影响铝箔性能和质量的因素

1、坯料质量坯料作为箔材生产中的中间产品,其显微组织、微观结构、表面质量将会直接影响最终产品的结构和性能。产品越薄,还料组织结构影响更为明显。与热轧坯料相比,铸轧还料轧制的变形量要小得多,其质量对最终产品影响更为直接。（1）纯度绝大部分铝箔都是采用99.0%-99.5%的工业纯铝加工制成,通常情况下,纯度越高,抗拉强度越低,延伸率越大。而提高杂质含量可以提升招的抗拉强度,而伸长率减小。但是当铝的纯度过于偏低时,材料的脆性增加,压延性能变差,容易产生针孔,不适合轧制薄的产品。纯度过高也不利于进行加工,虽然提升了延伸率,但在轧制时,尤其是中间退火后轧制的第一道,容易产生较为严重的粘棍现象,导致辊面发白以及恶化润滑条件,增加轧辊与轧件之间的摩擦系数,同样会导致针孔的产生。因此有时候轧制高纯铝箔时,不需要对铝箔坯料进行中间退火,直接加工到成品厚度(0.05mm)。（2）杂质工业纯铝中通常含有的杂质有Fe,Si, Cu, Mn, Ti, B, C等,有些杂质是本来固有的,而有些是刻意添加的,例如Ti, B等是作为晶粒细化剂添加进去的。虽然这些杂质的含量比较少,但是对产品的力学系能、加工性能等产生非常重要的影响。a 、 Fe 和 SiFe和Si是工业纯绍的主要杂质,Fe和Si在AL中的溶解度非常低,铸轧时冷却速率很大,容易产生Fe和Si的过饱和固溶体,二者在基体中的固溶度越高,尤其是Si,将严重导致加工硬化,不利于轧制性能和轧制出超薄的产品。Fe在铸造铅合金中通常是有害杂质,Fe和A1形成针状硬质相FeAl3将会降低材料的塑性。Fe和Si、A1反应生成脆性薄片状、金属间化合物(3相(FeSiAl5),并且随着Fe含量的增加,f相颗粒尺寸将会变大。P相与铝基体的结合性差,将导致质量缺陷的产生。而Si过多时,其不与A1形成化合物,产生游离态的Si,同样会降低箱材的塑性,不利于铝箔的轧制,甚至导致针孔产生。b、其他杂质H2是唯一大量溶解在15焰体的气体,H在15中的溶解度随着温度和分压的增加而增加,在每lOOg铝液相及固相中的溶解度分别为0.65cm3和0.034 cm3,相差19倍。当溶体凝固时,溶解的H将会以气体的形式析出产生孔洞,材料轧制变长时将会产生针孔。可以通过对溶体进行除气精炼降低氧含量,消除氧气的有害影响。铸轧过程中供料嘴和过滤器有可能产生碎酸盐的碎屑脱落,娃酸盐杂质属于硬质相,在轧制过程中,变形程度与基体不匹配,粒子周围应力集中而产生针孔。铝在大气中及其容易发生氧化,而产生氧化招杂质;轧制的时候,箔材表面产生脱落的铝屑。轧制时,这两种杂质将会被压入板带中,随着厚度的减薄,碎屑最后从箱材表面脱落分离,产生针孔。可以通过对擦体进行除澄过滤,消除鞋酸盐、A1203、招肩的有害影响同时在轧制的过程中,有可能产生细小的,分布在品界处的氧化招杂质,将会破坏晶粒间的结合力,降低轧制性能,加工时将会产生金属分层、裂纹。Mn作为工业纯绍中普遍存在的杂质元素,其可以促使a-FeSiAl的稳定,郑璇认为,工业纯招中添加适量的Mn或Mg (〈0.03%),可以减弱或消除Si、Fe的不利影响。（3）第二相与化合物工业纯铝中总是会存在Fe-Si-Al化合物,铸态和均勻化后存在的第二相已接近平衡状态,在冷札过程中难以发生类型、形态和数量的变化,将一直保存到最终的箔材产品中。而第二相的类型,颗粒大小、形状、分布、数量等将会对材料的强度、加工性能、耐疲劳性、耐腐烛性等性能产生重要的影响。尤其是双零箔,晶粒通常比招箱厚度要大,品粒呈二维排布[56_58],晶粒相邻的数目较少,晶界呈平面网状分布,与块体材料相比,第二相更容易影响招箱的力学性能。对于第二相的类型而言,铸态的a-FeSiAl在变形的过程中容易被破碎,析出的a-FeSiAl)呈细小球状,对基体塑性变形的危害最小,所以a相是比较理想的化合物而针状的e (FeAls)相、棒状的P-FeSiAl属于硬质相,不易破碎,容易引起应力集中,损害箱材的塑性,导致质量缺陷产生。也有研究者认为如果铝以原始状态存在,通常不利于材料的性能,但是作为共晶相存在时,其有害作用可以忽略,甚至有益于箱材的性能。FeAl6和FeAlm通常呈丝织状,轧制过程中将会随着基体的流动而变形散幵,相比而言其危害较小。在轧制过程中,铝材的厚度接近或者小于硬质第二相化合物的尺寸时,尤其是在粗大化合物处容易产生针孔,甚至导致断带。并且粗大化合物引起针孔率的增加还与加工硬化程度相关,乳制过程中,如果加工硬化程度髙,变形抗力则增力口,塑性变差,很容易在粗大第二相周围产生应力集中而形成裂纹扩展,最后形成针孔。所以如果固溶的Fe和Si过多,晶粒度细小,细小的第二相过多,将会使得粗大的第二相周围产生针孔。对于双零银箱而言,第二相化合物的尺寸应该控制在l-5(Am的范围内,大于5(xm将会使针孔增多,小于l|_un则会使加工硬化率提高,最佳尺寸为2-3^ml之间。第二相化合物的形状也会锅箱的质量造成影响,例如长轴与短轴之比较大的化合物,如针状、棒状、不规则块状等,在其尖端容易引起应力集中,从而导致针孔等缺陷的产生所以第二相的最佳形状应该是等轴、对称、截面圆滑的颗粒,例如粒状、球状。第二相的位置对锅箱的力学性能也将产生很大的影响。由于第二相一般存在于晶界处,割裂了晶粒的连续性,导致品粒结合强度降低。与块体材料不同,少量的存在于品界的化合物对材料的力学性能影响较小。而招范晶粒呈二维分布,各个品粒相连的晶粒数目相对较少,晶界的分布呈平面网状,所以即使第二相化合物的含量较少,也会破坏晶界的连续性和整体性。刘楚明认为应该尽量避免第二相在晶界处析出,第二相化合物的形貌和位置与退火工艺相比,更能影响铝箔的抗拉强度。金属间化合物通常是作为强化相而引入的,通过控制合金的成分,设置合适的铸造、札制参数,以及合理的退火工艺,可以达到控制第二相化合物。总之,对于第二相的控制应该包含两个方面:①尽可能使铅基体中固溶的Fe、Si元素析出,以第二相化合物的形式存在于培基体中;②还应该设计适当的合金成分以及优化工艺,控制第二相的种类、形状、大小、分布和数量。（4）晶粒尺寸当原始晶粒尺寸较为粗大时,尤其是孪晶,孪晶组织具有较强的方向性,冷轧时难以破碎,晶粒粗大区域加工硬化速率大,变形困难,使得箱材组织和性能不均匀性,轧制板形难以控制,甚至可能产生断带。粗大晶粒的铸乳带还经冷礼至0.5_退火后,晶粒将仍然粗大、组织不均匀,另外表面产生“白条”,并且增加产品的针孔率。因此一般对于晶粒平均尺寸要求是小于70^011[22]。但是并不是意味着晶粒尺寸越小越好,虽然晶粒细化可以增加材料的塑性,但是也增大变形抗力,乳制时硬化程度高,难以乳制出更薄的招箱。通常铸轧还锭中表面存在细小等轴晶,内部为柱状晶,这两种组织对性能的影响是不一样的。柱状晶容易导致中心层偏析加重,材料各向异性而产生裂纹。等轴晶组织致密,具有较好的加工性能。故铸还的理想状态是大部分或整个内部形成均勾而致密的等轴晶组织。影响铸乳带还的晶粒度的因素很多,从结晶理论来说,单位体积内晶粒数Zv取决于形核率N和长大速率Vg这两个重要因素,它们之间的关系为:Zv=0.9 (N/Vg)輝。实际生产中的手段通常包括增加过冷度(快速冷却法),增加异质形核(添加晶粒细化剂),动态形核处理(机械振动、超声波振动、电磁搅拌)等方法。（5）晶粒细化剂对锅溶体添加晶粒细化剂(Al-Ti-B或Al-Ti-C),引入异质结品形核,可以细化铸徒的显微组织,降低铸锭的热裂倾向,提高组织的均匀性尤其是对于用于轧制或挤压的招型材,可以明显提高其变形产品的表面质量和加工性能,降低表面缺陷。党惊知等人对比了添加晶粒细化剂对Al-Mg-Si-Mn合金的力学性能的影响,在添加晶粒细化剂以后,晶体结构由枝品状转变为等轴晶,抗拉强度可以提40%,延伸率提高11.97%。添加Al-Ti-B晶粒细化剂,细化晶粒的同时也会引入不溶解于招熔体的TiB2,由于TiB2的比重大,铸造的过程中容易在溶体底部聚集沉淀,而且TiB2容易与氧化铅发生反应会更加促进这种聚集t55,591。TiB2属于硬质相,与基体力学性能的不匹配,轧制变形过程中,容易在粒子周围应力集中而产生V型孔洞。通过改进晶粒细化剂的给料位置、给料速度、以及对熔体进行过滤净化,可以防止这类针孔的产生。另外,添加Al-Ti-B晶粒细化剂时,微量的Zr、Cr和Mn等元素与Ti反应产生中毒现象,失去细化品粒的作用。采用替代品Al-Ti-C,TiC聚集倾向小,对Zr、Cr中毒免疫,可以获得更好的细化效果。也可以采用多重电磁铸札的方法,同样达到晶粒细化的目的,而且避免添加晶粒细化剂引入的杂质污染。2、热处理通过设置合理的退火工艺制度对箱材进行热处理,进一步实现对铸锭质量的控制和改善。热处理工艺与合金的化学成分、相组分密切相关。热处理工艺的目的一般包括使合金中的硬化元素Si、Fe充分析出,并形成细小的质点(<5,),均勻分布在招基体中,降低变形抗力和加工硬化率,提高礼制性能,从而降低缺陷的产生,提高成品率。招箱的热处理一般包括均匀化退火、中间退火、成品退火。需要注意的是,锅箱生产流程包括溶铸、热乳、冷轧、热处理、箱轧等多个工艺环节,各个工艺环节相互制约与衔接,前一个环节的特征必定影响和遗传下一个环节,所以不可孤立研究其中的某一个环节而却制定工艺参数,要综合考虑生产过程中加工变形和热处理对组织变化影响,从而制定合理而又经济的最佳工艺制度。均勻化退火的温度一般为0.9-0.95Tm (溶点),目前国内大多数企业釆取在经历一次冷乱以后,对铸乳还锭再进行均匀化退火均匀化退火可以消除还淀中的枝品结构,使亚稳相向稳定相转变过饱和固溶体分解,消除晶内偏析,同时使中间化合物球化,还可以消除激冷时铸锭产生的内应力,明显提高还料的加工性能和使用性能。也有人认为一般是热轧还料需要进行均句化退火,铸轧还料不需要。中间退火是指在札制过程中,经历了较大变形量的板还,在进行箔礼之前,一般要经历一次高于再结晶温度的中间退火,以消除加工硬化和内应力,使材料恢复塑性,中间退火的温度通常大于34(rc,而当温度达到38(rc时将会产生较多细小的析出物,析出相的尺寸通常较小,对锅箔的性能影响不大。成品退火是指当招箔礼制到成品厚度时,往往需要进行最后一次退火,其目的是使招箔获取良好的机械性能和清洁光亮的表面。成品退火的温度通常根据再结品温度和轧制油的溜程来确定。在实际生产中,成品退火的方法有两种:一是在低温下完全消除残余的乳制油然后再升温,用温度来改善箱材的力学性能;二是采取长时间较高温度的退火,在消除轧制油的同时也可以改善力学性能按照生成方式的不同,铅箱还料中的合金相可以分为初生合金相和沉淀析出相两种,并且这些第二相在箔乳过程中几乎不发生变化,具有遗传性。析出相的尺寸通常较小,不会对箱材的塑性产生较大的危害,所以应该重点控制粗大的初生相。对于热礼坏料而言,初生相在中温区和高温区的相变反应以及产物不同,可以通过控制相变反应的发生和相变程度,来实现细化初生相的目的。目前关于工业纯招的研究很多集中于铸造态或铸乳态中金属间化合物类型与析出、铸锭高温均勻化等基础性研究工作[36,39,69_72]。国内重庆大学的张静、潘复生等人做了许多培箱的均匀化热处理、中间退火、析出退火等热处理工艺和乳制变形对箱材显微组织和第二相析出的研究工作，发现中间退火后所谓的最佳固溶贫化点现象提出了利用第二相化合物相变来调整Fe和Si固溶度的工艺方法,利用箱材材质和规格的不同,制定最佳的工艺方案,以及从相转变和组织遗传性的角度提出优化的热处理工艺。