鋁合金母線排表面缺陷分析*

徐 芬，羅 順

1.東興鋁業(yè)集團有限公司 廣東 東莞 523000；

2.廣東省工業(yè)技術(shù)研究院（廣州有色金屬研究院）廣東 廣州 510650

鋁合金母線排表面缺陷分析*

徐 芬1，羅 順2

1.東興鋁業(yè)集團有限公司 廣東 東莞 523000；

2.廣東省工業(yè)技術(shù)研究院（廣州有色金屬研究院）廣東 廣州 510650

對某6101鋁合金母線排的表面缺陷進行了宏觀和微觀分析.結(jié)果表明，該鋁合金表面的主要缺陷是鍍銅層和鍍錫層的脫落.鍍層脫落的原因是，在電鍍之前鋁合金表面未清洗干凈，存在一層氧化鋁，造成鍍層與基體的結(jié)合性能差.針對存在的問題，建議對生產(chǎn)流程中的表面清潔工作要強化，縮短清潔處理與電鍍處理的間隔時間，電鍍液要及時除渣除氣，電鍍后鋁板要注意包裝保護.

鋁合金；母線；電鍍；缺陷分析

母線（busbar）是將電氣裝置中各截流分支回路連接在一起的導體.由于鋁材具有價格低，易加工，重量輕，安裝運輸便利的特點，在國外特別是歐美發(fā)達國家，母線主要采用純鋁或鋁合金[1].在美國，30%的母線采用鋁材，在歐洲，60%的母線采用純鋁或鋁合金.鋁母線在汽車、電子、航空等領(lǐng)域，均得到了廣泛的應(yīng)用[2].鋁母線對材質(zhì)的力學強度要求高，它的制備工藝流程復雜、對參數(shù)的控制要求嚴格.在我國，雖然由于技術(shù)水平的差距，鋁合金母線的性能尚未達到國際先進水平，但各鋁合金生產(chǎn)企業(yè)都在努力提高導電鋁的制備技術(shù)水平，廣東東興鋁業(yè)集團生產(chǎn)的鋁母線排的性能已達到國際先進的60%(IACS)導電率水平.但還有許多企業(yè)所生產(chǎn)的鋁合金母線還存在著強度不合格、導電率不達標及電鍍質(zhì)量不好等問題.我們對某企業(yè)生產(chǎn)的6101鋁合金母線排存在的表面缺陷進行了綜合分析，找出了產(chǎn)生缺陷的原因，提出了解決問題的建議.

1 6101鋁合金的生產(chǎn)工藝

6101鋁合金的生產(chǎn)工藝為：熔煉與精煉→凈化處理→均勻化→擠壓→熱處理→電鍍銅→電鍍錫.純鋁的導電率可以達到62%IACS，但其力學性能較差，因此，作為母線排的純鋁需要進行合金化處理，以提高其強度，而合金化會降低鋁合金的導電率，因此，需要對合金進行凈化處理及熱處理，以降低合金中的雜質(zhì)相、晶界及位錯等對導電率有影響的因素[3].由于電流的趨膚效應(yīng)，在鋁合金母線排的表面鍍上一層銅，既可以大幅度提高鋁合金的高頻電流與高頻信號的傳輸特性能，也進一步提高了鋁合金母線排的導電性能.為使鋁導體與銅鍍層緊密結(jié)合，通常會在鋁合金的表面再鍍上一層錫.總體來說，6101鋁合金的生產(chǎn)流程比較復雜、工藝參數(shù)要求嚴格，每一個流程都會對產(chǎn)品的導電率等性能有重要影響.

2 理化檢驗

2.1 表面缺陷

6101鋁合金母線排的表面有兩種缺陷：一是鍍層有大塊的脫落（圖1），二是有突起和黑色的質(zhì)點（圖2）.從整個電鍍板來看，鍍層脫落為主要缺陷，而突起和黑色的質(zhì)點缺陷只出現(xiàn)在局部區(qū)域，這可能是由于電鍍完成后受到的機械損傷所造成的.鋁合金基體的成分分析結(jié)果列于表1.

圖1 表面缺陷1Fig.1 Surface defectsNo.1

圖2 表面缺陷2，50×Fig.2 Surface defectsNo.2，50×

表1 6101的成分分析結(jié)果Table 1 Com ponentanalysis of6101 alloy w/%

2.2 微觀分析

圖3是缺陷1的掃描電鏡照片.由圖3可見，除鍍層脫落外，鋁合金板材的表面還有許多突起圓點.分別對圖3中的脫落處和未脫落處進行能譜分析，結(jié)果列于表2.由表2可知，脫落處的主要成分是鋁，檢測不到銅元素，未脫落處主要為錫元素，還有少量的氧元素.

圖3 缺陷1的掃描電鏡照片，40×Fig.3 SEM morphology of defectNo.1，40×

表2 圖3中A和B處的能譜分析結(jié)果Table 2 EDS resultofarea A and B in Fig.3

圖4是缺陷2的掃描電鏡照片.由圖4可見，缺陷2中有大量的黑色質(zhì)點及灰色球狀物，以及少量的坑點.黑色質(zhì)點（A處）及灰色球狀物（B處）的能譜分析結(jié)果列于表3.由表3可知，黑色質(zhì)點中含有大量的A l和Si及少量的O，灰色球狀物中含有大量的Fe和Mn.

圖4 缺陷2的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.4 SEM morphology of defectNo.2

表3 圖4中A和B處的能譜分析結(jié)果Table 3 EDS resultofarea A and B in Fig.4

圖5 鋁合金板材截面的掃描電鏡照片及線掃描能譜圖(a)掃描電鏡照片；(b)線掃描能譜圖Fig.5 SEM morphology and line scan energy spectra of alum inum alloy sheetcross-section(a)SEM morphology；(b)Line scansenergy spectra

圖5為鋁合金板材截面的掃描電鏡及線掃描能譜圖的照片，掃描電鏡測量的鍍層厚度為8μm.從鍍層表面到基體進行了線掃描分析，結(jié)果見圖5（b）.由圖5（b）可見，表層為錫層（約5 μm厚），在錫層的外邊緣有少量的氧元素；錫層的下面是鍍銅層（約2μm厚），鍍銅層中也含有錫和鋁元素；在鍍銅層的下面有一層小于1μm的氧化層，氧化層的成分主要是鋁和氧元素.最下面是基體，由線掃描結(jié)果可知，在基體中存在一定厚度的錫擴散區(qū)域.

3 分析與討論

從鍍層的截面線掃描結(jié)果可知，銅鍍層與基體之間存在厚度小于1μm的氧化鋁層，這會造成鍍銅層與鋁合金基體的結(jié)合性能變差，是導致鍍銅層大塊脫落的主要原因.這些氧化鋁產(chǎn)生的原因應(yīng)該是在鍍銅之前鋁合金的表面未清潔干凈，或是在電鍍過程中形成了新鮮的氧化鋁層.對缺陷2中的黑色質(zhì)點和灰色球狀物進行掃描電鏡分析的結(jié)果表明，氧化鋁和氧化鐵顆粒是缺陷2中的主要成分，表現(xiàn)為突起圓點和黑色質(zhì)點，這些表面缺陷只存在于局部區(qū)域，由此可推斷此缺陷來源于電鍍液中的氣泡及氧化鋁顆粒，或是在電鍍完成后受到的機械損傷.

4 結(jié)論與建議

6101鋁合金母線排表面缺陷產(chǎn)生的原因是：在鍍銅之前未能徹底清除鋁合金在熔鑄和擠壓過程中生成的氧化鋁；電鍍液的殘留；電鍍液中的氣體未除盡等.為避免產(chǎn)生上述表面缺陷，應(yīng)提高6101鋁合金在熔鑄過程的凈化程度，電鍍前要對鋁板進行徹底清洗，以去除氧化層和附著的污物，清洗后要避免鋁板在外放置過長時間，應(yīng)立即對其進行電鍍，電鍍液要及時清理殘渣及氣泡，電鍍完成后要將鋁板表面的電鍍液清洗干凈并及時采取有效措施，保護母線排的表面不受到其他損傷.

[1]吳勵堅.大電流母線的理論基礎(chǔ)與設(shè)計[M].北京:水利電力出版社,1985:25.

[2]馮成華.鋁母線——資源節(jié)約型社會的新選擇[J].建筑電氣,2008(4):166-170.

[3]楊穎,張瑜,王宇鑫，等.高導電鋁硅合金的研究進展[J].金屬功能材料,2010，17(3):96-100.

Defectanalysisof alum inum busbar surface

XU Fen1，LUOShun2
1.Token Aluminum Products Co.,Ltd,Dongguan 523000,China;2.Guangdong General Research Institute of Industrial Technology(Guangzhou Research Institute ofNon-ferrousMetals),Guangzhou 510650,China

The surface defect of a 6101 alum inum busbarwas analyzed by means ofmacro andm icro analysis.Analysis results showed that the delam ination of copper and tin layers from alum inum busbar surfacewas due to the generation of alum inum oxide on the alum inum busbar surface,which was formed before electrical plating.The aluminum oxide between the base and electrodeposited coating resulted in the degradation of electrodeposited coating.Itwas proposed that the surface cleaning should be emphasized during the production process;deslagging and outgassing process on the plating solution should be executed in time;A lum inum plate should be protected carefully afterelectroplating.

alum inum alloy;busbar;electroplating;defectanalysis

TG146.2

A

1673-9981(2012)02-0146-04

2012-03-29

廣東省科技廳產(chǎn)學研項目（2010A090200078）

徐芬（1963-）男，廣東人，助理工程師.