..通過(guò)掃描電子顯微鏡分析鋁箔斷帶的原因義新國(guó)孟紅波田常娟XX中鋁鋁業(yè),XX550013通信作者,E-mail:287472670qq摘要在對(duì)鑄軋卷生產(chǎn)的雙零鋁箔軋制生產(chǎn)長(zhǎng)期跟蹤的情況下,收集大量斷帶缺陷樣品,通過(guò)現(xiàn)代先進(jìn)材料檢測(cè)方法——掃描電子顯微鏡對(duì)缺陷處進(jìn)行高倍數(shù)形貌分析和能譜成分分析,并結(jié)合前后工序情況、來(lái)料情況、輔助材料情況、缺陷產(chǎn)生時(shí)的實(shí)際情況,聯(lián)動(dòng)的從理論和實(shí)際雙層面上分析雙零鋁箔軋制時(shí)斷帶產(chǎn)生的不同原因。提出了相應(yīng)的減輕或消除缺陷的措施。關(guān)鍵詞雙零鋁箔；鑄軋；斷帶；掃描電鏡分類(lèi)號(hào)斷帶是影響鋁箔軋制效率的主要原因之一,斷帶造成的不良影響有增加停機(jī)時(shí)間、斷帶處廢料、接頭率增加、接頭處鋁箔質(zhì)量問(wèn)題,甚至?xí)邪踩[患[1]。找到斷帶原因并制定相應(yīng)的措施是提高鋁箔軋制效率和鋁箔質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)之一。掃描電子顯微鏡是一種先進(jìn)的現(xiàn)代材料分析技術(shù),可以對(duì)鋁箔斷帶缺陷樣品進(jìn)行表面形貌分析和成分分析,從而從本質(zhì)上弄清鋁箔斷帶的真正原因。本文通過(guò)對(duì)厚度6um-6.5um,合金成分為1235的200多份鑄軋生產(chǎn)鋁箔缺陷樣品進(jìn)行掃描電鏡分析,初步得出造成鋁箔斷帶的主要原因有：坯料質(zhì)量〔包含鑄軋質(zhì)量、坯料板形、坯料表面質(zhì)量等、箔軋工藝〔包含軋制參數(shù)、軋制油、氧化、軋輥、操作方法、生產(chǎn)環(huán)境〔包含車(chē)間粉塵、蚊蟲(chóng)、設(shè)備油污、劃傷等。1坯料質(zhì)量對(duì)鋁箔斷帶的影響及對(duì)應(yīng)的解決措施1.1鑄軋熔體質(zhì)量晶粒細(xì)化劑Al-Ti-B系列的晶粒細(xì)化劑以棒狀形態(tài)加入鋁液中,其原始成分為Al3Ti和TiB2相,TiB2的相對(duì)分子量比鋁熔體大,易沉積大鋁液底部,鑄軋時(shí)被帶到鑄軋卷表面。同時(shí)TiB2粒子會(huì)與鋁材表面的Al、O等接觸成團(tuán),形成疏松組織[2],在后續(xù)箔軋的隨著鋁材的壓薄,疏松組織穿破鋁材或形成裂紋源,造成斷帶。典型的形貌圖和成分圖如下：在本次斷帶樣品掃描分析中,檢測(cè)到含Ti的疏松組織占比較大。所以晶粒細(xì)化劑加入不當(dāng)是造成斷帶的主要原因之一。解決措施的關(guān)鍵點(diǎn)是控制Al-Ti-B晶粒細(xì)化劑的加入速度、加入量和加入點(diǎn),減少TiB2相的沉積,同時(shí)使沉積的TiB2相重熔到鋁液中,同時(shí)研究新型的晶粒細(xì)化劑也有必要。鑄軋夾渣凈化處理不徹底、鑄嘴結(jié)渣脫落、鋁液轉(zhuǎn)移過(guò)程中混入氧化膜、高溫爐或溜槽中的耐火材料剝落都是鑄軋板中帶有氧化鋁夾渣的原因[3]。這類(lèi)夾渣主要成分為氧化鋁,熔點(diǎn)高、硬度且沒(méi)有延展性,較雙零鋁箔厚度來(lái)說(shuō),夾渣的尺寸很大,軋制到較薄厚度時(shí)往往刺穿箔面形成裂紋源,再擴(kuò)展開(kāi)裂斷帶。減少鑄軋夾渣斷帶的主要措施是減少夾渣混入鋁板的量,主要有加強(qiáng)熔體凈化處理、定期清潔高溫爐、注意固定溜槽的內(nèi)壁剝落情況、定期更換活動(dòng)溜槽、鑄嘴材料和制作工藝改進(jìn)、一次立板生產(chǎn)卷數(shù)控制等。氫含量鋁熔體易吸收氫氣,且隨著溫度越高含氫量越大,氫在鋁液中以小氣泡的形式存在,隨著鋁液流入鑄軋區(qū)并被壓入固態(tài)鋁板內(nèi)。這種內(nèi)部殘留有微小氣泡的鋁板,在軋制到一定厚度會(huì)進(jìn)行高溫退火和中間退火,其內(nèi)部的微小氣泡就有可能受熱膨脹[4],隨著鋁板被軋制的更薄,這些氣泡有可能暴露到箔材表面裂開(kāi),從而造成鋁箔斷帶。這種斷帶樣品通常檢測(cè)不到異物或成分異常,典型的掃描圖如下：減少鋁液中氫含量是整個(gè)行業(yè)一直關(guān)注和研究的課題,減少氫含量的主要方向就是加強(qiáng)精煉的效果,爐內(nèi)和爐外精煉都必不可少。目前國(guó)內(nèi)外比較先進(jìn)的爐內(nèi)精煉技術(shù)有溶劑噴射精煉、透氣磚精煉、爐頂吹氣精煉、爐側(cè)吹氣或固體精煉劑精煉[5]。中間合金溶解不均勻在鋁水熔煉的過(guò)程中,為了達(dá)到規(guī)定的合金成分,需要加入Fe、Si、Mn等中間合金,一般以Al-Fe合金、Al-Si合金、Al-Mn合金或鐵劑、速溶硅或錳劑的形式加入,然后進(jìn)行充分?jǐn)嚢?。若攪拌操作不?dāng)或中間合金質(zhì)量不達(dá)標(biāo),導(dǎo)致Fe、Si、Mn等元素不完全溶解。下圖為Fe元素溶解不均勻的斷帶電鏡圖：下圖為Si元素溶解不均勻的斷帶電鏡圖：選擇優(yōu)質(zhì)的中間合金原料并加強(qiáng)入廠檢測(cè),控制好熔煉工藝,如金屬鋁水溫度和熔煉時(shí)間是減少因中間合金溶解不均勻造成斷帶的兩大主要措施。1.2箔坯質(zhì)量缺陷箔坯質(zhì)量缺陷箔軋斷帶的主要類(lèi)型有：板型缺陷,箔坯表面質(zhì)量問(wèn)題如黑油、氧化、劃傷等,原始成分不合理及高溫退火造成的粗大第二相等。除表面質(zhì)量問(wèn)題有可能被電鏡檢測(cè)出外,其它兩類(lèi)很難檢測(cè)出。下圖為黑油造成的缺陷樣品電鏡分析圖：當(dāng)然,不僅是箔坯表面的黑油能造成箔軋斷帶,箔軋本身過(guò)程中帶入黑油也可能造成斷帶。并非所有的黑油混入都能引起斷帶,較輕微的可能只形成表面黑線,較嚴(yán)重的才會(huì)引起斷帶。據(jù)周亞軍分析,油泥主要由40%的鋁屑、60%的軋制油及其氧化物組成的粘稠狀黑色物質(zhì)[6]。與本文實(shí)際觀測(cè)到的情形很吻合。缺陷樣品宏觀上能早箔面上看到明顯的黑色物質(zhì),能譜檢測(cè)出鋁和軋制油及氧化物的成分。減少油泥缺陷的主要措施有加強(qiáng)軋制油管理,采用優(yōu)質(zhì)的軋制基礎(chǔ)油和添加劑,提高其穩(wěn)定性。另外對(duì)已生成油泥的軋制油可采取添加極性物質(zhì)或適量抗氧化劑,增加油品的清洗和分散性能來(lái)處理。對(duì)于另外兩種箔坯缺陷,板型缺陷和成分缺陷,論述的文獻(xiàn)較多,此處不做討論。2箔軋2.1軋制工藝在鋁箔過(guò)程中,軋制速度和后張力是兩個(gè)關(guān)鍵的調(diào)節(jié)參數(shù)。軋制速度過(guò)大超過(guò)一定限制時(shí),軋制區(qū)溫度會(huì)上升使得潤(rùn)滑條件變差,軋輥和鋁箔之間的摩擦加大,容易造成斷帶。而后張力過(guò)大或過(guò)小都有可能出現(xiàn)斜角、起鼓或折皺等缺陷造成斷帶[7]。在軋制缺陷樣品的檢測(cè)中,有一部分樣品檢測(cè)不出異常,這其中有可能就有因軋制工藝不當(dāng)造成的。根據(jù)來(lái)料情況調(diào)整軋制速度和后張力是主要措施。2.2軋制油異物壓入鋁箔軋制采用的是全油潤(rùn)滑,軋制油不僅起到潤(rùn)滑、清洗、冷卻等作用,而且軋制過(guò)程中產(chǎn)生的氧化物、鋁屑、環(huán)境中的粉塵以及過(guò)濾介質(zhì)等都可能混入軋制油中,取軋機(jī)噴淋管中的軋制油過(guò)濾,并對(duì)過(guò)濾物進(jìn)行高溫處理,處理后的物質(zhì)呈白色粉末狀,對(duì)其進(jìn)行成分分析,主要約為75%Al2O3、10%SiO2、1%Fe2O3及14%其它,硬質(zhì)Al2O3的來(lái)源主要是在一定的軋制壓力和變形熱作用下,軋件表面的鋁與軋輥表面微凸體之間發(fā)生焊合并粘附在軋輥表面,隨后被沖到軋制油中且一部分被氧化,SiO2主要來(lái)自過(guò)濾介質(zhì)中用的硅藻土。掃描電鏡及形貌圖如下,除Al、Si外,這類(lèi)異物通常還附有大量的軋制油。解決軋制油異物壓入造成斷帶的主要措施是增強(qiáng)軋制油過(guò)濾效果,具體要做的是把控好過(guò)濾紙、硅藻土、活性白土等原材料的理化指標(biāo)及儲(chǔ)存條件,過(guò)濾紙?jiān)谑褂脮r(shí)背面出現(xiàn)漏粒現(xiàn)象,也應(yīng)跟換新過(guò)濾紙。另外對(duì)運(yùn)行中的軋制油要定期進(jìn)行污染度分析,超出指標(biāo)時(shí)要及時(shí)采取措施。2.3氧化氧化是指在軋制的過(guò)程中〔包括冷軋和箔軋,部分鋁箔表面沒(méi)有軋制油的覆蓋或軋制油本身混入了可使鋁氧化的物質(zhì),該處表面鋁與氧接觸形成氧化鋁膜。宏觀上呈現(xiàn)延軋制方向的,具有一定寬度的灰白色或暗灰色條狀缺陷。這類(lèi)缺陷較輕時(shí)形成色差類(lèi)表面缺陷,較嚴(yán)重時(shí)才會(huì)造成鋁箔斷帶。氧化膜的成分為氧化鋁,不具有延展性,在軋制過(guò)程中會(huì)裂開(kāi),垂直于軋制方向分布,根據(jù)氧化膜與其相間的正常成分區(qū)域的寬度,可以大致推測(cè)氧化產(chǎn)生的道次。成分范圍1是正常鋁箔表面,氧含量很少,可能是檢測(cè)誤差,無(wú)C,成分范圍2也是正常的表面,該處表面被裂開(kāi)的氧化鋁膜隔開(kāi),形貌有凸凹,所以能檢測(cè)到少量的C和O,成分范圍3為氧化鋁膜,O含量最高。成分點(diǎn)/Wt%COAl范圍100.2299.78范圍22.990.6596.36范圍35.610.1884.22231231根據(jù)造成氧化的原因可知,減少此類(lèi)缺陷的辦法主要有保證軋制油噴淋的均勻性,不可有噴淋盲區(qū),軋制油成分需均勻,無(wú)異常成分。更不可有其它能造成鋁氧化的物質(zhì)混入,如水分等。2.4軋輥缺陷軋輥是生產(chǎn)鋁箔最重要的工具,其主要成分為Fe、Cr及少量的Mn、Mo、V等。軋輥經(jīng)過(guò)磨削、沖洗達(dá)到需要的凸度、粗糙度和表面質(zhì)量要求。如果操作不當(dāng),可能出現(xiàn)表面拉毛、灼傷、啃傷等表面缺陷,就可能導(dǎo)致磨削物殘留在缺陷處并且在隨后的使用過(guò)程中進(jìn)入鋁箔表面,由于這些磨削物是軋輥和砂輪的脫落物,硬度很大,極易造成鋁箔斷帶。下圖是軋輥缺陷造成斷帶的掃描電鏡圖,能譜成分檢測(cè)壓入鋁箔的異物與軋輥成分一致,不同尺寸的異物壓入鋁箔表面造成斷帶。防止軋輥缺陷造成斷帶的主要方法是選擇硬度和粒度合適的砂輪,冷卻液沖洗要及時(shí)充分,控制好磨削參數(shù),避免其他軋輥磨削過(guò)程的中異常等[9]。2.5粘鋁粘鋁斷帶是指在卷取的過(guò)程中,兩層鋁箔之間發(fā)生粘連,在下個(gè)道次開(kāi)卷時(shí)無(wú)法正常分開(kāi),造成的撕裂斷帶。造成鋁箔之間發(fā)生粘連的可能原因有局部高粘度油混入、局部軋制油老化、噴淋量局部過(guò)少等。下圖為粘鋁斷帶缺陷樣品的電鏡檢測(cè)圖,從形貌圖上可看到一層層狀物粘附在正常鋁箔上,成分檢測(cè)顯示該物質(zhì)為鋁。粘鋁斷帶在所有斷帶樣品中的占比不大,偶有出現(xiàn)。且不具有規(guī)律性。由于粘鋁斷帶具有偶然性,故針對(duì)粘鋁斷帶無(wú)需采取專(zhuān)門(mén)的措施,加強(qiáng)日常的軋制油管理及采用良好的噴淋操作方法即可。3生產(chǎn)環(huán)境3.1環(huán)境粉塵鋁箔生產(chǎn)車(chē)間的粉塵沒(méi)有特殊性,與一般空氣中的粉塵相似。粉塵的固態(tài)無(wú)機(jī)物質(zhì)混入輥縫中,如果這些物質(zhì)具有一定的尺寸和硬度,就可能造成鋁箔斷帶。粉塵的主要成分為SiO2、CaO等。較嚴(yán)重的缺陷圖如下圖所示,也有單個(gè)的SiO2或Al2O3顆粒嵌入鋁箔,造成開(kāi)裂引起斷帶的情形。解決此類(lèi)斷帶問(wèn)題的措施是保持環(huán)境衛(wèi)生和設(shè)備清潔,車(chē)間也可灑水除塵。且灑水切勿碰到鋁卷,另外如果車(chē)間其它部分有施工,一定需要將施工區(qū)域隔離,避免揚(yáng)塵擴(kuò)散。3.2蚊蟲(chóng)壓入這類(lèi)斷帶隨季節(jié)性出現(xiàn)的規(guī)律特別明顯,基本只出現(xiàn)在7-10月份蚊蟲(chóng)最多的時(shí)候,形貌圖也比較特別,呈明顯的團(tuán)聚突出,且有較強(qiáng)的放電現(xiàn)象,成分分析中P、S含量較高,基本符合生物體的成分組成〔生物體成分為C、H、O、N、P、S,掃描電鏡H、N峰較難辨認(rèn)。避免此類(lèi)缺陷的措施主要是減少?gòu)S房的蚊蟲(chóng)數(shù)量,具體方法有提高廠房的密封性,禁止蚊蟲(chóng)進(jìn)入,裝滅蚊燈消滅已進(jìn)入的蚊蟲(chóng)以及廠房角落衛(wèi)生阻止蚊蟲(chóng)的繁殖。3.3擦劃傷擦劃傷分為通長(zhǎng)劃傷和一般擦傷,通常都能引起斷帶,軋輥輥縫附近的各種導(dǎo)板、擋板若操作不當(dāng),就可能與鋁材接觸導(dǎo)致擦劃傷,進(jìn)而引起斷帶。掃描電鏡形貌圖和能譜如下圖：此類(lèi)缺陷的形貌圖比較典型,擦劃過(guò)的鋁箔表面與擦劃傷介質(zhì)呈一定的角度,一般為點(diǎn)接觸擦傷,隨后向兩邊擴(kuò)張形成大的擦劃痕跡。擦劃痕跡各種特征取決于作用力大小、工具的接觸部位及與客體表面構(gòu)成的角度。從能譜圖可以看出,擦劃痕跡周?chē)鸁o(wú)明顯異物,但能檢測(cè)出Fe成分,恰好與軋輥輥縫附近的各種導(dǎo)板、擋板為鋼鐵物質(zhì)相吻合。這類(lèi)缺陷沒(méi)有周期性,也不經(jīng)常出現(xiàn),但出現(xiàn)一卷后一定要及時(shí)找到導(dǎo)致擦劃傷的根源,避免批量性質(zhì)量問(wèn)題。下圖也是常見(jiàn)的通條劃傷電鏡形貌圖。4結(jié)語(yǔ)造成鑄軋生產(chǎn)鋁箔斷帶的原因多種多樣,不可一概而論。生產(chǎn)過(guò)程的任何一個(gè)環(huán)節(jié)都有可能埋下隱患或直接造成斷帶。應(yīng)結(jié)合前后工序和生產(chǎn)實(shí)際情況分析。運(yùn)用先進(jìn)材料分析手段對(duì)缺陷樣品進(jìn)行檢測(cè)雖然能直接得出產(chǎn)生斷帶的具體原因,但卻具有時(shí)間滯后性和成本較高等局限性,并不能檢測(cè)出所有的斷帶原因。對(duì)于能檢測(cè)出具體原因的缺陷樣品要尤其注意其宏觀特征,總結(jié)規(guī)律。減少所有斷帶的主要措施還是在于日常的原輔材料管控,生產(chǎn)工藝控制及提高員工的操作水平上。參考文獻(xiàn)李俊茂,鮑麗云．鋁箔軋制斷帶原因分析及其預(yù)防措施．輕合金加工技術(shù),1998,26<4>:21OzgulK,MuratD.Aluminumfoil:Itstypicalqualityproblemsandtheircauses.JournalofMateralsProcessingTechnology,2007,186:126袁孚勝,鐘海燕,秦富軍等．淺析鑄軋鋁帶坯缺陷產(chǎn)生的原因及解決方法．鋁加工,2009,2:5