0.16A（合格）铝材表面几乎没有异色条纹3#0.37B(合格）铝材表面少量的异色条纹铝材表面异色条纹较多，存在一4#0.46C(不合格）定的差异5#0.93D(不合格)铝材表面异色条纹多，差异大2.2晶粒组织分析铝合金材料在塑性变形的过程中的微观组织结构的演变主要包括位错的变化、微区晶体学取向的变化和微区织构的形成等，铝合金材料在冷轧时轧制变形区沿断面高度金属变形是不均匀的。使得板带材表层的变形剧烈，变形程度大，中心层相对表层变形较弱2 。采用HKLChannel5软件包对试验数据进行分析，图1给出52 52 铝合金不同减薄厚度晶粒结构。由图1可以看出，随着减薄量增加，表面层到中心层附近的晶粒尺寸呈增大趋势（表层晶粒呈近轴状，晶粒更细小；中心层附近晶粒沿轧制方向拉长，非等轴晶比例较高）。这主要是因为在轧制52 52铝合金板材时表面变形程度高于中心层，较高的储存能使铝合金在低温（低于再结晶温度）时发生回复，在非等轴晶粒周围形成细小的亚晶。2.3织构分析表3为52 52 铝合金试样的织构统计结果。由表3、图2 可以看出，52 52 合金织构包括：轧制织构组分Brass织构(0 11）、Copper织构(112与S织构(12 3 织构；过渡织构组分Goss织构10 11 织构；因再结晶退火形成再结晶Cube织构10 0 1！和R织构(124；少部分Q织构10 13）织构和P织构/0 11 等。2.4织构与阳极氧化质量的关系K.KAT31研究了单晶中的晶粒取向对铝阳极氧化膜的影响，认为不同的晶面对光的反射率存在差二技术轻合金加工Vol51,No7LIGHT ALLOY FABRICATION TECHNOLOGY20a-1#试样b-2#试样c-3#试样d-4#试样e-5#试样图152 52 铝合金不同减薄厚度晶粒结构Fig.1 Grain structures of 5252 aluminum alloy with different reduced thicknesses表352 52 铝合金不同减薄厚度的织构面积占比（%）Table 3 Texture area proportion of 5252 alloy with different reduced thicknesses(%)copper蓝S紫Brass 黄Goss 绿Cuber鲜红R暗红ND45Cuber 青P灰Q黑样件编号(112)(123/(011/1011/(001)(124)(001)(011/122(013/1#23.917.98.625.298.1317.800.440.662#13.521.710.86.338.6118.700.790.8623#9.3314.815.55.697.9815.400.1670.4884#6.915.711.36.215.0526.200.830.5365#17.21323.46.334.2816.400.1860.533a-1#试样b-2#试样c-3#试样ZO111001101d-4#试样e-5#试样f-取向图标图2 52 52 铝合金不同减薄厚度织构组成Fig.2 Texture composition of 5252 aluminum alloy with different reduced thicknesses异，即（0 0 1）晶面上的氧化膜比其他晶面上的氧化膜的反射率高。其次，GBeck41在研究孔的取向过程中提出晶粒的取向不同会造成孔排列有序度不同，而10 0 1晶面上的氧化膜孔有序度最高，阳极氧化膜在阻挡层上开始形成多孔层，由于晶面凹凸不平和晶粒取向差异的原因，大量的孔不能垂直于铝基体界面生长，造成多孔层中孔的有序度降低和不均匀分布。当阳极化铝材表面被光源照射时，氧化膜层轻合金加二技术2Vol51,No7LIGHT ALLOY FABRICATION TECHNOLOGY21中的差异导致表面出现异色现象。本试验研究对象为52 52 多晶铝合金，Cuber织构（0 0 1）是对阳极氧化膜影响最大的织构，因为阳极氧化膜在(001）面取向的晶粒上生长速度要比（0 11）面和(111）面上快，造成氧化膜厚度不均匀和反射率的差异。由表3可以看到，在铝材表层，Cube织构面积占比大于8.0%，阳极氧化后表面质量合格；而在铝材中心区层，Cube织构面积占比小于8%，阳极氧化后表面质量不合格。综上所述，由表层到中心层，Cube织构面积占比逐渐降低，同时阳极氧化性能逐渐变差（表2）。这主要是因为Cube织构面积占比减少，导致局部区域反射率下降，宏观上表现为异色现象。后续试验可考虑增加单道次变形量，或者提高再结晶温度等方法，使铝材中心层再结晶充分，提高Cube织构的面积占比。3结论1)5252铝合金板材表面层到中心层附近的晶粒尺寸呈增大趋势。2)5252铝合金板材阳极氧化表面质量与Cube织构面积占比密切相关。当Cube织构面积占比大于8.0%时，阳极氧化后表面质量合格；而当Cube织构面积占比小于8%时，阳极氧化后表面质量不合格。3)5252铝合金板材由表层到中心层Cube织构面积占比逐渐减少，52 52 铝合金板材的阳极氧化性能不断降低。参考文献：1田玉明，徐明霞，鄂磊，刘祥志氧化铝多孔膜的制备及其应用研究新进展J化工进展，2 0 0 5（8）：849-853.2王祝堂.铝板带轧制原理基础6 A.2013年全国铝加工技术及应用交流会论文集C.2013：6 8.3K.KATO.Influence of substrate orientation on anodic films of aluminiumJ.Surface Technology,1978(6):447-453.4BECK G.BRETZLER R.Regularity of nanopores in anodic alumina formed on orientated aluminium single-crystalsJ.Journal of Japan Institute of Light Metals,2008,58(8):375-380.南山2 0 0 kt/a高端铝板带项目2 0 2 5年前期投产据称，山东南山铝业股份有限公司投资17.9亿元建设的C919飞机和新能源汽车ABS薄板项目于2 0 2 3年2 月开工建设，总投资17.9亿元，建筑面积4.43万m，有冷轧机、退火线等主要设备30 台（套），建设周期2023年2 月至2 0 2 4年12 月，2 0 2 5年前期投产。达产后可产高端薄铝板带（2 0 0 kt/a飞机蒙皮板和汽车ABS）2 0 0 k t/a，实现销售收入52 亿元，利税5亿以上，新增就业38 8 人。(王祝堂）