Анодирование алюминия: влияние химического состава

Микроструктура алюминия

Особенности микроструктуры материала алюминиевых профилей – алюминиевых сплавов – очень часто являются причиной неоднородности внешнего вида их анодированной поверхности. Причинами такой неоднородности микроструктуры являются нарушения технологии производства алюминиевых профилей – от химического состава шихты и литья слитков-столбов до технологии термической обработки при закалке на прессе и в печи искусственного старения.

В части 1 было рассмотрено влияние технологии литья слитков-столбов, а в части 2 — влияние технологии прессования профилей, а также конструкции матриц.

В этой части – части 3 – будет рассмотрено влияние на качество анодированных профилей легирующих элементов и примесей в применяемом алюминиевом сплаве.

Температурные режимы при изготовлении алюминиевых профилей

Температурные режимы при изготовлении анодированных алюминиевых профилей схематично показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 – Изменение температуры в процессе производства
анодированных алюминиевых профилей [1]

Подавляющее большинство алюминиевых профилей производят из сплавов серии 6ххх, легирующими элементами которых магний и кремний (рисунок 2).

Рисунок 2 – Основные сплавы для производства алюминиевых профилей

Чтобы лучше контролировать влияние содержания легирующих элементов, а также уровня содержания нежелательных примесей, компания Hydro Aluminium подразделяет привычные сплавы, например, 6060, на более узкие внутренние сплавы, например, 606035 (рисунок 3).


Рисунок 3 – Внутренние алюминиевые сплавы компании Hydro Aluminium

Микроструктура алюминия и щелочное травление

  • Ванна щелочного травления является наиболее важным технологическим этапом для выявления различий внешнего вида между различными алюминиевыми профилями. Эти различия возникают из-за различий химического состава сплавов или количества, формы и распределения интерметаллических частиц, например, Mg2Si или AlFeSi.
  • Различия химического состава приводят к различиям в типах частиц с точки зрения их химического потенциала, Эти частицы могут быть анодными или катодными по отношению к алюминиевой основе сплава. Это дает различную восприимчивость поверхности профилей к щелочному травлению
  • Различия в восприимчивости к щелочному травлению дают различия в степени блеска (или матовости) поверхности после щелочного травления и анодирования (рисунок 4).


Рисунок 4 – Поверхность алюминия после щелочного травления:
«матовая» (слева) и «блестящая» (справа)

Влияние легирующих элементов и примесей

  • Кремний. Входит в состав частиц  AlFeSi и Mg2Si, которые влияют на морфологию поверхности алюминия после щелочного травления. Это влияние происходит через размер частиц, их распределение, соотношение анодных и катодных свойств включений.
  • Железо. Входит в состав частиц  AlFeSi. Низкое содержание железа (менее 0,13 %) дает после анодирования блестящую поверхность (при толщине анодного слоя не более 10 мкм) (рисунок 5) .
  • Медь. Добавки меди (0.12-0,15 %) дают после анодирования блестящую поверхность (рисунок 6). Содержание железа должно быть пониженным для достижения максимального блеска. Слишком много меди дает после анодирования матовую поверхность (низкий блеск).
  • Марганец. Добавки марганца влияют на степень превращения частиц бета AlFeSi в частицы альфа-AlFeSi – от удлиненных форм к округлым формам. Частицы AlFeSi влияют на прессуемость сплава и на его поведение при щелочном травлении. Марганец влияет на размер и распределение частиц Mg2Si. Кроме того, марганец ингибирует (замедляет) рост зерна (см. также ниже про хром).
  • Магний. Входит в состав частиц Mg2Si, которые влияют характеристики поверхности после щелочного травления. Высокое содержание кремния и магния дает после травления и анодирования серую неблестящую поверхность (рисунок 7).
  • Хром. При добавлении вместе с марганцем ингибирует рост зерна.
  • Цинк. Слишком большое содержание свободного цинка (Zn+2) в ванне щелочного травления дает зернистую анодированную поверхность (рисунки 8 и 9). Свободный цинк приходит из алюминиевых сплавов с высоким содержанием цинка, в основном, в виде примеси.
  • Титан. Титан влияет на размер зерна совместно с бором. Пруток лигатуры «титан-бор» вводится в расплав алюминия при литье слитков-столбов для создания оптимального пониженного размера зерен, а также для предотвращения образования в слитке центральных трещин.

Рисунок 5 – Влияние содержания железа на отражательную способность
анодированной поверхности профиля из сплава 6060 [1]

Рисунок 6 – Влияние содержания меди в сплавах серии 6ххх
на блеск анодированной поверхности [1]

Рисунок 7 – Влияние содержания магния и кремния в сплавах 6060 и 6063
на уровень блеска анодированной поверхности [1]


Рисунок 8 – «Гальваническая» поверхность
анодированного алюминиевого профиля [1]


Рисунок 9 – Избирательное травление зерен
при повышенном содержании цинка [1]

Источник: Tom Hauge, Hydro Aluminium, IHAA Symposium, 2014, New York.