6XXX鋁合金屬于Al-Mg-Si系合金，是可熱處理強化的變形鋁合金，其耐腐蝕性好，具有強度中等、無應力腐蝕開裂傾向、焊接性能良好、易于成型等優點，廣泛應用于燃料組件的包殼材料中。在包殼材料的車削加工過程中，個別部位出現表面剝落現象。這種剝落現象的發生會導致產品直接報廢。

      某6061鋁合金管材發生剝落現象，研究人員采用一系列理化檢驗方法對鋁合金表面剝落的原因進行分析，以防止該類問題再次發生。

1、 理化檢驗

1.1 化學成分分析

     對該6061鋁合金管材試樣進行化學成分分析，結果如表1所示。由表1可知：該鋁合金管的主要成分為Al、Mg、Si等元素，還有少量的Cr元素和Cu元素，實測值均符合技術要求。

1.2 掃描電鏡 (SEM) 和能譜分析

     在表面剝落區域截取并制備試樣，對試樣進行超聲清洗并吹干，將試樣置于掃描電鏡下觀察，結果如圖1所示。由圖1可知：剝落區域表面疏松且凸凹不平，該表面高度明顯低于正常區域，正常區域表面光滑平整。

      對剝落區域進行能譜分析，結果如圖2及表2所示。由圖2可知：夾雜物在該區域聚集分布，同時在聚集的夾雜物中存在裂紋和孔洞。由表2可知：剝落區域的主要成分為Al、Mg、Si、C、O等元素，和正常區域相比，剝落區域O元素質量分數較大，甚至達到了53%，正常區域O元素質量分數為1%左右，剝落區域和正常區域O元素質量分數差別較大；剝落區域還存在1.20%（質量分數，下同）的Cl元素和0.22%的S元素，以及存在1.06%的Cl元素、0.41%的S元素和0.36%的Na元素。

      根據能譜分析結果推測：剝落區域可能存在氧化物夾雜和鋁合金溶劑的殘留物，氧化物夾雜主要含有Al2O3、MgO和MgAl2O4，Na元素和Cl元素是精煉反應中生成物分離效果不好殘留的精煉劑成分，但含量較少；S元素是電解時陽極碳棒中存在的一些硫化物進入鋁液中產生，與Na等元素形成夾雜。

1.3 X射線衍射分析

     利用X射線衍射儀的點光源對剝落處進行分析，結果如圖3所示。由圖3可知：衍射峰主要為Al和Al2O3，從而判定物相主要為Al和少量的Al2O3。根據資料推斷，剝落部位應該存在Al2O3和SiO2等夾雜物，由于SiO2夾雜物的含量很少，只出現在極個別的位置，X射線衍射儀未能檢測出SiO2。

2、 綜合分析

     結合以上理化檢驗結果可知，剝落區域存在少量的Al2O3和微量的SiO2、MgO等氧化物夾雜及微量的精煉劑殘留物。精煉劑殘留物是鋁液在熔煉過程中，對精煉劑進行覆蓋和精煉時帶入的，殘留劑硬度低于鋁基體。氧化物夾雜以Al2O3為主，是高溫熔煉形成的，這類夾雜物硬度大于基體，會對后續的產品加工產生質量方面產生影響或者使刀具崩壞，是鋁合金管材車削時表面發生剝落的主要原因。

3、 結論

     在表面剝落的地方存在少量的Al2O3和微量的SiO2、MgO等氧化物夾雜，以及微量的精煉劑殘留物，由于Al2O3夾雜的硬度遠大于鋁基體，從而使管材在車削時出現表面剝落的現象。

作者：杜艷華1，2，蔡振方1，2，董青1，2

單位：1.中核新型材料研究與應用開發重點實驗室；

2.中核北方核燃料元件有限公司

來源：《理化檢驗-物理分冊》2024年第6期