6061铝盒表面产生条纹原因分析

6061铝材属热处理可强化合金，具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性能，同时具有中等强度，在退火后仍能维持较好的操作性。表面采用阳极氧化处理能作为腐蚀介质的阻挡层，当失效时，无法保护铝合金基体，降低其耐腐蚀性能。

一、案例背景

铝盒基材为锻造铝合金6061+T6，属热处理可强化合金，具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性，该铝盒生产工艺是：下料——表面喷砂处理——酸洗——阳极氧化——上色——封孔处理后，在进行外观检查时，发现铝盒约有10%表面出现条纹颜色，对阳极氧化后出现条纹颜色和正常铝盒产品，进行缺陷分析。

二、分析过程
01.宏观检验

对经过阳极氧化的产品表面出现条纹颜色样品进行宏观观察，条纹呈纵向（轧制方向）分布，见图1(a)。对表面机械均匀去除0.5mm（有条纹样品和氧化后上色正常样品）的低倍试样，分别经过碱蚀和酸洗后，进行低倍组织观察，有条纹样品表面明显出现沿轧制方向分布的条纹，见图1(b)，并且出现条纹的区域与阳极氧化上色之后出现条纹区域一致，正常样品表面没有异常，见图(d)。

图1 样品宏观图

（a）有条纹样品阳极氧化后（b）有条纹样品碱蚀后

（c） 正常样品阳极氧化后（d）正常样品碱蚀后

02.化学成分分析

对铝盒进行成分分析，结果见表1，结果符合GB/T 3190-2020标准要求。但是，有条纹样品组织偏析区，含有的镁、铜元素略高于正常样品。

表1化学成分分析结果（质量分数，%）

元素	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	Al
有条纹铝盒	0.62	0.11	0.33	0.066	0.99	0.17	0.023	0.013	余量
正常铝盒	0.69	0.22	0.20	0.074	0.91	0.15	0.016	0.023	余量
6061标准	0.40~0.80	≤0.70	0.15~0.40	≤0.15	0.80~1.20	0.04~0.35	≤0.15	≤0.15	余量

03.金相微观观察

对有条纹样品和正常样品取纵向金相样品磨制浸蚀后观察，在α固溶体基体上均匀分布着沉淀析出相的质点相外，还存在灰色颗粒状相，并且有条纹样品灰色颗粒状相呈现带状分布，正常样品灰色颗粒状相呈均匀分布，见图2；从微观组织上看两种样品均未见过热现象。

图2 样品显微组织图片

（a）有条纹样品显微组织图片（b）正常样品显微组织图片

04
缺陷微观观察及成分分析

利用扫描电子显微镜对有条纹（组织偏析区）和正常样品进行微观形貌观察，发现有条纹样品较正常样品有严重的不规则的化合物偏析，见图3，同时，利用X射线能谱对其进行微区成分半定量分析，从结果看出，有条纹样品组织偏析区域和正常样品区域主要含有深灰色不规则Al、Mg、Si及Cu化合物相和浅灰色不规则的Al、Mg、Si、Cu及Fe化合物相，见图4和表2。

图4 样品的SEM照片

（a）有条纹样品化合物相偏析处形貌（b）正常样品形貌

图5 样品的EDS照片

（a）正常样品EDS结果（b）有条纹样品EDS结果

表2   能谱半定量成分分析结果  （Wt%）

元素	1#eds1 (基体)	1#eds2 (灰色)	1#eds3 (浅灰色)	3#eds1 (灰色)	3#eds2 (浅灰色)
C	/	01.29	00.49	00.82	00.25
O	/	04.53	01.00	04.82	00.88
Cu	/	00.73	00.79	00.45	00.47
Mg	01.33	01.27	01.08	01.16	01.11
Al	98.25	91.56	88.62	89.81	81.66
Si	00.42	00.62	03.22	02.94	05.24
Fe	/	/	04.81	/	10.40

三、原因分析

3.1 化学成分分析

对氧化后有条纹产品和正常产品进行化学成分分析，结果符合标准GB/T 3190-2020中6061的技术指标要求，但是，有条纹样品组织偏析区，含有的镁、铜元素略高于正常样品。

3.2 缺陷特征分析

对氧化后有条纹产品和正常产品分别进行低倍组织观察，氧化后有条纹产品的基材出现化合物相偏析现象，并且与产品氧化上色后出现条纹区域一致，而氧化后正常产品经碱蚀后未出现偏析现象，说明阳极氧化上色后出现条纹现象是化合物相偏析造成的。对氧化后有条纹产品和正常产品分别进行金相微观观察，发现低倍下组织偏析区域，呈带状分布着颗粒状化合物相，而正常氧化样品，这些化合物相均匀分布在基体上。

3.3 缺陷微观分析

对氧化后有条纹和正常产品的金相样品及氧化后出现黑斑产品分别进行微观形貌观察及微区成分分析，有条纹区域和正常产品，均含有深灰色（Mg、Al、Si、Cu组成）化合物相和浅灰色（Mg、Al、Si、Cu、Fe组成）化合物相，并且，有条纹区域化合物相呈现明显的带状分布，正常产品化合物相呈现均匀分布。

四、测试结论

通过对阳极氧化上色后有条纹产品和正常产品进行宏观、微观、化学、金相检测。认为条纹的出现是由于锻件铝合金工件局部存在化合物相偏析，在随后的阳极氧化时，正常部位阳极氧化后生成了致密的氧化膜，而化合物相偏析区优先反应，产生腐蚀，影响氧化膜形成，所以在铝盒子阳极氧化后表面形成凹凸不平的氧化膜，上色后就形成深浅不一的光泽条纹。