在线淬火强度对6×××系铝合金型材腐蚀性能的影响

2023-12-27王加兴王晓光于金凤王少鹏

铝加工 2023年6期

王加兴，王晓光，于金凤，李庆，王少鹏

（龙口市丛林铝材有限公司，龙口 265705）

关键字：6×××系铝合金；剥落腐蚀；晶间腐蚀

0 前言

铝合金应用领域越来越广，如汽车、轨道交通、海工装备以及5G 产品等。随着应用领域的扩展，对铝合金型材的综合性能要求也越来越高，尤其是恶劣的服役环境对型材的耐腐蚀性能及型材表面处理提出了更高要求[1]。目前关于铝合金腐蚀问题的研究很多，但大都集中在2×××系和7×××系铝合金上，而关于6×××系铝合金的腐蚀及机理等相关研究较少。李亚萍[2]认为6×××系铝合金经氯盐溶液腐蚀的产物以铝和氧为主。张今捷[3]认为6082 铝合金的晶间腐蚀性能与粒状第二相的存在相关。目前新能源汽车客户对型材的腐蚀性能提出要求，工业生产条件下6×××系铝合金各牌号的腐蚀性能级别尚不清晰，本文借助于工业大生产，研究了不同在线淬火方式下6061、6005A、6082、6063 和6N01 合金型材的剥落腐蚀和晶间腐蚀性能，了解各合金的腐蚀级别，并对工业生产提供一定的指导。

1 试验方法

试验选用6061、6005A、6082、6063 和6N01合金型材，其合金化学成分见表1。对5 种合金型材进行水冷、100%风冷、80%风冷、60%风冷和自然冷却，型材经175 ℃保温8 h 的时效处理后开展剥落腐蚀和晶间腐蚀试验。剥落腐蚀试验溶液配制和结果判定按照GB/T 22639—2022《铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法》要求执行；晶间腐蚀按照GB/T 7998—2005《铝合金晶间腐蚀测定方法》要求执行。

表1 试验合金铸锭化学成分（质量分数/%）

2 试验结果与讨论

2.1 试验结果

6061 合金型材不同淬火方式下腐蚀性能结果见表2。水冷、100%风冷、80%风冷和60%风冷淬火条件下，剥落腐蚀性能达到PA 级，自然冷却条件下剥落腐蚀性能达到EA级，水冷和自然冷却条件下的剥落腐蚀性能见图1。5种淬火条件下，晶间腐蚀性能均达到1级，腐蚀深度为63～174 μm；随着冷却强度的降低，晶间腐蚀深度呈现递增趋势，且自然冷却条件下晶间腐蚀深度达174 μm。水冷和自然冷却条件下的晶间腐蚀性能见图2。

图1 6061合金不同冷却条件下的剥落腐蚀性能

图2 6061合金不同冷却条件下的晶间腐蚀性能

表2 6061合金型材不同淬火方式下腐蚀性能结果

6005A合金型材不同淬火方式下腐蚀性能结果见表3。水冷和100%风冷条件下，剥落腐蚀性能达到PA 级；80%风冷和60%风冷淬火条件下，剥落腐蚀性能达到PB 级；自然冷却条件下，剥落腐蚀性能达到PC 级。水冷和自然冷却条件下的剥落腐蚀性能见图3。5 种淬火条件下，仅60%风冷和自然冷却条件下有晶间腐蚀倾向，晶间腐蚀深度分别为47 μm和80 μm，如图4所示。

图3 6005A合金不同冷却条件下的剥落腐蚀性能

图4 6005A合金不同冷却条件下的晶间腐蚀性能

表3 6005A合金型材不同淬火方式下腐蚀性能结果

6082 合金型材不同淬火方式下腐蚀性能结果见表4。5 种淬火方式下型材的剥落腐蚀性能均达到N级，5种淬火方式下均无晶间腐蚀倾向。

表4 6082合金型材不同淬火方式下腐蚀性能结果

6063 合金型材不同淬火方式下腐蚀性能结果见表5。5 种淬火方式下型材的剥落腐蚀性能均达到N级，5种淬火方式下均无晶间腐蚀倾向。

6N01 合金型材不同淬火方式下腐蚀性能结果见表6。5 种淬火方式下型材的剥落腐蚀性能均达到N级，5种淬火方式下均无晶间腐蚀倾向。

2.2 讨论

Al-Mg-Si合金的析出相为Mg2Si。Mg2Si的电化学电位低于基体，导致合金出现点蚀倾向。当Al-Mg-Si合金中添加一定的Cu元素时，在热处理过程中在晶界上会连续析出富铜的CuAl2相，导致晶界处产生贫铜区，CuAl2与贫铜区存在电位差，组成腐蚀电池。其中晶界贫铜区为阳极，会导致晶间腐蚀。由于晶间腐蚀发生在晶界区域，肉眼无法看到，当晶间腐蚀达到一定深度时，腐蚀停止。随后晶间腐蚀会沿着横向方向，向整个表面扩展，且在腐蚀产物楔入力的作用下，晶间腐蚀逐步发展为剥落腐蚀。6061 和6005A 合金中均含有一定的Cu，导致型材存在一定的剥落腐蚀和晶间腐蚀倾向[4-7]。

6061 合金不同淬火速率下，型材的晶粒度发生一定的变化，如图5所示。与水冷淬火条件下相比，自然冷却条件下晶粒度发生明显的长大，长大的晶粒利于腐蚀的扩展。6082、6063 和6N01 合金中，Cu 元素的含量控制在0.035%以下，Fe 元素的含量在0.1%～0.15%之间，AlFeSi 相的含量较少，在5种淬火条件下均呈现出较好的剥落腐蚀和晶间腐蚀性能。

图5 6061合金不同冷却方式下的晶粒组织

6061合金型材的淬火敏感性温度区间为230～460 ℃，鼻尖温度为340 ℃；6005A 合金型材的淬火敏感性温度区间为280～460 ℃，鼻尖温度为340 ℃；6082 合金型材的淬火敏感性温度区间为220～430 ℃，鼻尖温度为370 ℃；6N01 和6063 合金型材的淬火敏感性温度区间为250～390 ℃，鼻尖温度为350 ℃[8-9]。6061合金和6005A合金型材应在淬火敏感性温度区间内保持较快的冷却速率，避免淬火过程中的晶粒长大；6082、6063 和6N01 合金在线淬火速率对腐蚀性能没有明显的影响，但应在淬火敏感性温度区间内冷却，以保持后续良好的性能。