目前雙零鋁箔在電氣、儀表、航空、食品、醫(yī)藥包裝等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，成為日常生活中不可缺少的材料。尤其在彈性包裝中，鋁箔的使用已經(jīng)大大增加，因為雙零鋁箔具有高的防潮、防氣的屏蔽性能。為減小成本，雙零鋁箔已經(jīng)變得越來越薄。隨著減薄，針孔數(shù)量呈指數(shù)級急劇增加，針孔問題變得突出，因此，針孔已經(jīng)成為鋁箔生產(chǎn)最重要的問題。但是，造成鋁箔針孔的原因極其復(fù)雜，每一個工序，每一個因素，都有可能是產(chǎn)生針孔的重要原因。然而，目前與鋁箔針孔有關(guān)的文獻(xiàn)資料較少，對鋁箔針孔的形成原因介紹得較少。本文在長期經(jīng)驗積累下，通過采用先進(jìn)的光電傳感器型探測器和掃描電鏡，對針孔形貌和分類進(jìn)行歸納總結(jié)，并對其形成機制進(jìn)行探討，分析鋁箔軋制中影響針孔形成的各種因素，討論如何防止和減少針孔的產(chǎn)生。
1 實驗方法
實驗1：利用光電傳感器型探測器(規(guī)格如表1所示)觀察鋁箔的針孔數(shù)量及寬度上的分布等規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計分析。
表1 光電傳感器型探測器規(guī)格
實驗2：利用接觸型表面粗糙度測量計測量鋁箔表面粗糙度，利用掃描電鏡對鋁箔的針孔缺陷進(jìn)行微觀形貌分析。
2 實驗結(jié)果
2.1 針孔分類與尺寸
通過針孔探測器對針孔缺陷卷進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)針孔從形貌可分為附有大顆粒狀大針孔、夾渣及夾雜單獨針孔和密集小針孔三類[1](如圖1所示)：A類，附有大顆粒狀針孔，尺寸在10μm左右，針孔呈扁長狀，長軸方向和軋制線垂直，針孔邊緣存在明顯異于基體大顆粒，數(shù)量較少;B類，夾渣及夾雜針孔尺寸在20μm以上，針孔呈扁長狀，長軸方向和軋制線平行，針孔處存在明顯夾渣或夾雜，數(shù)量較少;C類，密集小針孔尺寸在10μm以下，針孔呈橢圓狀，長軸方向和軋制線垂直，數(shù)量多。
圖1 不同類別針孔形貌圖
經(jīng)統(tǒng)計分析，三類針孔平均尺寸分別為：A類12.3μm，B類46.3μm，C類7.3μm(如圖2所示)。
圖2 不同類型針孔尺寸分布直方圖
2.2 針孔原因分析
利用掃描電鏡和表面粗糙度儀進(jìn)一步對針孔形貌和鋁箔粗糙度進(jìn)行檢測，并就粗糙度對針孔的影響進(jìn)行分析，結(jié)果如下。
2.2.1 A類針孔
觀測了鋁箔毛料(厚度0.35 mm)的表面外觀，探測到了與接近于針孔的形貌尺寸相同的鋁顆粒。它們分為3類：A-1, A-2 和A-3，如圖3所示。
對于A-1和A-2型缺陷受軋輥粗糙度的影響較大。軋輥粗糙度大，容易與鋁箔凹凸不平的表面摩擦產(chǎn)生更多鋁粉，這些鋁粉存在被壓入鋁箔表面的可能。因此不僅減小軋輥粗糙度，而且減小軋輥與材料之間的粗糙度差異均能有效改進(jìn)這些缺陷[2]。
圖3 A類針孔分類示意圖
A-3型缺陷(類似軋制油中未過濾干凈的鋁粉小顆粒壓入后產(chǎn)生坑狀缺陷)，可通過減少油坑來減少針孔的產(chǎn)生。為減少油坑形成，減少輥縫中的油膜是有效方法?？梢酝ㄟ^降低軋制速度和潤滑劑粘度，增加軋制壓下率等方式來減少此類針孔的產(chǎn)生。
軋制前鋁箔表面粗糙度對軋制后鋁箔表面缺陷的影響可用試驗軋機模擬，如圖4所示。減小軋輥和鋁箔表面粗糙度差異可以明顯減少表面缺陷。同樣在熱軋和中間退火后的冷軋中一樣，材料越軟，形成的缺陷越多。
圖4 鋁箔表面粗糙度對后續(xù)表面缺陷的影響
2.2.2 B類針孔
B類針孔的特性為具有平行于軋制方向的劃傷，針孔處均有夾渣或夾雜，如圖5所示。
圖5 B類針孔形貌圖
耐火材料、氧化鋁等夾渣和Fe、Mn、Cr等其他夾雜也隨同軋件軋制，由于與金屬基體不同，軋制時金屬流動在此處受阻，隨著厚度減薄，夾渣或夾雜發(fā)生脫落，產(chǎn)生平行于軋制方向針孔。
鑄造生產(chǎn)中的耐火材料碎屑、氧化鋁夾渣和軋制生產(chǎn)中的鋁屑、機械金屬顆粒等較大顆粒(如硅、鐵等)，均能造成造成此類孔缺陷。必須盡可能限制這些缺陷。為防止針孔的形成，必需在每個工藝工序(鑄造、軋制、縱切等)中進(jìn)行徹底的清理。
2.2.3 C類針孔
C類針孔的特點是尺寸小，數(shù)量多，是由于鋁箔表面起皺引起。
圖6 C類針孔產(chǎn)生機理示意圖
在雙合精軋道次中，雙合箔的暗面在接觸不到軋輥的情況下變形，會起皺。如圖6所示，變薄更多且具有表面缺陷的皺紋與針孔的形成有關(guān)。
因為軋制變形是一種簡單的單面應(yīng)變，在軋制方向上形成滑移線，形成表面起皺。因此這種類型的針孔的特性是：在軋制方向上為開口狀，如圖6所示。此外，由于皺紋波長數(shù)量級為10 μm，因此針孔的尺寸通常比其它針孔小，但數(shù)量趨向于明顯更多。
2.3 針孔影響因素分析
2.3.1 合金元素
表2 不同合金鋁箔針孔數(shù)量和暗面粗糙度
對Al-0.45%Fe的普通箔與Al-1.5% Fe合金箔(6.5um)進(jìn)行比較，Al-1.5% Fe鋁箔中的針孔數(shù)大大降低。針對針孔類型的分類，發(fā)現(xiàn)尤其減少了C型針孔。如表2和圖7所示，同時暗面表面粗糙度也減小。
圖7 不同合金鋁箔形貌及粗糙度
為了驗證暗面表面粗糙度減小的原因，用一臺試驗軋機軋制通過熱處理控制得到不同晶粒尺寸的材料。晶粒尺寸和合金對軋制鋁箔暗面表面粗糙度的影響如圖8所示。材料的晶粒尺寸越細(xì)，此例中Al-1,5% Fe合金箔的晶粒尺寸更細(xì)，與Al-0.45%Fe的普通箔相比，Al-1.5% Fe鋁箔中暗面表面粗糙度更低。這個實驗表明Fe的添加能夠有效細(xì)化晶粒，減少暗面皺紋引起的針孔數(shù)。
圖8 晶粒尺寸和合金對鋁箔暗面粗糙的影響
2.3.2 加工率
圖9 壓下率對鋁箔表面缺陷的影響(a，軋制前;b，壓下率45%;c，壓下率65%)
軋制壓下率越低，就會生成更多的鋁顆粒;表面缺陷軋制速度低，表面缺陷也多。圖9表示試驗軋機所生產(chǎn)鋁帶中，壓下率對表面缺陷的影響。人工腐蝕在鋁帶上形成油坑，然后以不同的壓下率進(jìn)行軋制。壓下率越低，觀察到的表面缺陷越多。
2.3.3 板型
圖10表示平整度對鋁箔幅寬上針孔數(shù)量和暗面表面粗糙度的影響，當(dāng)板形為中間浪缺陷時，沿兩個邊緣針孔集中。但是在邊緣波浪的情況，針孔集中在中央。通常，稍微調(diào)節(jié)邊緣的平整度，以便不需切邊，因此，在中央針孔比邊緣針孔多一些。這是由于當(dāng)板形為中間浪缺陷時，兩邊部較緊，軋制時邊部雙張結(jié)合緊密，容易摩擦，導(dǎo)致粗糙度大，針孔數(shù)量多，當(dāng)板形為兩邊浪時，則反之。
圖10 板型對針孔數(shù)量和粗糙度的影響
3 結(jié)論
綜上所述，得出以下結(jié)論：
1)針孔的主要成因分為三類：
鋁顆粒;
夾渣和夾雜;
暗面皺紋。
2)為防止各種類型的針孔形成，有以下有效措施：
加強鑄造生產(chǎn)中的熔體精煉，減少夾渣類針孔產(chǎn)生;
嚴(yán)格控制來料晶粒度，確保原始晶粒細(xì)小、均勻;
減少軋輥粗糙度;
認(rèn)真執(zhí)行每道工藝步驟的清潔和清理工作;
嚴(yán)格控制軋制中的鋁箔板形。
參考文獻(xiàn)
[1]王葉茂,龍繪葵,董中偉.鋁箔針孔形貌及其金相研究[J].河北冶金.1999,3(81):36-41
[2]黎志勇,史慶南,楊鋼,羅許,羅澤鵬.雙零箔針孔產(chǎn)生原因及控制方法[J].《新技術(shù)新工藝》﹒熱加工工藝技術(shù)與材料研究.2008.10:63-65.
聲明：
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我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：洛陽萬基鋁加工有限公司
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