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【失效分析】鋁合金外殼開裂不良分析
01測試背景
客戶鋁合金外殼在生產陽極完成后，即發現部分產品內腔開裂。依客戶要求，對開裂失效樣品進行失效分析，以期找出失效原因。
外殼材質為6系鋁合金，加工工藝為：鋁擠→CNC→注塑→CNC→噴砂→陽極。(下圖展示為外殼內腔)
圖1 外殼開裂不良圖片
02實驗方案
03方案詳解
3.1宏觀形貌觀察
外殼內腔開裂位置對應產品外部塑膠條邊緣與基材結合處，該裂紋長約6.5mm，裂紋較為曲折，且寬度不一，兩端呈細紋狀(如區域1及區域4)，中部多為較深的裂縫或較寬的凹槽(如區域2及區域3)，其附近未見明顯外部作用造成的變形或碰刮傷痕跡，如圖2所示。
圖2 外殼開裂位置宏觀形貌圖
3.2微觀形貌觀察及成分分析
1.裂紋附近陽極膜完整，其形貌正常，無明顯受力破損痕跡；
2.裂紋處及其附近正常區域均為陽極膜成分，推測裂紋中可能存在陽極膜；
3.區域3開裂處存在異物，EDS測試結果表明其主要含C、O元素，推測該異物可能為塑膠。
圖3 開裂外殼微觀形貌圖
3.3截面切片觀察
1.塑料條底部基材厚薄不均，裂縫處基材厚度最薄，僅為278μm；
2.開裂處裂縫貫穿整個鋁合金基體，裂縫由外測向內腔間隙逐漸變小，最寬處約66μm；
3.裂縫內部基材呈鋸齒狀，且鋸齒具有統一的方向，呈典型的受力開裂特征；
4.外殼開裂位置較其他位置金相組織無明顯差異，但塑膠底部拐角處裂紋位置可觀察到明顯的晶粒變形和二次相方向改變，疑為受力開裂裂紋源。
圖4 開裂外殼截面切片圖
3.4截面成分分析
1.外殼裂縫中基材表面可檢測到陽極膜成分，且存在較完整的陽極膜結構，說明裂縫在陽極制程之前已存在；
2.裂縫中靠近塑膠位置異物成分與塑膠成分一致，說明注塑成型時該裂縫已存在。
圖5 外殼裂紋處截面形貌圖
3.5化學成分測試
開裂外殼鋁合金基材化學成分符合客戶要求。
3.6硬度測試
開裂外殼裂縫附近硬度與其他位置硬度無明顯差異，均符合客戶要求。
04分析討論
1.外殼開裂位置位于塑膠條邊緣與基材結合處，裂紋源位于外側塑膠底部基材薄弱處，該處可觀察到明顯的晶粒變形和二次相方向改變；
2.外殼裂縫由外側塑膠底部向內腔基材表面擴展，縫隙逐漸變小；
3.外殼裂縫處存在完整的陽極膜結構，且裂縫內部異物成分與塑膠成分一致，說明裂縫在陽極前，注塑成型時便已存在；
4.外殼樣品化學成分及開裂位置硬度均無明顯異常，符合客戶要求。
05結論與建議
結論：
外殼樣品在注塑前CNC過程中，由于刀頭過鈍或者進給過深，在塑膠底部薄弱處應力集中產生微裂紋，注塑時受力將裂紋擴大，以致陽極后引起表觀異常。
建議：
建議加強CNC及注塑制程品質管控，改善生產加工工藝，減少裂紋缺陷的產生。
