6063 Cacat Oksidasi Paduan Aluminium: Alasan & Solusi

1. Pernyataan Masalah

Dalam produksi aktual, profil ekstrusi paduan aluminium T5 state 6063 dengan laju pemrosesan tinggi (ε>95%) dan dinding tipis (δ≤1.5mm) menunjukkan distribusi bintik putih yang teratur (dan terkadang tidak teratur) pada permukaannya setelah anodisasi asam sulfat.

Pada kasus yang parah, noda gelap-"bintik putih"-muncul.

Distribusi dan karakteristik "bintik putih" adalah sebagai berikut: ini adalah jenis cacat permukaan yang muncul pada interval yang kurang-lebih sama, dalam bentuk segiempat yang sejajar atau pipih, atau bentuk titik bintang yang tidak beraturan (serpihan), pada bidang yang paralel dengan arah ekstrusi, dengan kedalaman kecil yang membentuk alur, relatif terhadap permukaan dasar.

Bintik putih biasanya terdistribusi pada satu atau beberapa permukaan profil, dan terkadang terdistribusi pada semua permukaan (untuk profil berongga berdinding tipis, bintik putih terdistribusi pada kedua sisi bidang tertentu atau permukaan lengkung).

2. Analisis Penyebab

Diamati di tempat, bahwa "bintik putih" terbentuk selama proses "etsa alkali", dan tidak menghilang setelah "netralisasi" asam nitrat encer (atau asam sulfat) berikutnya. Setelah anodisasi asam sulfat, bintik-bintik ini bahkan tampak lebih jelas.

Penulis secara khusus memotong dua sampel "bintik putih" dengan area yang lebih besar (F = 30-40mm2) dari pencucian terukir alkali (larutan mengandung ω (Zn2＋) ≥5×106). Kemudian, spektrometer pembacaan langsung percikan emisi atom DV-5 digunakan untuk menganalisis secara kuantitatif komponen area "bintik putih" dari kedua sampel. Hasilnya adalah sebagai berikut (semua data dalam tabel adalah fraksi massa):

Dari hasil analisis Tabel 1, terlihat bahwa kandungan unsur Si, Mg, dan Zn pada "bintik putih" mengalami peningkatan yang signifikan. Namun, hasil dari Tabel 2 menunjukkan bahwa kandungan unsur Si dan Zn pada "bintik putih" mengalami peningkatan yang signifikan, sedangkan kandungan unsur Mg mengalami penurunan.

Dari perspektif bahan logam korosi, cacat permukaan Mg2Si ini pada dasarnya adalah hasil dari "korosi pengelupasan" dari bahan paduan aluminium 6063.

Korosi pengelupasan adalah jenis korosi selektif dangkal di mana korosi terjadi di sepanjang permukaan logam, dan volume produknya sering kali jauh lebih besar daripada logam yang terkorosi, sehingga mengembang.

Secara umum, ketika aluminium berdekatan dengan logam yang berbeda dengan sifat katodik, "korosi pengelupasan" meningkat. Pengamatan di bawah mikroskop elektron menemukan bahwa "korosi pengelupasan" biasanya terjadi di sepanjang konstituen yang tidak larut (seperti Si, Mg2Si, dll.) atau di sepanjang batas butir.

2.1 Dampak Kualitas Ingot

Komposisi fase utama dari 6063 paduan aluminium termasuk larutan padat α (Al), Si bebas (fase anoda), dan FeAl3 (fase anoda). Ketika kandungan besi tinggi, β (FeSiAl) (fase anoda) hadir; ketika kandungan besi rendah, α (FeSiAl) (fase katoda) hadir. Fasa pengotor lain yang mungkin ada termasuk MgZn2, CuAl2, dll.

Selama produksi, ingot paduan aluminium 6063 sering mengalami pemisahan makro atau pemisahan intra-kristal karena proses kristalisasi non-kesetimbangan. Akibatnya, unsur-unsur seperti Si, Mg, Zn, dan Cu terdistribusi secara tidak merata di dalam ingot.

Beberapa perusahaan pengolahan profil aluminium, seringkali karena alasan ekonomi, jarang melakukan homogenisasi anil pada ingot berukuran kecil (misalnya, kurang dari φ100mm) untuk menghilangkan fenomena segregasi, sehingga membuka jalan bagi terciptanya "bintik-bintik putih".

2.2 Dampak Proses Perlakuan Panas Ekstrusi

Untuk meningkatkan efisiensi produksi, ekstrusi kecepatan tinggi suhu rendah umumnya diadopsi dalam operasi produksi. "Efek termal" yang disebabkan oleh kecepatan ekstrusi secara signifikan meningkatkan suhu pendinginan produk di pintu keluar cetakan.

Setelah bersentuhan dengan papan grafit (atau roda) dengan suhu permukaan 80-110 (atau sedikit lebih rendah) pada meja keluaran tetap, permukaan profil mengalami "pertukaran panas pendinginan yang cepat," menyebabkan konsentrasi elemen paduan Mg dan Si di bagian tersebut lebih tinggi daripada di area normal.

Pada proses penuaan buatan selanjutnya, area ini akan mengendapkan fasa β ′ (Mg2Si) kasar. Ingot paduan aluminium 6063, yang belum menjalani perlakuan anil homogenisasi dan memiliki suhu pemanasan yang rendah, karena "efek termal" yang tidak memadai yang disebabkan oleh ekstrusi, tidak dapat menaikkan suhu pendinginan profil hingga di atas 500.

Hal ini tidak hanya menghasilkan sebagian kecil fasa β (Mg2Si) dalam ingot yang tersisa dalam struktur profil, tetapi juga memicu perubahan yang disebutkan sebelumnya pada elemen Mg dan Si yang merupakan larutan padat bersuhu tinggi dalam fasa matriks α (Al). Faktor-faktor ini mempersiapkan kondisi struktural untuk munculnya "bintik putih".

2.3 Pengaruh Perlakuan Korosi Alkali Permukaan

Untuk kandungan Si yang lebih besar dari kandungan Fe, kelebihan Si cenderung berkumpul dalam kristal α (Al) atau di dekat batas kristal, membentuk fasa Si monokristal bebas. Fasa katoda Si dan fasa anoda Mg2Si yang telah dipisahkan, atau matriks fasa anoda α (Al) dan fasa katoda kasar Mg2Si, menginduksi "efek baterai primer" dalam larutan korosi alkali.

Hasilnya adalah pelarutan cepat larutan padat α (Al) di sekitar Si bebas atau pelarutan preferensial fase Mg2Si kasar dibandingkan dengan larutan padat α (Al), meninggalkan "lubang korosi" yang dangkal dan rata pada permukaan profil.

Selain itu, sebagian peneliti berpendapat bahwa bintik putih terkait dengan reaksi hidrolisis NaAlO2. Ketika rasio konsentrasi Al3+ terhadap konsentrasi NaOH total melebihi 0,35, stabilitas NaAlO2 menurun, dan Al(OH)3 terhidrolisis mengendap pada bahan aluminium permukaan.

Pencucian air yang tidak sempurna juga dapat dengan mudah menghasilkan "bintik putih" atau "bintik-bintik putih" yang menggumpal. Namun demikian, diyakini bahwa hal ini terutama terkait dengan efek penghambat kerak (seperti hidroksikarboksilat, natrium tartrat, dll.) yang terkandung dalam aditif korosi alkali.

Secara khusus, dalam kondisi proses korosi alkali yang stabil, hidroksikarboksilat dapat secara reversibel berkompleks dengan Al(OH)3 membentuk anion kompleks yang dapat larut.

2.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Anodisasi Asam Sulfat

Umumnya, ketika konsentrasi asam sulfat terlalu tinggi, suhu elektrolisis terlalu tinggi, atau ketika kandungan Al3+ dalam larutan asam sulfat dari tangki oksidasi melebihi 20g/L, kondisi keseimbangan ionisasi berikut pada suhu normal (sekitar 20 derajat) akan terganggu.

Dengan bertambahnya Al3+, Al(OH)3 dalam tangki oksidasi asam sulfat akan mengendap dan melekat pada permukaan profil alur atau di dalam lubang kecil film Al2O3 dalam bentuk flokulasi. Tidak dapat dicuci secara menyeluruh dengan air bersih, dan juga tidak mudah menutup pori-pori. Setelah dikeringkan di udara, bintik-bintik putih muncul di permukaan.

3. Solusi

(1) Kontrol komposisi kimia secara ketat, yang mengharuskan kelebihan Si tidak melebihi 0,20% dan kandungan Zn tidak melebihi 0,05%. Selain itu, upayakan untuk menganil ingot secara seragam, dan lakukan pendinginan cepat pada ingot setelah perawatan.

② Modifikasi sumbu gulungan grafit pertama pada meja pelepasan tetap agar ketinggiannya dapat disesuaikan. Jika memungkinkan, gunakan bahan dengan insulasi yang lebih baik daripada grafit.

③ Menggunakan ekstrusi suhu batas rendah untuk menghindari panas berlebih lokal, atau meminimalkan durasi panas berlebih, sehingga paduan aluminium 6063 tidak memiliki waktu yang cukup untuk mengendapkan fase β′ (Mg2Si).

④ Tambahkan ke larutan etsa kaustik endapan, Na2S atau natrium hidrosulfida, dalam jumlah yang setara dengan dua kali massa yang diperlukan untuk membentuk endapan ZnS. Bila Al3+ dalam larutan alkali melebihi standar kontrol, tambahkan aditif etsa kaustik secara tepat waktu.