铝合金阳极膜黑斑失效分析

案件背景

阳极氧化或化学氧化的方法是一种广泛应用于铝合金表面处理方法,在铝及铝合金制件表面生成一层氧化膜,以达到防护一装饰的目的，经过化学或电化学抛光后的铝及铝合金制件,进行阳极氧化处理后,可得到光洁、光亮、透明度较高的氧化膜层,由于铝合金成分、氧化处理方法、封闭处理方法的不同，氧化膜颜色也不一样。通常情况下不允许有：亮点、黑斑、颜色不均匀的现象。下图为铝合金笔杆在阳极氧化后出现黑斑异常现象，铝合金材质为6063-T5，下面对样品黑斑产生的原因进行分析。

分析方案

1.采用3D显微镜和电子显微镜（SEM），观察黑斑表面形貌；

2.通过SEM+EDS对比黑斑处与正常处元素分布；

3.切片制作，观察黑斑处截面形貌。

表面形貌观察

　　　　　　黑斑处-300X(SEM)                            正常位置-300X(SEM)

　　　　黑斑处-300X（3D显微镜）                       黑斑处-500（3D显微镜）

电子显微镜（SEM）和3D显微镜观察黑斑表面形貌结果可以看出：正常位置氧化膜致密，与正常位置相比，黑斑处氧化膜开裂，呈类晶界形貌。

元素分析对比

斑处EDS成分分析区域-1000X

EDS能谱图

成分分析结果见下表（wt%）

正常位置EDS成分分析区域-1000X

EDS能谱图

成分分析结果见下表（wt%）

由SEM+EDS分析黑斑处与正常位置元素分布，黑斑处与正常位置均为C,O,Al,S等元素且含量相差不大。

黑斑位置截面分析

　　　　　黑斑位置拋光态-100X                            黑斑位置侵蚀后-100X

黑斑位置截面研磨抛光后，无需腐蚀在抛光态下可见因腐蚀而变黑的晶界，且与黑斑所处的位置吻合；用氢氟酸磷酸水溶液侵蚀后，用金相显微镜观察其组织可见黑斑处所在位置附近晶界明显发黑。

原因分析

铝合金笔杆阳极氧化膜出现黑斑应该与由于铝合金基体局部发生晶间腐蚀有关。一般来说，在金属热处理过程中在某一温度段停留一定时间，在此期间合金成分或杂质元素在晶界上富化或贫化，或者出现晶界析出物，使得晶界或晶界附近相对于晶内为阳极，在腐蝕介质的作用下优先腐蚀，即晶间腐蚀。

建议

1.基材方面：对金属进行稳定化热处理，让晶界析出物重新溶解；

2.工艺方面：将不良品的表面氧化膜层退掉，重新氧化观察其效果；查找黑点出现的具体工艺段，比如看笔杆碱蚀工艺段后是否有黑点；分析一下氧化槽杂质浓度，比如Cu2+, Fe2+, Cl- 等.

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