高品质6061-T6大口径铝管结构件为目前国际主流半导体设备用关键材料之一。随着我国半导体装备业水平的迅猛发展,对高品质6061铝合金的需求增长迅速,而国产6061铝合金因其阳极氧化膜均匀性和致密性差,难以满足使用要求,该合金的进口又需要很长的周期,严重制约了我国半导体行业的发展。因此,实现高品质6061铝合金的国产化要求迫切。本文通过OM,SEM,EDS,TEM等手段研究了元素配比、熔铸工艺对6061铝合金铸锭组织的影响,优化了合金成分和熔铸工艺,并深入研究了均匀化工艺以及Mn含量在均匀化过程中对第二相的影响规律。

为实现半导体设备用高品质6061-T6大口径铝管结构件的国产化提供理论指导。本文研究的主要结果如下： 成分优化实验表明,Mg/Si比、Mn/Fe比对铸锭组织影响显著：①Mg/Si比应控制在1.73-1.88之间,可获得较好质量的阳极氧化膜。Mg/Si比为1.33(Si过剩)时,过剩Si使6061铝合金铸态组织中出现单质Si,均匀化后晶界处仍存在偏聚Si相,导致基体组织不均匀,影响阳极氧化膜质量。Mg/Si比大于1.73(Mg过剩)时,过剩Mg使铸态组织晶界处Mg2Si富集量增加,均匀化后晶界处Mg2Si相回溶,对阳极氧化膜影响不大,且Mg能改善阳极氧化膜的质量,因此Mg/Si比为1.88的阳极氧化膜质量较佳。②Mn/Fe比应控制在1左右,能得到较好的铸锭组织。Mn能影响富Fe相的形态,能有效促进a-A1FeMnSi的生成；Mn/Fe比为1时,Mn能很好的改善富Fe相的形态;Mn/Fe比小于0.5时,不能很好的改善富Fe相的形态。 冷却速度的增加能改善结晶相的尺寸和形态及细化晶粒。铁模铸造时,晶界处结晶相主要为粗大的富Fe相以及少量的Mg2Si相；水冷铜模铸造时,晶粒细小均匀,晶界处结晶相主要以Mg2Si相以及少量的骨骼状富Fe相。电磁搅拌能减少6061铝合金的冶金缺陷及宏观偏析,细化晶粒并改善Mg2Si及富Fe相形态和尺寸。

6061-T6大口径铝管 均匀化实验过程中,Mn含量会影响均匀化进程,Mn含量为0.036%的6061铝合金较佳均匀化工艺为570℃/24h,Mn含量为0.14%的6061铝合金较佳均匀化工艺为570℃/12h。Mn含量的增加对Mg2Si的回溶无明显影响,但能够促进粗大富Fe相的球化。TEM组织观察表明,均匀化过程中富铁相会发生转化和析出两种相变。其中转化相变分为两种：①p-A14.5FeSi相→α-Al8Fe2Si相②p-A14.5FeSi相→α-AlMnFeSi相。过程②的相变程度受Mn含量的控约,Mn能促进该过程的转变。同时均匀化过程中会析出弥散的颗粒状富铁相