铝合金氢气气泡形成机制与影响因素全解析

铝合金生产过程中，氢气气泡问题严重影响产品质量。深入探究其形成条件与影响因素，对提升铝合金品质至关重要。

氢气气泡形成条件：三方“协作”致气泡产生

PRADID的研究表明，气泡形成离不开夹杂物、氢气及高温环境这三个关键条件。夹杂物的来源颇为广泛，熔炼浇铸阶段以及热加工或冷加工过程都可能引入夹杂物。而氢气来源主要有两处，一是熔炼下料时所使用的铝原料，二是熔炼浇铸过程中产生的氢气。不仅如此，外部因素也不可小觑，铝合金表面残留的蜡、清洁剂、油渍等污染物，以及热处理炉内的水蒸气，都可能成为氢气的额外来源。除了氢气及夹杂物，高温环境是气泡形成的必要“温床”。在高温状态下，晶界上被困住的氢气会在晶界的夹杂物或化合物处析出，随着高温持续时间的延长，晶界上析出的气体量增多，进而发生膨胀。这种气体膨胀通常发生在材料的次表面，或者再结晶层与未完全再结晶的界面，就像在材料内部埋下了一颗颗“气泡种子”，等待合适时机“发芽”。

7050管材的气泡分析：微观结构中的气泡成因

7050管材经固溶处理后，表面出现气泡。通过剖面金相分析，我们发现孔洞集中在粗晶与未完全再结晶的界面。在高温作用下，孔洞内气体膨胀，从而在管件表面形成气泡缺陷。从右图可见，粗晶与未完全再结晶的界面或晶界产生的孔洞起初不连续且个别存在。然而，长时间高温使得个别氢气孔不断成长，内部压力增大，最终导致气孔间材料被撕裂，形成连续的大孔洞。这背后的原理是，粗晶晶界面积小，氢气更容易从外界进入，然后通过晶界累积在未再结晶面上，或者内部氢气向表面析出，在再结晶与未再结晶面上汇合。大量气体在粗晶与未完全再结晶的界面聚集，逐渐形成孔洞，最终演变成表面气泡。这一过程犹如一场微观世界里的“气体运动与材料变化”的戏剧，清晰展现了气泡从微小孔洞逐渐发展为表面缺陷的过程。

气泡影响因素：多因素交织影响气泡特征

气泡的大小与热处理温度和时间紧密相关，呈现出温度越高、时间越长，气泡越大的规律。除此之外，还有众多因素影响气泡的产生与特征。不同合金种类对气泡形成的敏感性不同，高镁成分及高强度合金由于在液态或高温固态时更容易吸收氢气，所以更易出现气泡问题。炉内水蒸气在高温热处理时，会使铝合金表面发生高温氧化，氢气趁机渗入次表面，从而引发气泡问题。另外，铝合金高温热处理时，如果表面存在蜡、转化膜、油渍、脱脂剂、脱模剂或清洗剂等物质，这些物质在高温下可能分解出氢气，渗入铝材次表面，进一步加剧气泡的产生。这些因素相互交织，共同影响着气泡的产生与发展，如同复杂的网络，牵一发而动全身。

7075合金无缝管的气泡研究：微观分析揭示气泡真相

对7075合金无缝管的气泡分析为我们提供了更直观的认识。挤压无缝管经470℃固溶处理1h后淬火，管材表面出现气泡现象。对气泡位置切片，经研磨抛光后用扫描式电子显微镜（SEM）观察及分析。结果显示，7075材料经固溶处理产生气泡，从左图气泡位置经金相抛光及SEM观察可见其微观结构。使用能量色散光谱仪（EDS）分析气泡内部，发现其中存在氧化铝夹杂物（白色物质），孔洞内灰色物质为抛光铝屑，也就是基材成分。这表明在高温环境下，气体在夹杂物周围扩散累积，使得孔洞不断扩大。当孔洞处于材料次表面且气孔压力过大时，就会产生表面气泡问题。通过对7075合金无缝管气泡的研究，我们从微观层面深入了解了气泡形成的具体机制，为解决铝合金气泡问题提供了重要的依据。