王 繼

(中色科技股份有限公司，河南洛陽(yáng)471039)

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(guò)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(guò)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Al2O3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):2Al+3H2O=Al2O3+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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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、外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(lái)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(guò)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(guò) 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(méi)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(guò)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(guò)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5μm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)6～7μm厚的雙零鋁箔，則夾雜物的尺寸應(yīng)控制在5μm以下。合理設(shè)計(jì)過(guò)濾器，選擇具有優(yōu)良高溫強(qiáng)度和孔隙率的過(guò)濾材料，適當(dāng)增加過(guò)濾板的厚度，減緩過(guò)濾速度，能有效提高過(guò)濾效果。采用孔隙度在20～50ppi范圍的泡沫陶瓷過(guò)濾板過(guò)濾鋁熔體除去夾雜物，過(guò)濾后夾雜物的含量可降至0.0009% ～0.0036%(重量百分比)，過(guò)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(guò)程中若晶粒過(guò)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能在鋁熔體中起到外來(lái)晶核作用，通過(guò)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(guò)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(guò)度細(xì)化會(huì)增加軋制過(guò)程中的硬化程度，另外Ti、B含量過(guò)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

3.1 Fe、Si含量及 ω(Fe)/ω(Si)比值

雙零鋁箔主要采用1×××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ω(Fe)/ω(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(guò)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ω(Fe)＜0.5% ～0.1%時(shí)，“凈化”Al基體的作用不能充分發(fā)揮，而ω(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。ω(Fe)/ω(Si)＜2時(shí)，坯料呈脆性不易軋制變形，當(dāng)在ω(Fe)/ω(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ω(Si)＜0.2%，F(xiàn)e含量要大于Si含量，同時(shí)ω(Fe)/ω(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α(FeSiAl)和β(FeSiAl)相為主，F(xiàn)eAl3相的含量越少越好。α(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(guò)程中溶解到基體中。β(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(guò)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(guò)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6～7μm，因此任何大于5μm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1μm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 ～5μm 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(guò)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(guò)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(lái)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。

［1］杜娟，肖陽(yáng)，趙衛(wèi)濤，等.國(guó)內(nèi)雙零鋁箔常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)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(shū)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)，31(9):17 －18.

［5］劉國(guó)金.坯料對(duì)鋁箔質(zhì)量的影響.有色金屬加工，2002，31(3):33－36.

［6］李鳳珍，劉兆晶，金栓，等.鋁及鋁鐵合金的加工軟化機(jī)理［J］.中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，1997，7(1):98.

［7］牛猛，趙光輝.鋁箔毛料質(zhì)量對(duì)鋁箔軋制生產(chǎn)的影響.輕合金加工技術(shù)，2003，31(12):20 －22.

［8］張靜，湯愛(ài)濤，潘復(fù)生.韓國(guó)鋁箔毛料和國(guó)產(chǎn)鋁箔毛料的比較研究.輕合金加工技術(shù)，1999，27(11):17－21.