喷涂铝型材点状缺陷成因分析

42 轻 合 金 加 工 技 术 2005，Vo1．33，Nol 喷涂铝型材点状缺陷成因分析 魏庆安 · (渤海铝业有限公司。河北 泰皇岛 066000) 摘要：简介了6063铝合金喷涂型材的生产过程。对喷涂铝材表面产生点状缺陷的原因及影响进行了分析，提出了改 善。 关键词：喷涂铝型材；点状缺陷；流平 中图分类号：3"13375．41 文献标识码：B 文章编号：1007—7235(2005)O1—0042—02 Analysis on Reasons of Forming Dot-Shape Defect in Spray-Painted Aluminum Profile WEI Qing—an Abstract：The process of manufacturing spray-painted aluminum profile of6063 alloy is summarized．Analysis is done thematically and practically on reasons and affecting tendency of forming dot·shape defect in the surface of the spray·painted aluminum profile． Th e measures for improvement are also provided ． Key words：Spray—-painted aluminum profile；dot·-shape defect；flow smoothly 随着人们生活水平的提高，多彩的粉末喷涂铝 材越来越受到人们的欢迎，我们在生产高光喷涂铝 型材时会遇到表面点状缺陷，俗称“小疙瘩”，严重影 响喷涂铝型材的装饰效果。因此，避免铝型材喷涂 过程中形成的“小疙瘩”具有十分重要的现实意义。 1 点状缺陷影响因素分析 喷涂铝型材工艺流程：铸棒一均匀化处理一挤 压一淬火一时效一喷涂。建筑型材多为6063合金， 下面我们以6063合金型材为例进行阐述。 1．1 合金成分对点状缺陷的影响 6063铝合金成分(质量分数，下同)见表 1。 表 1 6063铝合金成分 ％ № si cu zn cr 0．45～0．9 0．2～0．6 0．35 0．1 0．1 0．1 0．1 0．1 0．05 0．15余量 A1一Mg-Si系合金中Mg2Si的 Mg、Si质量分数比 收稿 日期：2004—09—12 作者简介：魏庆安(1970一)，男，河北昌黎人，工程师。 为1．73。当 (Mg)／w(Si)>1．73时，Mg过剩，过剩 的Mg会显著降低 Mg2Si在铝中的固溶度，在挤压时 会在模具工作带上粘结，产生划痕。当 (Mg)／w (Si)<1．73时，Si过剩，虽然对 Mg2Si的固溶度无大 的影响，但会使铸棒挤压性能降低，降低型材表面质 量。因此生产控制时最好将 (Mg)／w(Si)控制在 1．6左右。文献[1]中示出了Mg2Si的总量与挤压力 变化图(图1)。可以看出，挤压力升高与 Mg2Si的总 量的变化有大致线性关系，因此，在性能允许的条件 下，尽量降低Mg2Si的总量，以提高其挤压性能，减少 表面缺陷的发生，Mg2Si的总量小于0．72％时，对于 挤压系数小于 30的制品来说其抗拉强度有不达标 的危险，因此，将 Mg2Si的总量宜控制在0．8％左右。 1．2 铸棒均匀化处理的影响 铸棒均匀化退火后，主要的组织变化是枝晶偏 析消除、非平衡相溶解和过渡相沉淀，Mg2Si的浓度 逐渐均匀化_2-3 J。有的生产厂不进行铸棒均匀化处 维普资讯 http://www.cqvip.com 2005，Vo1．33，Nol 轻 合 金 加 工 技 术 43 40 京 30 餐 20 10 器 o w(Mg2Si)／％ 图1 MgaSi的总量与挤压力关系图 理，由于粗大的 Mg2Si相存在，虽然在挤压过程中粗 大的Mg2Si相被破碎，但破碎相不能弥散的分布于基 体中，造成型材表面粗糙。因此，最好采用均匀化后 的铸棒进行挤压，防止不合格品的发生。 1．3 挤压过程的影响 挤压过程中，合理选择挤压速度、挤压温度、挤 压模具结构及其材料，对铝型材的表面质量有非常 重要的意义。图2示出挤压制品表面质量、挤压速 度、挤压温度和挤压极限曲线的关系l j。 挤 压 速 度 铸棒温度 图2 挤压制品表面质量与挤压速度、温度的关系 可以看出合理的挤压温度和挤压速度能够得到 好的挤压型材表面，当挤压工艺参数不合理时，容易 产生挤压裂纹、表面起砂、粘附等缺陷。由图 2看 出，在挤压力足够的情况下尽量选择较低的挤压温 度。模具钢选择不合理、氮化层不够、模具工作带太 宽和光洁度不够、铸锭长度不合理等原因也能造成 型材表面产生拉伤。组合模模桥的结构和焊合室的 结构和大小会影响金属的流动和变形。模桥为矩形 倒角截面及水滴形截面形状的分流桥有利于金属的 流动与焊合，但模桥长度不宜过长，过长时会增加桥 与金属的摩擦，造成局部温升过高，会造成该处铝的 粘度增大，会粘于挤压模的表面造成型材表面的划 伤。模桥结构不合理时会造成金属对模具工作带的 冲击，工作带受冲击时易造成工作带的损坏，造成型 材划伤。焊合室多采用蝶形焊合室，这种焊合室有 利于消除金属流动死区，焊合室的高度根据挤压筒 的直径确定，不宜过短，过短时金属变形过小，型材 的组织中晶粒大小不均，易造成工作带粘结，产生划 伤或起砂。挤压的文明生产也非常重要，如锯切过 程中产生的铝屑不被吹净，会粘附于型材表面，在时 效后，由于锯切油的影响，不能在喷涂预处理阶段除 去，造成喷涂后表面有“疙瘩”。 1．4 喷涂过程的影响 喷涂工艺流程：基材一脱脂一水洗一中和出光 一 水洗一铬化一纯水洗一烘干一喷涂一固化。 (1)喷涂预处理过程的影响 基材在现场放置过程中容易落上灰尘，绑料后 要将型材表面的灰尘用风管吹净，防止带到预处理 槽内。预处理各水洗工步的用水要定期更换，防止 杂质积累。生产过程中要定期化验槽液浓度，并观 察型材表面。脱脂不净或中和不净时，易造成尘屑 的粘附。车间的文明生产非常重要，尽量做到封闭 式生产，生产工人应从专用通道进、出车间，以防止 将外部灰尘带人生产车间。 (2)涂装过程的影响 涂装工艺参数要求如下：枪距 100 mln一200 mln， 电压60 kV 9o kV，输气压(2—4)×lOs Pa，配气压(1 3)×10s Pa，旋转气压(1—2)×10s Pa。 我们将易产生“疙瘩”的某厂生产的喷涂用编号 PM、5015、G75粉末，用 1 m2铝板作喷涂对比试验， 得出图 3。 <- 200 痞 150 100 5O 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 喷涂膜厚 ／l土m 图3 喷涂膜厚与疙瘩数对照图 由图3看出，喷涂膜厚在20 tan一40 tan时板材 表面产生的“疙瘩”较多。用刀割开“疙瘩”，在显微 镜下观察发现其内部无异物，为大颗粒的粉末。产 生该现象的原因可能是膜厚较薄时，喷粉无法做到 正常流平。我们进一步试验将枪距调大，电压适当 调低，观察到同膜厚的板材表面“疙瘩”数目减少。 产生此现象的原因是因为枪距太近会造成细颗粒粉 末被吹落。当膜厚在40 p．m 100 p．m之间，随膜厚增 加，其“疙瘩”数目相对减少，这可能是板材表面的杂 质点被粉末覆盖固化流平后盖住。膜厚 100 ton以 上，其“疙瘩”数目基本无变化。以上情况说明适当 增加膜厚，调整喷涂工艺参数对喷涂型材表面“疙 瘩”有改善作用。粉末的质量对型材的表面质量也 有大的影响，生产中产生的回收粉容易被污染，可以 通过加密过滤筛目数的方法解决，在生产中获得了 (下转第47页J 维普资讯 http://www.cqvip.com 2005，Vo1．33，N9l 轻 合 金 加 工 技 术 图4 在图4B中 、h、 为与图4^ 中位置a、b、c相对应的试样横截面 何原因，如果说这不是速度过快的原因造成的，那么 可以认为是和搅拌头螺纹的方向有关。 3 结 论 (1)成功地利用搅拌摩擦焊接方法实现了2A12 铝合金的翅化连接 焊接时，搅拌头转速可为750 r／ min～1 180 r／rain，搅拌头走动速度为23．5 nan／min一 30 tour／rain。 参 考 文 献： (2)金相组织分析表明，焊合区的晶粒小于母材 区的．这是因为焊合区的铝在塑性条件下发生晶粒 细化的结果 焊合区硬度约为母材硬度的70％。 (3)搅拌头的螺纹对搅拌头下方的材料会产生 抽取效应”。如果采用相反螺旋的搅拌头，或使焊 接用搅拌头反转可以抑制这种材料“抽出效应 。 (4)搅拌头的长度略小于焊接材料厚度时，仍可 能使焊接材料焊透 【1 J Thomas W M．Friction Stir Butt Welding Intenmtional Patent Application No PCT／GB92 Patent Application No． 9125978 8【P J．199l 【2j ThomasW M，Nicholas E D，Friction StirWeldingforthe TransportationIndustries【J J．Materials and Design，1997， I8(4～6)：269—273． 【3] Williams，SlewadW)am．Weldi．g ofMrfl'mnes Using Friction Stir[J] Air＆Space Europe．2001，3(3／4)：64—66． 【4 J Peel M，Ste eY A．Preuss M，Withers P J．Mierostr~lure，Meet~mical Properties and Residuai Stresses a吕a Function ofWelding speedin Aluminium：L~．5083[J]．Acta Materialia，2003，(51)：4791—4801 ● ⋯ 一 ⋯ ⋯ 一 ⋯ ⋯ _． 一 ● ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ·● ⋯ ⋯ 一 ● {上接第 43页) 良好的使用效果。 (3)固化炉的影响 固化炉保温棉的封闭也非常重要，如保温棉粘 到铝型材上也易在喷涂型材上产生“疙瘩” 2 预防措施 (1)合金成分方面要求将 (Mg)／w(Si)控制在 1．6左右，将 MgeSi的 量控制在0．8％左右。 参 考 文 献： (2)铸棒采用均匀化处理。 (3)铸棒的挤压加热温度尽量控制在480℃左 右，挤压模具中水滴形的分流桥不宜过长．焊合室的 高度不宜过短。 (4)喷涂膜厚尽量控制在60 fun一100 ，枪距 控制在 I80i'nlffl～200ffUll。 (5)生产过程中注意文明生产，尽量防止尘羁落 于铝型材表面。 [1]刘静安．热加工工艺对Al—Mg—si系合金性能的影响[J J．轻舍金加I技术2002，(2)：1—5 [2]曹胜泉．张胜华．6063合垒型材表面缺陷的分析[J]．轻合金加工技术2001．(8)：31—34． [3]王祝堂，田荣璋．铝合金及其加工手册(第2版)[M]．长沙：中南大学出版社，2000．707． 维普资讯 http://www.cqvip.com