韓 晨，孫付濤，程建國(guó)

﹙洛陽(yáng)有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院，河南 洛陽(yáng) 471039﹚

1060工業(yè)純鋁箔材由于具有較高的可塑性、耐腐蝕性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，因而廣泛應(yīng)用于制作墊片及電容器等行業(yè)中[1]。目前，1060純鋁箔材的生產(chǎn)一般為：熔煉→鑄造→銑面→加熱→熱軋→坯料退火→粗軋→中間退火→精軋(箔軋)→成品退火→成品剪切→檢查包裝。由于鋁箔產(chǎn)品對(duì)組織、性能、板型、厚差及表面質(zhì)量的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般冷軋帶材，所以產(chǎn)品生產(chǎn)工序的各個(gè)階段都要進(jìn)行嚴(yán)格控制，以防各類生產(chǎn)缺陷的出現(xiàn)。

某鋁箔生產(chǎn)企業(yè)在使用Φ260/Φ630×800mm四輥鋁帶冷軋機(jī)、Φ200/Φ480×800mm四輥鋁箔軋機(jī)生產(chǎn)1060純鋁箔材時(shí)，在一段時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)過(guò)程中帶材表面經(jīng)常出現(xiàn)大量白點(diǎn)的現(xiàn)象，雖然此類白點(diǎn)缺陷對(duì)箔材力學(xué)性能的影響還未進(jìn)行試驗(yàn)分析，但因其大大降低了箔材表面質(zhì)量，所以必然會(huì)對(duì)產(chǎn)品的銷售、使用和壽命產(chǎn)生不利影響。所以，確定白點(diǎn)的類別、種類進(jìn)而從根源上消除此類缺陷就顯得尤為重要。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察、試軋及實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)白點(diǎn)缺陷的類別進(jìn)行了確定，并定性分析了該白點(diǎn)缺陷產(chǎn)生的原因。

1 試軋方案及結(jié)果

1.1 1060鋁箔成分

1060為一種不可熱處理強(qiáng)化型的變形純鋁，其耐蝕性、壓力加工性及焊接性能良好，強(qiáng)度不高。某企業(yè)生產(chǎn)1060箔材的化學(xué)成分及各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表1。

表1 1060純鋁箔的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù) (wt%)

1.2 試軋規(guī)程

鋁箔的組織、性能、板型及表面質(zhì)量與設(shè)備裝機(jī)水平、張力控制、軋制速度、加工率等參數(shù)關(guān)系極為密切。所以，軋制規(guī)程中這些參數(shù)的確定也會(huì)影響到箔材的表面質(zhì)量，即生產(chǎn)過(guò)程中白點(diǎn)缺陷是否產(chǎn)生。

由于生產(chǎn)過(guò)程中的白點(diǎn)缺陷主要出現(xiàn)在冷軋道次及箔軋道次中，所以出現(xiàn)白點(diǎn)缺陷的1060帶材不僅要對(duì)箔軋機(jī)進(jìn)行試軋分析，而且要對(duì)上一工序的冷軋階段進(jìn)行試軋分析(由于表面粗糙，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法確定熱軋料是否存在小白點(diǎn)缺陷)，以便確定白點(diǎn)缺陷出現(xiàn)的原因。冷軋階段及箔軋階段各取3個(gè)道次進(jìn)行試軋，對(duì)試軋過(guò)程中帶材表面產(chǎn)生的白點(diǎn)缺陷進(jìn)行分析。試軋3道次規(guī)程見(jiàn)表2。

表2 冷軋及箔軋的試軋3道次規(guī)程

1.3 坯料選擇及試軋結(jié)果

由于每批次進(jìn)行熔煉、鑄造的生產(chǎn)坯料在合金成分、內(nèi)部組織的均勻性及熔煉和鑄造工藝參數(shù)在控制上無(wú)法避免的差別，必然會(huì)對(duì)加熱、熱軋、冷軋等下游工序產(chǎn)生影響。為了判斷白點(diǎn)缺陷是否源于熔煉、鑄造等上游工序，以及是否由于軋制設(shè)備原因所導(dǎo)致表面白點(diǎn)缺陷，在坯料選擇上采用以下方案：選擇近期軋制過(guò)程中出現(xiàn)白點(diǎn)缺陷的同一批次熱軋坯料和以往企業(yè)所生產(chǎn)的、在冷軋及箔軋過(guò)程中都未出現(xiàn)白點(diǎn)的熱軋料分別進(jìn)行試軋。

依據(jù)以上坯料選擇及試軋規(guī)程，分別在Φ260/Φ630×800mm四輥鋁帶冷軋機(jī)和Φ200/Φ480×800mm四輥鋁箔軋機(jī)進(jìn)行軋制，每個(gè)道次軋制前及軋制后都進(jìn)行白點(diǎn)缺陷的肉眼觀察和記錄。結(jié)果表明：以往企業(yè)所生產(chǎn)的、冷軋及箔軋過(guò)程中都未出現(xiàn)白點(diǎn)缺陷的熱軋料無(wú)論是在本冷軋階段、箔軋階段的各個(gè)道次都未出現(xiàn)肉眼可以觀察到的白點(diǎn)缺陷；而近期軋制過(guò)程中出現(xiàn)白點(diǎn)缺陷的同一批次熱軋坯料在冷軋及箔軋每個(gè)道次結(jié)束后，都出現(xiàn)了肉眼可明顯觀察到的白點(diǎn)缺陷，而且隨著帶材的減薄及表面光潔度的增加，白點(diǎn)缺陷越來(lái)越明顯。箔軋結(jié)束后厚度為0.055mm的1060箔材表面白點(diǎn)缺陷低倍像見(jiàn)圖1所示。從圖1a)明場(chǎng)像及圖1b)暗場(chǎng)像中可以用肉眼明顯看出1060箔材表面出現(xiàn)大量的、分散的、不均勻分布的白點(diǎn)缺陷，其大大降低了箔材的表面質(zhì)量。

圖1 箔材表面出現(xiàn)的白點(diǎn)缺陷：a)明場(chǎng)像1×；b)暗場(chǎng)像1×

利用不同的軋制設(shè)備、不同批次的坯料及軋制規(guī)程等方案試軋后，從軋制結(jié)果可以得出以下結(jié)論：1)1060箔材表面出現(xiàn)的白點(diǎn)缺陷與軋制設(shè)備及試軋規(guī)程無(wú)直接關(guān)系，即可以排除軋機(jī)和軋制工藝的原因；2)白點(diǎn)缺陷與坯料的批次有關(guān)，即只有某批次的坯料經(jīng)軋制后才會(huì)出現(xiàn)肉眼可以觀察到的明顯白點(diǎn)缺陷，因而必須從熔煉或鑄造等工序查找原因；3)該白點(diǎn)缺陷在不利用實(shí)驗(yàn)儀器的條件下是無(wú)法確定其類型、大小、形狀及組成的。

所以，利用實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)白點(diǎn)缺陷進(jìn)行類別、形貌、大小及成分的確定，進(jìn)而分析、推斷出導(dǎo)致白點(diǎn)缺陷產(chǎn)生的原因就顯得很有必要。

2 白點(diǎn)缺陷的微觀分析

2.1 微觀組織的觀察分析

利用金相顯微鏡、掃描電鏡及能譜儀對(duì)厚度為0.055mm的1060鋁箔表面的白點(diǎn)缺陷進(jìn)行OM、SEM及化學(xué)成分的觀察、分析和確定。其中，OM分析需要對(duì)鋁箔表面進(jìn)行機(jī)械拋光、溶液浸蝕，而SEM及能譜分析只需對(duì)試樣進(jìn)行拋光后即可進(jìn)行。圖2為白點(diǎn)缺陷的金相組織a)及顯微形貌b)。

圖2 白點(diǎn)缺陷的微觀圖像：a)金相組織500×；b)顯微形貌200×

從圖2 a)金相組織圖像中可以看到：大小不等、亮度不盡相同的若干點(diǎn)狀缺陷分散并分布該圖像區(qū)域中，其形狀呈不規(guī)則狀，大小在幾微米范圍內(nèi)，未觀察到其它明顯的組織缺陷。進(jìn)一步觀察圖2 b)白點(diǎn)缺陷的顯微形貌，白點(diǎn)缺陷呈明顯的凹坑狀，并體現(xiàn)出物體擦劃的痕跡。該凹坑寬約50～80μm，長(zhǎng)約150μm，深度在箔材厚度范圍內(nèi)不盡相同。由此可以推斷出，1060箔材表面白點(diǎn)缺陷在微觀上實(shí)際為大小不等、形狀不規(guī)則的凹坑(在光線及基體顏色的映襯下，宏觀上用肉眼觀察此類凹坑為白點(diǎn)缺陷)。為了進(jìn)一步確定這些白點(diǎn)的組成，即分析凹坑內(nèi)部及邊緣的化學(xué)成分，就需要利用能譜儀對(duì)凹坑的不同部位進(jìn)行能譜成分分析。圖3所示為利用掃描電鏡及能譜儀對(duì)凹坑內(nèi)部所作的能譜分析結(jié)果。

圖3 白點(diǎn)缺陷SEM形貌及能譜成分分析

從圖3白點(diǎn)缺陷SEM形貌及能譜成分分析的結(jié)果可以看出，利用掃描電鏡觀察的結(jié)果表明白點(diǎn)仍然為明顯的箔材表面凹坑缺陷，對(duì)凹坑內(nèi)部及邊部不同部位進(jìn)行能譜成分分析，發(fā)現(xiàn)其成分基本都為鋁合金基體，在白點(diǎn)凹坑內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)夾雜物、第二相粒子等成分的存在。以上試驗(yàn)研究結(jié)果表明1060冷軋及箔軋帶材表面所出現(xiàn)的大量白點(diǎn)缺陷實(shí)際為凹坑缺陷，且白點(diǎn)缺陷并非夾雜物或者二相粒子的析出，凹坑內(nèi)壁及邊緣基本都為完全的鋁合金基體。

2.2 白點(diǎn)缺陷成因的分析

白點(diǎn)缺陷一般在微觀上表現(xiàn)為金屬及非金屬壓入物，劃傷，針孔等缺陷[2]。由于以上試驗(yàn)的結(jié)果排除了冷軋及箔軋?jiān)O(shè)備的原因、軋制工藝技術(shù)的原因以及白點(diǎn)本身為夾雜物或第二相粒子的析出等原因(無(wú)法排除是否為夾雜物或鋁顆粒擦劃導(dǎo)致凹坑的原因，但從凹坑尺寸看，可以肯定不是第二相粒子導(dǎo)致的擦劃)，同時(shí)考慮到白點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生主要發(fā)生于最近某一批次的坯料生產(chǎn)中，所以，其成因應(yīng)源自于該批次坯料在熔煉、鑄造或加熱熱軋時(shí)對(duì)1060成分、加工工藝參數(shù)控制不當(dāng)所導(dǎo)致，當(dāng)然也包括上游工序的加工設(shè)備原因。

由于白點(diǎn)缺陷實(shí)際為呈明顯擦劃狀的不規(guī)則凹坑缺陷，根據(jù)以上對(duì)白點(diǎn)的分布、形態(tài)及成分分析，推測(cè)其可能為氣孔缺陷，建議對(duì)該批次經(jīng)常出現(xiàn)冷軋帶材及箔材表面白點(diǎn)缺陷的原材料及前道工序產(chǎn)品進(jìn)行分析確認(rèn)。呈明顯擦劃狀形貌的凹坑或氣孔可能來(lái)自于熔煉、鑄造、加熱熱軋工序中出現(xiàn)的夾雜物、鋁質(zhì)等小顆粒對(duì)金屬造成損傷。有文獻(xiàn)報(bào)道[3]，鋁熔體中除含有氣體外還含有夾雜物(一部分為鋁或鋁合金與爐氣發(fā)生反應(yīng)所生成的非金屬夾雜物)，夾雜物一般為1～30μm(符合本文一般凹坑缺陷尺寸)，如果不利用鋁熔體過(guò)濾裝置將這些夾雜物完全去除就不可能生產(chǎn)出完全合格的產(chǎn)品。如鋁和爐氣反應(yīng)所生產(chǎn)的Al2O3會(huì)增加鋁及鋁合金熔體的氫含量，隨著氫含量的增加，鑄錠中就會(huì)形成疏松、氣孔、小白點(diǎn)、小尾巴等缺陷。

同時(shí)，由于鋁箔的生產(chǎn)必須在高潔凈環(huán)境下進(jìn)行，所以也應(yīng)該保持良好的環(huán)境衛(wèi)生，并及時(shí)檢查及清除坯料表面的粘著物如毛刺、顆粒等異物。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察、試軋并結(jié)合試驗(yàn)的方式對(duì)某鋁箔生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)1060時(shí)箔材表面所出現(xiàn)的白點(diǎn)缺陷進(jìn)行了分析和確定，并定性推斷了產(chǎn)生該白點(diǎn)缺陷的原因。結(jié)果表明：

(1)1060鋁箔表面的白點(diǎn)缺陷微觀上實(shí)際為大小、深度、形貌不盡相同的呈擦劃狀的凹坑(氣孔)缺陷；

(2)通過(guò)試軋及試驗(yàn)分析，可以排除白點(diǎn)缺陷是由于冷軋及箔軋?jiān)O(shè)備、軋制工藝規(guī)程等原因所導(dǎo)致，而且白點(diǎn)自身也并非夾雜物或第二相粒子的析出；

(3)白點(diǎn)缺陷和冷軋來(lái)料有關(guān)，且只出現(xiàn)于某批次坯料中。由于白點(diǎn)缺陷嚴(yán)重降低了箔材的表面質(zhì)量，所以應(yīng)對(duì)冷軋上游工序如熔煉、鑄造等過(guò)程中的加工設(shè)備運(yùn)行及生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，如對(duì)可能生成的Al2O3等夾雜物進(jìn)行完全過(guò)濾等，以從根本上消除可能會(huì)帶來(lái)白點(diǎn)缺陷的原因。

[1] 張玉龍，趙中魁．實(shí)用輕金屬材料手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006．

[2] 陳彥博，趙紅亮，翁康榮．有色金屬軋制技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007．

[3] 袁賀菊．鋁熔體過(guò)濾裝置的發(fā)展與應(yīng)用．有色金屬加工，2010；39 (3)：19～21．