制備優(yōu)質(zhì)坯料降低雙零鋁箔針孔度

制備優(yōu)質(zhì)坯料降低雙零鋁箔針孔度王繼【摘要】Basedontheanalysisoftherawandauxiliarymaterials,castingqualityandstock,thepaperidentifiedcausesofthepinholeformationduetostock,anditputforwardpreventionmeasurescorrespondingly,thusreducingpinholesandimprovingthequalityofdoublezeroaluminumfoils.%通過對(duì)原輔材料、熔鑄質(zhì)量和坯料狀況進(jìn)行分析，找出因坯料產(chǎn)生雙零鋁箔針孔的原因，并采取相應(yīng)的控制措施，以減少針孔數(shù)、降低針孔度，提高雙零鋁箔的質(zhì)量?！酒诳Q】《有色金屬加工》【年(卷)，期】2015(000)001【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(P29-31)【關(guān)鍵詞】雙零鋁箔;坯料;針孔;針孔度【作者】王繼【作者單位】中色科技股份有限公司，河南洛陽(yáng)471039【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TG339在滿足防潮性、阻氣性和遮光性要求的前提下，包裝鋁箔的厚度越小成本越低，因此，90%以上的包裝用鋁箔采用了雙零鋁箔［1］。針孔是雙零鋁箔缺陷中影響最嚴(yán)重的缺陷，0.0065mm的雙零鋁箔多時(shí)每平米會(huì)有1000-2000個(gè)針孔[2],通常將每平方米鋁箔的針孔數(shù)稱為針孔度。針孔度與雙零鋁箔的防潮性、阻氣性和遮光性有直接關(guān)系，生產(chǎn)高質(zhì)量雙零鋁箔必須控制其針孔度。雙零鋁箔針孔的成因很多，通過對(duì)針孔形態(tài)的研究發(fā)現(xiàn)，一些針孔的形成與坯料質(zhì)量有直接關(guān)系。且無(wú)論是熱軋坯料還是鑄軋坯料，其質(zhì)量水平均會(huì)對(duì)產(chǎn)品的針孔數(shù)量有重要影響。由于坯料質(zhì)量而出現(xiàn)的針孔在箔軋階段是無(wú)法控制的，只有嚴(yán)格控制坯料生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，才能有效降低雙零鋁箔的針孔度。1原輔材料原輔材料不夠潔凈，熔煉過程中就會(huì)造成熔體內(nèi)含渣、含氫氣量增加，使得坯料含有大量氣泡、砂眼等內(nèi)部缺陷，導(dǎo)致在軋制雙零鋁箔時(shí)出現(xiàn)針孔。1.1原料儲(chǔ)存環(huán)境生產(chǎn)坯料用的鋁錠受潮或被雨淋后表面會(huì)形成氧化膜AI2O3和Al(OH)3，水份會(huì)吸附在氧化膜上。當(dāng)氧化膜熔入鋁熔體，吸附其中的水分便會(huì)與鋁熔體發(fā)生反應(yīng):2AI+3H2O=AI2O3+6[H]。生成的氫容易被鋁熔體吸收，導(dǎo)致鋁熔體中的含氣量增加。所以用于生產(chǎn)坯料的鋁錠應(yīng)存放在干燥區(qū)域，必要時(shí)可在熔化前進(jìn)行烘干以排除其吸附的水分。1.2廢料原料采用冷軋或箔軋廢料制作鋁錠時(shí)，應(yīng)注意這類廢料中殘留的軋制油，如果將廢料直接加入熔鋁爐，殘留的軋制油在分解后會(huì)污染鋁熔體，且會(huì)增加熔體中的含氫量。同時(shí)，由于廢料較薄、表面積較大，熔煉過程中會(huì)造成大量燒損，導(dǎo)致熔體內(nèi)含渣量增多。如果后續(xù)工藝不能有效除掉渣體，最終雙零鋁箔成品的針孔數(shù)量就會(huì)成倍增加。因此在熔化有油污的廢料之前，應(yīng)將其預(yù)熱除去油污和水分，同時(shí)將易燒損的薄片廢料放置于爐底以減少燒損造渣量。1.3各種輔料各種精煉劑、添加劑和熔劑等輔料的使用要非常嚴(yán)格。精煉劑中含有大量的鉀、鈉等鹽類，如吸潮結(jié)塊，熔煉時(shí)會(huì)將水分帶入熔體，造成熔體含氫量過高，因此精煉劑要儲(chǔ)存在干燥區(qū)域，必要時(shí)在使用前進(jìn)行烘干。由于中間合金熔點(diǎn)低且易在鋁熔體中快速熔解，通常用作添加劑，但不易使用由廢雜鋁或低品位鋁錠生產(chǎn)的中間合金，以減少進(jìn)入熔體的雜質(zhì)量。熔劑由堿金屬或堿土金屬鹵素鹽類的混合物組成，要保證正確的成分組成比例，防止鋁熔體的二次污染[3],同時(shí)在使用前也要進(jìn)行干燥，防止因帶入水分而污染鋁熔體。2熔鑄質(zhì)量鋁熔體中大量的氣體和雜質(zhì)，是雙零鋁箔產(chǎn)生針孔的重要原因。有效的鋁液凈化、過濾、晶粒細(xì)化等措施，是控制雙零鋁箔針孔數(shù)量的必要手段。2.1殘存的氫鋁及鋁合金在高溫下與水汽發(fā)生反應(yīng):2Al+3H2O=Al2O3+6[H]。其中氫以原子或離子狀態(tài)游離于熔體中，熔體結(jié)晶過程中大部分氫會(huì)以氣態(tài)的形式排出。由于氫的逸出與溫度、夕卜界壓力和氣泡成核條件有關(guān)，隨溫度降低所生成的氣泡尺寸變小來不及逸出，因此會(huì)有部分殘存于坯料中。殘存的氫會(huì)在組織疏松的地方形成氣泡，這些氣泡在軋制過程中逐漸被壓扁拉平或拉長(zhǎng)，沿軋制方向形成連續(xù)或斷續(xù)的氣道。這些氣道在厚箔軋制階段不易被發(fā)現(xiàn)，但在薄箔特別是雙零箔軋制時(shí)就會(huì)在表面出現(xiàn)成串的針孔，這些針孔沿氣道分布且大小不一。這是雙零箔產(chǎn)生針孔的主要原因之一，且含氫量越多針孔度越高。實(shí)際生產(chǎn)中鋁熔體精煉后的氫含量應(yīng)控制在不超過0.12ml/100gAl[4]。2.2精煉除氫為滿足含氫量要求，需采取有效的精煉除氫措施，將不熔于熔體的高純度精煉氣體加入到熔體中，常用的精煉氣體有N2-Cl2或Ar-Cl2。選用N2-Cl2精煉氣體，鋁熔體中發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):3Cl2+2Al=2AlCl3;Cl2+2[H]=2HCl。2AlCl3、2HCl、N2等均為氣態(tài)，在熔體中形成氣泡。溶解于鋁熔體中沒有與Cl反應(yīng)的氫會(huì)向氣泡中擴(kuò)散，氣泡上升脫離鋁熔體后，氫隨之排出。如果精煉氣體中含有的水汽及氧氣過多就會(huì)發(fā)生反應(yīng):2Al+3H2O=Al2O3+6[H];4Al+3O2=2Al2O3。熔體中氫的含量增加了，同時(shí)由于氫在氧化鋁中的擴(kuò)散系數(shù)是鋁熔體中的1/10，氧化鋁的生成在一定程度上阻礙了氫向氣泡中擴(kuò)散，這樣就無(wú)法有效地降低熔體中的氫含量。生產(chǎn)高質(zhì)量的雙零鋁箔，精煉氣體的純度應(yīng)達(dá)到99.999%以上[5]。2.3除雜在熔煉轉(zhuǎn)注或鑄造過程中不可避免地會(huì)形成夾雜物，這些夾雜物有脆硬的氧化物和碳化物，也有較疏松的氯化物、氟化物和耐火材料碎屑等。大于5pm的夾雜物使得箔軋時(shí)產(chǎn)生條狀缺陷，細(xì)小夾雜則會(huì)使鋁箔在雙合軋制時(shí)形成密集的針孔。如果要生產(chǎn)6~7pm厚的雙零鋁箔，則夾雜物的尺寸應(yīng)控制在5pm以下。合理設(shè)計(jì)過濾器，選擇具有優(yōu)良高溫強(qiáng)度和孔隙率的過濾材料，適當(dāng)增加過濾板的厚度，減緩過濾速度，能有效提高過濾效果。采用孔隙度在20~50ppi范圍的泡沫陶瓷過濾板過濾鋁熔體除去夾雜物，過濾后夾雜物的含量可降至0.0009%-0.0036%（重量百分比），過濾效率可達(dá)到50%[5]。2.4晶粒細(xì)化2.4.1細(xì)化劑的選擇坯料在熔煉鑄造過程中若晶粒過大、出現(xiàn)粗大的麥穗晶時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣孔，致使箔軋時(shí)針孔數(shù)量增多?？商砑舆m量晶粒細(xì)化劑，使晶粒組織細(xì)小均勻。Ti能細(xì)化鑄造組織，如果同時(shí)添加一定量的B，細(xì)化晶粒效果會(huì)更佳，生產(chǎn)中常選用Al-Ti和Al-Ti-B中間合金作為晶粒細(xì)化劑。其細(xì)化機(jī)理是TiAl3、TiB2能在鋁熔體中起到夕卜來晶核作用，通過增加晶核數(shù)量細(xì)化晶粒。相較而言，Al-Ti-B中間合金的細(xì)化效果更好、時(shí)效更長(zhǎng)。2.4.2細(xì)化劑的使用如將晶粒細(xì)化劑直接加入到熔爐內(nèi)，會(huì)造成大量燒損，而且不均勻，細(xì)化效果差。為得到最佳晶粒度，得到組織均勻、晶粒細(xì)小的坯料，要將優(yōu)質(zhì)的Al-Ti-B線桿依照鑄造速度連續(xù)加入到流槽中，這樣既節(jié)約了細(xì)化劑又能讓細(xì)化效果最佳化。TiB2易與氧化物聚合，中間合金線桿要插入經(jīng)過濾的潔凈液流內(nèi)，并且插入部位與結(jié)晶器之間要留有合適的長(zhǎng)度。但晶粒過度細(xì)化會(huì)增加軋制過程中的硬化程度，另外Ti、B含量過高會(huì)生成粗大的金屬間化合物，增加雙零鋁箔的針孔度。因此，要嚴(yán)格控制晶粒細(xì)化劑的加入量。3內(nèi)部組織3.1Fe、Si含量及3（Fe）/3（Si）比值雙零鋁箔主要采用1xxx合金，其主要合金元素是Fe和Si，它們固溶于Al中或以化合物的形式析出。固溶的Fe和Si越多，加工硬化率越大。Si能顯著降低Fe在Al基體中的擴(kuò)散激活能，有利于含F(xiàn)e化合物的析出。Fe可促進(jìn)Si析出〃凈化”Al基體，有利于提高軋制性能［6］。因此坯料的力學(xué)性能不僅受Fe、Si含量的影響，還受3（Fe）/3（Si）的影響。Si在Al基體中的固溶度很大并且其固溶量對(duì)鋁箔軋制的硬化影響最大，增大軋制過程中的變形抗力，在鋁箔軋制到較薄時(shí)增加針孔數(shù)。同時(shí)Si含量偏高時(shí)易產(chǎn)生Si的晶界偏析，不易使Si充分析出。Fe在Al基體中的固溶度很小，但w（Fe）＜0.5%~0.1%時(shí)，〃凈化”Al基體的作用不能充分發(fā)揮，而w（Fe）＞1.3%-2.5%時(shí)將使Al-Fe系化合物變得粗大、材料抗蝕性能下降°3（Fe）/3（Si）＜2時(shí)，坯料呈脆性不易軋制變形，當(dāng)在3（Fe）/3（Si）的比值大于5時(shí)，粗大針片狀的FeAl3相會(huì)大量增加［7］，導(dǎo)致針孔數(shù)隨之增多。一般要求坯料中3（Si）＜0.2%,Fe含量要大于Si含量，同時(shí)3（Fe）/3（Si）比值控制在2.0~4.0之間。3.2合金相及尺寸雙零鋁箔的針孔與坯料內(nèi)部相的組成和尺寸有密切關(guān)系，理想坯料中的化合物應(yīng)以a(FeSiAl)和P(FeSiAl)相為主，F(xiàn)eAl3相的含量越少越好°a(FeSiAl)相是比較理想的鑄態(tài)化合物，這種相以骨骼狀和圓顆粒狀為主，易在變形中破碎且較容易在均勻化過程中溶解到基體中°B(FeSiAl)相為針條狀化合相，尺寸通常較小對(duì)針孔形成影響不大。FeAl3為粗大針片狀化合相，在鋁箔軋制過程中容易形成裂紋源擴(kuò)展形成針孔，它是雙零鋁箔針孔數(shù)較多的一個(gè)主要原因，要嚴(yán)格控制它在化合物中的比例。另外，鋁箔坯料中粗大的第二相在軋制過程中容易形成裂紋源擴(kuò)展形成針孔。雙零鋁箔的厚度只有6-7pm，因此任何大于5pm的粗大第二相均可導(dǎo)致針孔的產(chǎn)生。但坯料中晶粒小于1pm會(huì)使加工硬化率提高，塑性變形性能降低。因此，坯料中化合相的尺寸控制在1~5pm之間［8］。4表面質(zhì)量存留于坯料表面的擦劃傷、起皮、腐蝕斑痕、壓入等各種缺陷，在軋制過程中會(huì)以拉長(zhǎng)的形式繼續(xù)留在表面。當(dāng)壓下量達(dá)到一定程度時(shí)，這些缺陷就會(huì)隨厚度的減薄并依其缺陷的嚴(yán)重程度而形成數(shù)量和大小不等的針孔，甚至孔洞。在生產(chǎn)鑄軋坯料的過程中，如果軋輥表面粗糙度較大、龜裂嚴(yán)重或有粘鋁時(shí)，就會(huì)在鑄軋坯料的表面產(chǎn)生突起物或麻坑等缺陷，這些缺陷在后續(xù)鋁箔軋制時(shí)就會(huì)形成針孔［3］。因此，用于軋制雙零鋁箔的坯料，必須具有優(yōu)良的表面質(zhì)量。5結(jié)語(yǔ)隨著對(duì)雙零鋁箔軋制工藝方法的逐步掌握，坯料質(zhì)量對(duì)雙零鋁箔針孔的影響會(huì)越來越突出，只有嚴(yán)格控制坯料生產(chǎn)中的每個(gè)生產(chǎn)細(xì)節(jié)，考慮到各種影響因素，才能從根本上降低雙零鋁箔產(chǎn)品的針孔度，生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。參考文獻(xiàn)［1］杜娟，肖陽(yáng)，趙衛(wèi)濤，等.國(guó)內(nèi)雙零鋁箔常見質(zhì)量問題及分析.輕合金加工技術(shù)，2010,38(6):23-27.[2]蔡海濤，任靜.減少雙零鋁箔針孔缺陷的探討.輕合金加工技術(shù)，2013,31(1):18-24.[3]李懷武，任書卿.提高鑄軋坯料質(zhì)量降低雙零鋁箔針孔率輕合金加工技術(shù)，2012,40(2):27-30.[4]黃金法，張學(xué)平.鋁箔毛料質(zhì)量的重要性和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求.輕合金加工技術(shù)，