6063 アルミニウム プロファイルの表面処理中に、アルミニウムの表面に小さな不規則に散在する濃い灰色の腐食スポットに気づくことがあります。これらの斑点は亜鉛に起因する斑点とはまったく異なり、アルミニウムの形材の製造プロセス中に断続的にのみ発生します。その原因として、作業者が正しい表面処理手順に従わなかったこと、浴中に有害な不純物イオンが存在したこと、または介在物が多すぎて材料の品質が悪かったことが原因ではないかと考える人もいます。
1. 腐食斑点の原因解析
長年の製造経験と、アルミニウム合金プロファイル製造におけるさまざまなプロセスパラメータの調査、およびオペレーターがどのように手順に従っているかを追跡したことに基づいて、これらの濃い灰色の腐食スポットが現れる主な理由は次のとおりであると考えています。
(1) 何らかの理由により、鋳造プロセス中のマグネシウムとシリコンの添加比率が適切に調整されず、ω(Mg)/ω(Si) 比率が 1.0 ～ 1.3 の範囲内に収まる場合があり、これは最適な比率である 1.73 (通常は 1.3 ～ 1.5 の範囲内に制御される) よりも大幅に低くなります。このように、マグネシウムとシリコンの含有量は指定範囲内 (ω(Mg)=0.45%–0.9%、ω(Si)=0.2%–0.6%) ですが、それでもいくらかの過剰なシリコンが存在します。遊離形態で存在する少量とは別に、この過剰なシリコンもアルミニウム合金中で三元化合物を形成します。 ω(Si) < ω(Fe) の場合、脆い化合物である (Al12Fe3Si) 相がより多く形成されます。 ω(Si) > ω(Fe) の場合、より多くの (Al9Fe2Si2) 相が形成され、さらに脆い針状-のような化合物になります。その有害な影響は相よりも大きく、多くの場合、相に沿って合金に亀裂が発生しやすくなります。これらの不溶性不純物相または遊離不純物相は粒界に蓄積する傾向があり、粒界の強度と靱性を弱め[1-3]、耐食性が最も悪い最も弱い点となり、最初に腐食が始まります。
(2) 製錬中、マグネシウムとシリコンの添加率が規格範囲内であっても、撹拌が不均一であったり不十分であったりすると、溶湯中のシリコンの分布が不均一となり、局所的にリッチゾーンとプアゾーンが発生する場合があります。シリコンはアルミニウムに対する溶解度が非常に低いため（共晶温度 577 度で 1.65%、室温ではわずか 0.05%）、鋳造後の組成は不均一になります。これは工業用アルミニウムのプロファイルに直接影響します。アルミニウムマトリックス中に少量の遊離シリコンが存在すると、合金の耐食性が低下するだけでなく、合金粒子が粗大化します[4]。
(3) 押出中、過度に高いビレット予熱温度、金属押出速度、押出中の空冷強度、不適切な時効温度や保持時間などのさまざまなプロセスパラメータの制御はすべて、容易にシリコンの偏析と遊離シリコンを引き起こし、マグネシウムとシリコンが完全に Mg2Si 相を形成するのを妨げ、一部の遊離シリコンが残ることがあります。
2. 表面処理工程における腐食
遊離シリコンや過剰シリコンを多く含む 6003 アルミニウム合金プロファイルに表面処理を施すと、次の現象が観察されます。 プロファイルを酸性浴 (15% ～ 20% 硫酸) に入れると、表面に多数の小さな気泡がはっきりと見えます。時間が経過し、浴の温度が上昇すると、反応が加速し、電気化学的腐食が始まったことを示します。この時点で、プロファイルを槽から取り出して検査すると、表面に通常の表面とは異なる色をした斑点が多数あることに気づくでしょう。その後、アルカリエッチング、酸性中和研磨、硫酸陽極酸化などの処理を行うと、これらの濃い灰色の腐食スポットがさらに目立つようになります。
亜鉛によって引き起こされる腐食は、シリコンによって引き起こされる腐食とは異なって見えます。亜鉛-によって引き起こされる腐食スポットは雪の結晶のように見え、粒界に沿って外側に広がり、一定の深さのピットを形成します。対照的に、シリコン-によって引き起こされる腐食スポットは濃い灰色の介在物として現れ、粒界に沿って外側に広がらず、深さは感じられません。治療が続くと、反応が完全に終了するまで、これらの斑点がどんどん現れます。このような濃い灰色の斑点は、基本的には腐食時間を延長するか皮膜除去処理を行うことで除去または軽減できます。
3. 予防措置
シリコンによる 6063 アルミニウム合金プロファイルの腐食を完全に防止および制御できます。入ってくる原材料と合金組成が効果的に監視され、マグネシウム-対-シリコンの比率が1.3～1.7であることを確認し、各プロセスのパラメータ（溶解、撹拌、鋳造冷却水の温度、ビレットの予熱温度、押出急冷と空冷強度、時効温度と時間など）が厳密に制御されている限り、シリコンの偏析と遊離シリコンは回避でき、シリコンとマグネシウムは有益な Mg2Si 強化相を可能な限り形成できます。
このようなシリコン腐食箇所に気づいた場合は、表面処理時に特に注意する必要があります。脱脂時には弱アルカリ性の溶液を使用するようにしてください。それが不可能な場合は、酸性脱脂溶液への浸漬時間をできるだけ短くしてください (良質のアルミニウム合金プロファイルは酸性脱脂溶液に 20 ～ 30 分間耐えられますが、問題のあるものは 1 ～ 3 分間のみ放置する必要があります)。また、その後のすすぎ水の pH は高くする必要があります (pH > 4、Cl- 含有量を制御します)。アルカリ腐食の場合は、腐食時間を延長するようにしてください。中和・光沢仕上げの場合は硝酸系光沢剤を使用してください。硫酸アルマイトの場合は、できるだけ早く電解を開始してください。こうすることで、シリコンに起因する濃い灰色の腐食スポットがあまり目立たなくなり、使用要件を満たすことができます。
