6063铝辊表面异常腐蚀分析.pdf

第期(总第 期)年 月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o D e c 文章编号:()铝辊表面异常腐蚀分析邓番林,吴冰冰,樊申腾,张文彬,曾志卫(深圳市美信咨询有限公司,广东深圳 ;深圳市美信检测技术股份有限公司,广东深圳 )摘要:在某薄膜厂设备安装过程中发现铝辊表面存在白斑,通过宏观与微观形貌、显微组织、化学成分及模拟试验等方法对白斑形成原因进行了分析.分析结果表明:白斑形成的直接原因为轧辊表面发生点蚀,根本原因是铝辊表面阳极氧化膜封孔质量差导致抵抗腐蚀环境能力下降所致.关键词:铝辊;白斑;阳极氧化膜;封孔;腐蚀中图分类号:T G 文献标识码:A收稿日期:;修订日期:作者简介:邓番林(),男,广东清远人,助理工程师,本科,主要从事材料可靠性及其失效分析.引言铝合金材料制作的辊筒因密度低、易加工、生产方便高效等,在各类行业设备中有着较为广泛的应用.但铝合金材料也因为硬度较低,耐腐蚀性差和容易被碰伤等缺点,限制了其在不同行业的广泛应用,故需要相应地进行表面处理以获得更好的性能.硬质阳极氧化是铝合金常用的表面处理方式之一,在铝辊表面进行硬质阳极氧化处理可增加产品表面耐磨、耐腐蚀性,.然而由于阳极氧化工艺、使用环境等影响,辊筒在应用过程中常出现氧化膜破坏引起铝合金基材腐蚀现象,造成经济损失,影响铝合金的使用.某薄膜生产企业在设备安装过程中发现生产线上所有铝辊表面均存在少量白色斑点,白色斑点数量随使用时间延长而增加.为此,本文对 铝辊表面异常腐蚀进行分析.理化检验与分析铝辊基材为 铝合金,阳极氧化工艺简化流程为:铝材除油酸碱洗去自然膜阳极氧化封孔机械抛光.外观检查铝辊表面多处出现白斑,如图所示.斑点表面低倍观察可见粉末状白色物质分布,呈放射状向四周扩散,如图所示.白色斑点分布无明显规律,呈弥散分布.图铝辊宏观观察图白斑低倍放大 微观分析铝辊表面阳极氧化膜镀层上白色斑点为腐蚀点,表面可见腐蚀物覆盖,腐蚀坑内可见碎裂块状腐蚀物,腐蚀坑周围镀层呈泥纹状腐蚀物沉积,其微观形貌如图和图所示.图点蚀中心微观形貌图点蚀边缘微观形貌清洗后腐蚀坑周围镀层呈疏松剥落状,如图所示,为典型的“点蚀”形貌.腐蚀坑周边镀层可见大量微小点蚀孔洞,如图所示.对图中三个区域的组织进行能谱分析,清洗后点蚀区能谱图如图所示.由图能谱测试结果可知,腐蚀坑及腐蚀坑周边存在少量腐蚀性C l元素,铝辊表面点蚀E D S结果见表.图 清洗后点蚀中心微观形貌图 清洗后点蚀边缘微观形貌 截面分析铝辊基材腐蚀态组织未见明显组织缺陷,以相为主,如图所示.铝辊斑点截面呈漏斗形,表面镀层腐蚀坑孔径较小,腐蚀坑处阳极氧化膜被腐蚀贯穿,靠近基材内的镀层可见弧状腐蚀痕迹,铝基材也可见腐蚀疏松,均为典型的点腐蚀形貌,如图所示.成分分析取铝辊样品进行成分分析,使用电感耦合等离子体发射光谱仪与碳硫分析仪对材料进行化学成分检测,结果如表所示.铝辊成分满足G B/T 变形铝及铝合金化学成分 中 牌号要求.腐蚀模拟试验中性盐雾试验是目前应用最广泛的一种加速腐蚀试验方法,取铝辊进行中性盐雾试验(N S S).试验后铝辊阳极氧化膜表面及龟裂裂纹处均有可见的腐蚀坑分布.根据H B 及现代电镀手册可知,N S S在腐蚀加速性、再现性、模拟性等方面均弱于周期浸润腐蚀试验,然而N S S试验仅h后镀层表面腐蚀破坏斑点已不满足周期浸润腐蚀合格要求,如图 所示.图清洗后点蚀区能谱图表铝辊表面点蚀E D S结果(质量分数)元素COA lSC l区域 区域 区域 /图金相组织图点蚀截面显微组织表铝辊成分分析(质量分数)元素M nM gC uZ nS iF eC rT iA l实测值 余量标准值 余量图 铝辊模拟试验后表面观察分析与讨论铝辊宏观可见白色斑点,低倍观察白点上存在粉末状腐蚀物,腐蚀物呈粒状,白点呈弥散分布,腐蚀坑周边阳极氧化膜可见典型点蚀形貌及泥纹花样,由E D S可知腐蚀坑周围疏松镀层存在元素C l.腐蚀坑内腐蚀物疏松,基材组织无明显组织缺陷.由腐蚀模拟试验可知,铝辊试样表面阳极氧化膜耐蚀性较差,不满足周期浸润腐蚀合格要求.工艺良好的铝合金阳极氧化膜本身具有较高的耐蚀性、耐磨性和很高的硬度,在一般的酸性/中性环境下可长期存在而表面不被严重腐蚀破坏,.阳极氧化膜结构为底层薄且致密、硬度较高的阻挡层;阻挡层上面为疏松的多孔氧化膜层,多孔层几乎无法阻挡腐蚀介质的侵入,因此必须对其进行封孔处理,若封孔工序存 在 质 量 问 题 将 直 接 降 低 阳 极 氧 化 膜 的 耐 蚀性,.工艺采用沸水封孔,该工艺简单且便捷,实际操作需在 以上才能获得较好的封孔品质,且对水质要求非常高,微量杂质会毒化水化反应,导致封孔失败,另外封孔物质在氧化膜孔洞内膨胀也容易导致膜层开裂.以上原因均导致沸水封孔品质难以保证,不良封孔极易导致膜耐蚀性能较差.铝辊试样阳极氧化膜微孔封闭差,抵抗C l离子渗透的能力降低.被C l离子渗入的氧化膜可看作是比原始膜导电性强得多的离子导体,可以加速离子的运输和传递,使膜更易溶解.由于金属离子持续不断地由基材/氧化膜界面向氧化膜/溶液界面扩散,会在氧化膜和金属界面产生空位,当空位尺寸达到一定值时则氧化膜就会发生破裂,导致点蚀坑萌生.基材反应产物不断在蚀孔处积累,蚀孔内氧浓度低于孔外介质中氧浓度,因此形成氧浓差电池,进一步加速了蚀孔内金属的活性溶解,形成自催化原电池反应,即点蚀孔向四周及底部稳定地扩散腐蚀.腐蚀物密度较基材密度小,体积增加,腐蚀产物积累到一定程度后沿蚀孔向上喷出,形成宏观可见的白色斑点.结论与建议()铝辊表面产生白点的直接原因为阳极氧化膜和基材发生点蚀所致;根本原因为铝辊阳极氧化膜耐蚀性差,被C l离子污染后发生电化学腐蚀.()建议通过沸水封孔时严格控制温度,并采取优化水质、封孔前预清洗阳极氧化膜表面等举措改善封孔工艺,加强阳极氧化膜表面质量与性能检验.参考文献:王莹露,刘耀明,张久凌,等铝合金超疏水表面制备方法综述J辽宁化工,():郭鹤桐,王为铝阳极氧化的回顾与展望J材料保护,():(下转第 页)年第期邓番林,等:铝辊表面异常腐蚀分析影响清扫效果,在枚厚度间隙时,已经有部分脏污无法去除了.综合考虑选择枚厚度间隙.表不同传动速度下清扫效果传动速度清扫指标(m/m i n)(m/m i n)(m/m i n)(m/m i n)剥离尺寸(mm)去污率()剥离尺寸(mm)去污率()剥离尺寸(mm)去污率()剥离尺寸(mm)去污率()批次A 批次B 批次C 表不同辊间隙下清扫效果辊间隙清扫指标(枚厚度)(枚厚度)(枚厚度)剥离尺寸(mm)去污率()剥离尺寸(mm)去污率()剥离尺寸(mm)去污率()剥离尺寸(mm)去污率()批次A 批次B 批次C 压力调节上、下清扫辊通过气缸控制其动作,故气缸的压力会在一定程度上影响清扫效果.气缸压力调节主要依靠减压阀,一般的减压阀刻度为 MP a,可粗略调节 压 力 大 小.在 前 期 测 试 时 发 现,气 缸 压 力 在 MP a左右时,清扫效果最佳,因此更换精密减压阀,刻度为 MP a,对气缸压力进行精密调节,最终得到上清扫气缸压力 MP a、下清扫气缸压力 MP a(克服重力)时清扫效果最佳.量产数据取得上述验证工艺参数后,对企业内所有清扫机进行参数调整.调整前,工艺参数未统一,设备清扫效果数据极不稳定.调整后,所有清扫机去污率达到 以上,剥离率在 以下,考虑对剥离程度的控制(mm以下的剥离可看做是合格品),实际剥离率达到了 以下.但仍然可以看到存在着清扫造成的机损,这是由于接触式清扫造成了不可避免的损失,应当予以理解.结论调整工艺参数后,清扫机稳定运行,达到了去污率 以上,剥离率在 以下的清扫效果,提升了企业生产效率,降低了企业损失.考虑到接触清扫工艺的机损现象,后续可以考虑采用风机吸附方式,设计非接触清扫,理论上可以将剥离等现象完全消除.参考文献:石鹏飞,王建雄,胡文平,等偏光片表面缺陷智能多分选控制技术J机械工程与自动化,():董彦梅,王建花,王敏大跨度偏光片斜角裁切设备的研制J电子工艺技术,():李 想偏 光 片 自 动 分 片 工 艺 研 究 J机 械 管 理 开 发,():A n a l y s i so fF a c t o r s I n f l u e n c i n gC l e a n i n gE f f e c t o fP o l a r i z e rC l e a n e rS H IP e n g f e i,WA N GR o n g x i n,J I AJ i a n,H U W e n p i n g,S O N GJ u n y a o,MAR u i x u e(C E T CF e n g h u a I n f o r m a t i o n E q u i p m e n tC o,L t d,T a i y u a n ,C h i n a)A b s t r a c t:I nv i e wo f t h ec l e a n i n ge f f e c t o f t h ep o l a r i z e r s w e e p e r,t h e f a c t o r sa f f e c t i n gt h ec l e a n i n ge f f e c t o f t h ep o l a r i z e r c l e a n e rw a r ea n a l y z e d,a n d i t i s c o n s i d e r e d t h a t t h e c l e a n i n g r o l l e r,c l e a n i n gs p e e d,c l e a n i n gp r e s s u r e,r o l l e r c l e a r a n c e,e t c a r e i m p o r t a n t f a c t o r s T h e nt h ea b o v ei n f l u e n c i n gf a c t o r s w e r es t u d i e db yd e s i g n i n ge x p e r i m e n t,a n dt h eo p t i m a lc l e a n i n gp r o c e s sp a r a m e t e r s w e r eo b t a i n e d,a n dt h em a s sp r o d u c t i o nd a t aw i t hd e c o n t a m i n a t i o nr a t ea b o v e a n ds t r i p p i n gr a t eb e l o w w e r ef i n a l l ya c h i e v e d K e y w o r d s:p o l a r i z e r;c l e a n e r;d e c o n t a m i n a t i o nr a t e;s t r i p p i n gr a t e(上接第 页)张培,左禹,周春鹏,等染色和封孔对铝阳极氧化膜结构和耐蚀性的影响J材料保护,():淡婷,宋全,孙宏波,等铝合金阳极氧化膜表面异常典型案例分析J电镀与涂饰,():曹文琴,朱海燕,向毅铝合金材质硬质阳极氧化工艺方法的应用分析J机械设计与制造,():梁广,朱胜,王文宇,等铝合金腐蚀防护技术研究现状及发展趋势J材料导报,(增刊):丁小理,邓汝荣,高森田,等 铝合金硬质阳极氧化膜零件耐腐蚀性探讨J轻合金加工技术,():沈 品 华现 代 电 镀 手 册 M北 京:机 械 工 业 出 版 社,陈朝铁,张鹏,刘静,等 铝合金阳极氧化膜腐蚀行为研究J热加工工艺,():闫瑾,吴心元铝合金硫酸阳极氧化常见质量问题探究J电镀与精饰,():王雨顺,丁毅,马立群铝及铝合金阳极氧化膜的封孔工艺研究进展J表面技术,():麻彦龙,赵旭晗,杨炳元,等铝合金阳极氧化膜封闭技术发展趋势J重庆理工大学学报(自然科学),():张策,张德忠,潘学著,等铝及铝合金阳极氧化膜封孔技术机理、应用及研究进展J电镀与涂饰,():叶超 不锈钢点蚀行为的电化学研究D南昌:南昌航空的大学,:A n a l y s i so fA b n o r m a lC o r r o s i o no nS u r f a c eo f A l u m i n u mR o l l e rD E N GP a n l i n,WUB i n g b i n g,F A NS h e n t e n g,Z H A N G W e n b i n,Z E N GZ h i w e i(M e i x i nC o n s u l t i n gC o,L t d,S h e n z h e n ,C h i n a;M e i x i nT e s t i n gT e c h n o l o g yC o,L t d,S h e n z h e n ,C h i n a)A b s t r a c t:D u r i n gt h ee q u i p m e n t i n s t a l l a t i o np r o c e s so f a f i l mf a c t o r y,i tw a s f o u n dt h a t t h e r ew e r ew h i t es p o t so nt h es u r f a c eo f t h ea l u m i n u mr o l l e r,a n d t h e c a u s e so f t h ew h i t e s p o t sw e r e a n a l y z e d t h r o u g hm a c r o s c o p i c a n dm i c r o s c o p i cm o r p h o l o g y,m i c r o s t r u c t u r e,c h e m i c a l c o m p o s i t i o n,a n ds i m u l a t i o nt e s t s T h ea n a l y s i sr e s u l t ss h o w s t h a t t h ed i r e c t c a u s eo f t h ew h i t es p o t so nt h e s u r f a c eo f t h ea l u m i n u mr o l l e r i sp i t t i n gc o r r o s i o n,a n d t h e f u n d a m e n t a l r e a s o n i s t h a t t h ep o o r s e a l i n gq u a l i t yo f t h e a n o d i z e d f i l mo n t h e s u r f a c eo ft h ea l u m i n u mr o l l e r r e d u c e s t h ea b i l i t yt or e s i s t t h ec o r r o s i v ee n v i r o n m e n t K e y w o r d s:a l u m i n u mr o l l e r;w h i t es p o t s;a n o d i z e df i l m;s e a l i n gh o l e;c o r r o s i o n机 械 工 程 与 自 动 化 年第期