摘要:AA铝合金散热器连接片在加工过程中,表面出现了大面积黑斑。采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜及能谱分析等方法,分析了连接片表面产生黑斑的原因。结果表明:在清洗和润滑设备时,合成机油不慎滴漏在连接片表面,在钎焊加工过程中,合成机油发生焦化反应形成黑斑。
关键词:散热器连接片;黑斑;钎焊加工
中图分类号
G文献标志码:B文章编号:-()01--04
AA铝合金为Al-Mn系铝合金,是应用较为广泛的一种防锈铝合金,耐腐蚀性能较好。这种铝合金强度不高,只能采用冷加工方法提高材料的力学性能。该类铝合金在退火态时具有很高的塑性,半冷作硬化态时塑性较好,冷作硬化态时塑性较差、耐腐蚀性能好、焊接性能良好[1]。AA铝合金主要用于要求高塑性和良好焊接性能的零件、各种液体容器以及其他通过深拉工艺加工而成的小负荷零件,还可用于要求良好成形性能、高耐蚀性和焊接性的零部件,如各种压力容器及散热器片[2]。
散热器连接片的零部件经冲压加工而成,冲压加工后未进行清洗和烘烤,工厂将冲压加工件提供给客户,客户对冲压件进行进一步加工生产,工艺流程为来料→喷钎焊粉→钎焊加工,在钎焊加工后,发现连接片表面存在大面积黑斑。
笔者通过宏观观察、化学成分分析、扫描电镜及能谱分析等方法,对AA铝合金散热器连接片进行检测,分析连接片表面黑斑产生的原因及形成机理。
1理化检验
1.1宏观观察
如图1所示,在散热器连接片背有大面积黑斑,黑斑分布无明显规律。
1.2化学成分分析
从该散热器连接片处截取试样,采用ARL型火花放电直读光谱仪检测其化学成分。如表1所示,依据客户提供的AA铝合金化学成分的技术要求,该散热器连接片的化学成分满足技术要求。
1.3扫描电镜及能谱分析
1.3.1黑斑区域表面分析
采用SIGMA型扫描电镜(SEM),对AA铝合金散热器连接片表面黑斑进行观察。如图2所示:散热器连接片表面黑斑区域存在凹凸不平的薄层状覆盖层,其表面附着了一层形态各异的产物;覆盖层凸起处可见龟裂状和针片状产物,见图2a);部分黑斑区域的产物呈不规则条状,条状产物中心区域呈现撕裂状的形貌特征,见图2b);部分黑斑区域黏附着一层面糊状产物,其间分布有大量球状产物,见图2c);无黑斑区域覆盖着一层厚度均匀的薄层氧化膜,见图2d)。
对图3中散热器连接片表面黑斑区域及无黑斑区域进行能谱分析,位置A,B,C处为黑斑区域,位置D,E处为无黑斑区域。如图3和表2所示:黑斑区域表面针片状、条状及龟裂状产物都含有碳、氧、氟、铝、钾等元素,其中碳、氟、钾元素含量较高;无黑斑区域含碳、氧、氟、铝、钾、锰、铜、银等元素,其中碳、氧、氟、钾元素含量均低于黑斑区域,表明黑斑区域产物的主要成分为碳、氧、氟、钾、铁元素[3]。
1.3.2黑斑区域剖面分析
采用SIGMA型扫描电镜对该铝合金散热器连接片黑斑区域剖面进行观察。如图4所示,钎焊区域外层可见枝晶组织[4],黑斑区域表面存在薄层覆盖层及块状产物,连接片表层附近的基体组织为α(Al)固溶相+弥散强化相+未溶颗粒相[5]。图4a)中的下侧黑色区域为制样打磨过程中嵌入的飞边料。
对图5铝合金散热器连接片黑斑区域剖面进行能谱分析,位置F~G处为黑斑区域,位置H处为基体未溶相,位置I处为基体固溶相。如表3所示:黑斑区域含90%(质量分数,下同)以上的碳元素以及少量的氧、氟、钾、铝等元素;基体未溶相中含93%以上的铝元素和少量的碳、铜元素;基体固溶相中含94%以上的铝元素和少量碳元素。结果表明,黑斑区域的化学成分主要为碳元素以及少量氧、氟、钾元素。
1.4金相检验
采用AxioObserver7m型光学显微镜,对该铝合金散热器连接片剖面进行观察。如图6所示:钎焊区域组织为α(Al)固溶相+枝晶组织,基体组织为α(Al)固溶相+弥散强化相+未溶颗粒相;黑斑区域表层存在黑色覆盖层,深度为9~14μm,基体组织为α(Al)固溶相+弥散强化相+未溶相颗粒,该基体组织为铝合金板材固溶+时效处理后得到的显微组织[6]。
2分析与讨论
铝合金散热器连接片经过钎焊加工后,其表面残留大面积黑斑,黑斑区域表面存在大量的针片状、条状及球状产物。黑斑区域表层针片状及条状产物的碳、氟、钾元素含量偏高,球状产物碳、氧、铁元素含量更高,表明碳、氧、氟、钾、铁元素是黑斑区域表层产物的主要化学成分[7]。连接片不同区域的剖面能谱测试结果表明,其表层产物含有90%以上碳元素,以及少量的氧、氟、钾等元素。连接片黑斑区域表面能谱测试区域存在薄层穿透现象,测试数据受铝合金基体成分影响[8]。连接片黑斑区域剖面能谱测试区较为狭窄,不会受铝合金基体成分影响[9]。
铝合金散热器连接片的基体组织为α(Al)固溶相+弥散强化相+未溶颗粒相,是经固溶+时效处理后得到的,耐腐蚀性能好。经钎焊加工后,连接片的基体显微组织为α(Al)固溶相+枝晶组织,耐腐蚀性能显著降低[10]。如果加工现场存在环境腐蚀,黑斑区域应该首先出现在钎焊层表面,由此推断黑斑不是环境腐蚀造成的[11]。黑斑区域的黏着物附着力强,类似油脂等污垢,富含碳元素以及少量的氧、氟、钾、铁等元素。在事故调查过程中了解到,车间现场配备合成机油,定期对设备进行清洗和润滑,不能排除清洗设备时合成机油会不慎滴漏。在钎焊加工过程中,连接片表面残留的合成机油经过高温烘烤和氧化,发生焦化反应,产生黑色碳化物和氧化物,最终在散热器连接片表面形成黑斑。合成机油焦化后形成的黑斑,不仅影响工件的外观质量,而且会降低散热器的耐蚀性[12]。
3结论及建议
(1)铝合金散热器连接片表面存在大面积黑斑,产生的原因是在清洗和润滑设备时,合成机油不慎滴漏在连接片表面,在钎焊加工过程中,合成机油发生焦化反应,最终形成黑斑。
(2)铝合金散热器连接片在加工过程中,必须做好加工现场管理,保持工作环境的整洁,保证工件表面清洁。钎焊加工之前,对连接片表面进行清洗及烘烤,避免黑斑产生。
参考文献
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[1]高强.最新有色金属金相图谱大全[M].北京:冶金工业出版社,:-.
[2]郑学坊,邱允新,唐镇南.金相分析技术[M].上海:上海科学技术出版社,:-.
[3]李春胜,黄德彬.金属材料手册[M].北京:化学工业出版社,:-.
[4]吕德林,李砚珠.焊接金相分析[M].北京:机械工业出版社,:44-53.
[5]高强.最新有色金属金相图谱大全[M].北京:冶金工业出版社,:-.
[6]马爱斌,蒋建清,陈绍麟.金属热处理及质量检验[M].南京:东南大学大学出版社,:26-29.
文章来源材料与测试网期刊论文理化检验－物理分册58卷1期(pp:41-44)
