摘要：7A09鋁合金管材經切削加工和陽極氧化後少數工件表面有「黑條」，影響用戶使用。對「黑條」處進行宏觀組織和顯微組織觀察及分析研究認為：「黑條」是由於管材的毛坯管錠表面的偏析瘤未車削淨，而擠入管材內形成化合物富集區，化合物富集區在陽極氧化時優先反應而形成的。
關鍵詞：7A09鋁合金；偏析瘤；陽極氧化；化合物
我公司為某廠生產的7A09鋁合金管材，用戶切削加工成工件後檢查工件表面未發現缺陷，但對工件進行陽極氧化後發現少數工件表面局部有「黑條」，「黑條」長短不一。由於該工件用於製造飛機上飛行員逃生椅上的火藥筒，對工件的質量要求極為嚴格，故用戶提出質量異議。我公司為了查找該工件產生「黑條」的原因，立此課題進行研究。
本試驗的目的是對工件上的「黑條」進行定量金相測定宏觀組織和顯微組織，進行分析研究，找出產生「黑條」的原因及其解決方法，滿足用戶的需求。
1試驗方法和觀察
1.1宏觀組織觀察
對有「黑條」的工件進行宏觀觀察(圖1a)，「黑條」沿管材的變形方向呈條狀分布在工件表面，它的長短不一，略凹於工件表面。對工件進行低倍腐蝕後，工件正常部位表面上的氧化膜已全部腐蝕掉，但「黑條」仍存在(圖1b)，表明「黑條」處沒有氧化膜。
1.2顯微組織觀察
(1)顯微組織檢驗
在工件「黑條」處和正常部位各取高倍試樣，試樣製備後在光學顯微鏡下觀察其組織。其上可見「黑條」處存在化合物(圖2)。「黑條」處化合物數量比正常組織處的化合物數量明顯增多，是化合物富集區，參看圖3和圖4。
對兩種試樣用低濃度混合酸腐蝕後觀察，「黑條」處的化合物和正常部位的化合物形貌相同，是7A09鋁合金中存在的相組成，「黑條」處的化合物不是初晶（見圖3、4）。
（2）定量金相測定
對工件「黑條」處和正常部位的高倍試樣經磨製和腐蝕後，用定量金相顯微鏡分別對其化合物進行定量測定，其結果是：「黑條」處化合物的平均尺寸為3.65μm；正常部位化合物的平均尺寸為3.62μm。
從定量測定的結果得知：「黑條」處的化合物尺寸和正常部位的化合物尺寸相近。由顯微觀察和定量測定結果及分析可知：這個化合物富集區是鑄錠中遺留的偏析瘤所致。
綜上所述，「黑條」沿管材變形方向呈條狀分布，經低倍腐蝕後「黑條」仍存在。「黑條」處是化合物富集區，這些化合物不是初晶，是7A09合金中存在的相，是管材的毛坯管錠表面的偏析瘤未車淨而遺留在管材內形成的。
2分析和討論
7A09鋁合金管材陽極氧化後表面出現的「黑條」，經宏觀組織和顯微組織觀察及定量金相的測定可知：「黑條」略凹於工件表面，「黑條」處的化合物和正常部位的化合物形貌相同，是7A09合金中的相組成，只不過「黑條」處的化合物密集且尺寸稍大。
在鋁合金鑄錠中，偏析瘤是由高合金成分的低熔點共晶所組成，表現為枝晶網絡厚而密集，化合物粗大。
偏析瘤的產生機制是[1]：鋁合金半連續鑄造時，先接觸到結晶器的熔體由於冷卻水的作用而急劇冷卻，凝結成一層外殼，稱為激冷層。又由於凝固引起體積的收縮，在激冷層與結晶器之間形成了空隙。隨著鑄錠長度增加，使激冷層脫離冷卻水的激冷，這時鑄錠內尚未完全凝固的熔體對激冷層重新加熱，使激冷層內的低熔點共晶重新熔化，並沿復熔晶界穿過激冷層在鑄錠表面凝結成瘤狀。這種結瘤是激冷層內流出的高合金成分的低熔點共晶，故稱偏析瘤。
偏析瘤的厚度與合金成分有密切關係，合金成分高，偏析瘤的厚度就大。由於7A09合金的合金成分高，所以偏析瘤較厚。
鑄錠表面的偏析瘤一般在車皮時可去掉，但管材的毛坯管錠在車皮時，如果偏析瘤較厚或管錠發生偏心等影響，使管錠表面的偏析瘤局部未被車淨。這種帶著少量偏析瘤的管錠，在擠壓時鑄錠發生變形，使偏析瘤中的低熔點共晶破碎並沿變形方向排列，形成了條狀的化合物富集區。在隨後對工件進行陽極氧化時，正常部位陽極氧化後生成了緻密的氧化膜，而化合物富集區優先反應，產生腐蝕，難以形成氧化膜，所以在管材工件表面出現了「黑條」。由於這種工件是用於製造飛機上飛行員逃生椅上的火藥筒，筒內裝的火藥具有腐蝕性，因此帶「黑條」的工件難以滿足用戶的使用要求。
這就要求毛坯在車皮時要把偏析瘤徹底車削掉，用此方法便可避免「黑條」的發生。
3結論
（1）「黑條」處存在化合物富集區。
（2）化合物富集區是管錠中未車淨的偏析瘤經過擠壓變形後遺留在管材中而形成的。
（3）化合物富集區在陽極化時優先反應，未形成氧化膜而出現「黑條」。