材料失效分析

       测试背景：客户提供之计算机铝合金支架毛坯件，其铰链上存在呈线状分布的凸起颗粒，且分布方向平行于铝挤方向。客户提供之阳极件，在相同位置存在一条黑线，其方向亦平行于铝挤方向。
       01、测试项目、规范与设备

       1.1测试项目及测试规范

         1.2测试设备

        02、测试环境及样品概述
        2.1测试环境
        温度：22.01℃；相对湿度：69.19%
        2.2样品照片及缺陷描述

      客户之计算机铝合金支架主要制程为：6系铝挤型材（毛坯件）→CNC1夹→CNC2夹→CNC3夹→清洗（碱洗和酸洗）→全检→喷砂→阳极。客户提供之Stand毛坯件，其铰链上存在呈线状分布的凸起颗粒，且分布方向平行于铝挤方向。客户提供之阳极件，在相同位置存在一条黑线，其方向亦平行于铝挤方向（见图1）。

        为找到造成缺陷之真因，实验室对毛坯件及阳极件的缺陷区域进行了分析。

图1.样品及缺陷照片

       毛坯件表面存在深浅不一的铝挤痕，凸起颗粒大小不一，其表面亦可见挤压痕，颗粒沿铝挤方向被拉长，个别颗粒垂直于铝挤方向的尺寸达167μm（见图2）；

       阳极件黑线区域阳极膜较为粗糙，且黑线上存在大小不一的凹坑，大凹坑尺寸为177μm（见图3)；

      EDS成分测试结果表明，毛坯件表面的凸起颗粒与其周围基材均含有C、O、Mg、Al元素，二者各元素含量无明显差异（见表1）；

       阳极件的黑线区域与其周围正常区域均表现为阳极膜成分，未见其它异常元素。

图2.样品表面SEM形貌观察

图3.样品表面形貌及EDS成分测试位置

表1.样品表面EDS成分测试结果(wt%)

       3.2 | 截面观察（抛光态）

       从截面可看，毛坯件上的凸起颗粒高于表面36.55μm，其截面轮廓凹凸起伏，与表面SEM形貌观察结果相符（见图4）；

       毛坯件凸起颗粒的底部存在密集分布的孔洞，颗粒下部及其周围靠近表面处可见灰暗区域；

       阳极件黑线区域非凹坑处阳极膜厚度小于附近正常区域（厚度大于11μm），其表面及对应基材的轮廓均较为粗糙，与表面形貌观察结果相符；

       阳极件黑线区域凹坑处基材呈凹陷状（深度为29μm），坑内阳极膜厚度不均，且小于附近正常区域，推测凹坑缺陷应形成于阳极制程之前。

图4.样品截面抛光态观察

       3.3 | EDS成分分析（毛坯件截面抛光态）

       为确定毛坯件截面灰暗区域（见图5）的成分，对其进行EDS成分分析，结果见表2：

       与其它区域相比，孔洞附近及灰暗区域检测到较高含量的O元素（测试位置2、位置3），推测灰暗区域可能存在氧化皮；除局部含有O元素外，凸起颗粒成分与样品内部基材成分无明显差异。

图5.毛坯件截面形貌及EDS成分测试位置

表2 毛坯件截面EDS成分测试结果(wt%)

       3.4 | 金相组织（截面）

       经金相腐蚀后，可见毛坯件抛光态下的灰暗区域被优先腐蚀，使凸起颗粒内部及其周围产生大的孔洞和缝隙，残留金属贴附于样品表面（见图6）；

       毛坯件凸起颗粒对应基材可见深度为18.85μm的凹坑，样品基材金相组织未见异常；

图6 样品截面金相组织

       04、结论与建议
       结论：
      1.毛坯件表面凸起颗粒大小不一，其成分未见异常；
      2.阳极件黑线区域阳极膜较为粗糙，且存在大小不一的凹坑，其成分未见异常；
      3.毛坯件表面的凸起颗粒与阳极件黑线区域的凹坑尺寸均在100~200μm；

      4.在截面抛光态下可见毛坯件凸起颗粒及其周围存在灰暗区域，EDS成分分析表明灰色区域O含量较高；

      5.从截面可见阳极件凹坑处与非凹坑处阳极膜均比附近正常区域薄，凹坑深度为29μm；

      6.经金相腐蚀后，毛坯件截面抛光态下的灰暗区域被优先腐蚀而形成大的孔洞和缝隙，阳极件截面金相组织未见明显异常；

      7.综上，推测毛坯件上的凸起颗粒应为铝挤时压入型材表面的金属碎屑，而阳极件表面的黑线是由于基材表面粗糙度大且存在凹坑造成，这可能与型材表面质量有关。

       建议：原材料供应商检讨铝挤制程，如清除毛料的毛刺和清理挤压筒内的残余金属，并改善模具表面质量。