特薄雙零鋁箔生產(chǎn)工藝研究與實(shí)踐

杜江

（江蘇中基復(fù)合材料股份有限公司，江蘇江陰 214443）

特薄雙零鋁箔生產(chǎn)工藝研究與實(shí)踐

杜江

（江蘇中基復(fù)合材料股份有限公司，江蘇江陰 214443）

針對(duì)目前雙零鋁箔生產(chǎn)難點(diǎn)問(wèn)題，采用中間退火技術(shù)以及增加鋁箔毛料清洗工序，優(yōu)化了生產(chǎn)加工工藝流程。同時(shí)著重對(duì)輥系參數(shù)、軋制油配比、道次分配及其工藝進(jìn)行了優(yōu)化，試制了厚度為0.005 mm～0.0045 mm、拉伸強(qiáng)度為60～90 MPa、伸長(zhǎng)率＞1.5%、針孔數(shù)可忽略不計(jì)的特薄鋁箔產(chǎn)品，生產(chǎn)率達(dá)到86.82%。

雙零鋁箔；軋制工藝；工藝參數(shù)

0 前言

近年來(lái)，隨著科技的不斷發(fā)展，人們生活質(zhì)量逐漸得到改善，雙零鋁箔在食品、飲用水、牛奶制品、醫(yī)藥防護(hù)和電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展[1]。雙零箔是指厚度小于0.01 mm的鋁箔，相對(duì)其他較厚的鋁箔來(lái)說(shuō)，雙零鋁箔的生產(chǎn)加工稍有難度。特別是對(duì)較高質(zhì)量的雙零鋁箔來(lái)說(shuō)，它的生產(chǎn)對(duì)原材料和設(shè)備工藝條件等都提出了更嚴(yán)格的要求。一般來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)雙零鋁箔需要優(yōu)質(zhì)的鋁箔坯料提供保障，其次對(duì)軋輥、軋機(jī)等也有很高的要求，除此之外軋制工藝及操作也對(duì)鋁箔的厚度及質(zhì)量有一定的影響[2]。

目前生產(chǎn)雙零鋁箔的主要難點(diǎn)是針孔數(shù)帶來(lái)的力學(xué)性能下降的問(wèn)題，針對(duì)這一難題，在生產(chǎn)實(shí)際中采用中間退火技術(shù)以及增加鋁箔毛料清洗工序，優(yōu)化生產(chǎn)加工工藝流程，并對(duì)輥系參數(shù)、軋制油配比、道次分配及其工藝進(jìn)行了探索與分析，為特薄雙零鋁箔的高效優(yōu)質(zhì)化生產(chǎn)提供參考。

1 生產(chǎn)工藝流程優(yōu)化

1.1 鋁箔坯料

采用1235合金為坯料，具體規(guī)格為AA1235H14鑄軋鋁箔坯料，它在國(guó)內(nèi)比較常用并且加工工藝較為成熟[3]。參數(shù)是0.3 mm×1060 mm×C mm，氫含量≤1.4 mL/kg，晶粒尺寸為0.03～0.05 mm，合金元素成分見(jiàn)表1。

表1 AA1235H14合金各元素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)／%）

1.2 鋁箔生產(chǎn)工藝流程

鋁箔生產(chǎn)的過(guò)程實(shí)際上就是將毛料反復(fù)軋制的過(guò)程。但是不同工序的軋制都有其特定的作用，針對(duì)特薄雙零鋁箔在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中所面臨的主要的問(wèn)題，制定了如下圖1所示的工藝流程。

圖1 鋁箔軋制流程圖

第一道粗軋工序是將鋁坯卷材投入粗軋機(jī)，用軋制油進(jìn)行潤(rùn)滑，然后在軋輥的作用下得到較薄的鋁箔的工藝過(guò)程。接著進(jìn)入中軋階段，就是將經(jīng)過(guò)粗軋后的鋁箔毛料進(jìn)一步軋制，同樣需要用軋制油進(jìn)行潤(rùn)滑，但是參數(shù)控制和粗軋有所不同。

經(jīng)過(guò)兩次軋制之后的鋁箔已經(jīng)減薄到一定的程度了，此時(shí)采用雙合軋制，其目的是提高軋制工序?qū)Τ′X箔的軋制效率。這是因?yàn)楫?dāng)軋件的厚度已經(jīng)達(dá)到軋輥工作的最小極限厚度時(shí)，軋輥之間的軋制壓力對(duì)軋件的作用相當(dāng)微小，所以使軋件變得更薄是很有難度的，因此通常采用雙合軋制的方法增加軋件厚度來(lái)克服這種缺陷，也就是把兩張鋁箔進(jìn)行重合一同進(jìn)入軋輥之間進(jìn)行軋制，在實(shí)踐過(guò)程中是將兩卷箔料重疊，然后用雙合油噴淋防止鋁箔之間粘連，然后經(jīng)過(guò)合卷機(jī)合卷加工而成的。

退火指的是將鋁箔緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻。目的是降低硬度，改善切削加工性，消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷，便于實(shí)施后繼工序的過(guò)程。為了提高鋁箔的性能，在后續(xù)的精軋過(guò)程中不會(huì)因?yàn)殇X箔的過(guò)分硬脆而斷裂，采用中間退火技術(shù)。一方面，中間退火工藝可以消除鋁箔的部分僵硬化缺陷，恢復(fù)其塑性并且降低變形抗力；另一方面，還可以大大穩(wěn)定鋁箔晶粒與晶粒之間的連接使其不易發(fā)生斷裂，從而減少了晶界斷裂造成的針孔，這些少量的針孔在后續(xù)的軋制過(guò)程中也會(huì)得到大大改善。

毛料清洗是利用軋制油對(duì)退火后的鋁箔進(jìn)行軋制油清洗過(guò)程，使鋁箔在下一步精軋過(guò)程中與軋輥之間形成一層潤(rùn)滑膜，有效降低了摩擦系數(shù)，提高軋制力，從而使軋出的鋁箔更薄，更平整均勻，大大提高了雙零鋁箔的質(zhì)量。

精軋工序是將清洗后的毛料投入精軋機(jī)進(jìn)一步軋制到成品厚度的鋁箔。最后再經(jīng)過(guò)分切加工成設(shè)計(jì)寬度的鋁箔制品，經(jīng)過(guò)最終退火去除軋制油和其他污漬得到成品鋁箔。

2 工藝參數(shù)

2.1 軋輥參數(shù)

軋輥參數(shù)對(duì)雙零鋁箔的質(zhì)量有重要的影響。在鋁箔的軋制過(guò)程中，鋁箔經(jīng)過(guò)軋輥反復(fù)軋制變薄，與軋輥直接接觸反復(fù)摩擦，所以其表面粗糙度、輥型以及尺寸參數(shù)都會(huì)對(duì)鋁箔的質(zhì)量以及能否成功軋制產(chǎn)生重要的影響[4]。表面粗糙度直接影響鋁箔表面的平整度、均勻度以及針孔數(shù)目，除此之外，軋輥的表面粗糙度對(duì)壓下量的大小、軋制速度的快慢和鋁箔表面的光亮度也有很大的影響。不同道次的軋輥應(yīng)與各道次的粗糙度相適應(yīng)，且要求粗糙度均勻。粗糙度過(guò)小不利于壓下量的控制，鋁箔在其表面易發(fā)生打滑的現(xiàn)象，對(duì)鋁箔的板形控制較難。粗糙度過(guò)大不利于精軋，因?yàn)楹茈y保證軋制的厚度，對(duì)鋁箔的質(zhì)量也會(huì)造成影響。輥型是指輥身中部和輥身兩端的直徑差和該差值的分布情況，它影響壓下量和鋁箔板形。其設(shè)計(jì)要綜合考慮選用合金的規(guī)格以及軋輥的其它參數(shù)。根據(jù)已有實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，綜合制定了與工作輥、支承輥相匹配的設(shè)計(jì)方案，如表2所示。

表2 輥系參數(shù)

2.2 軋制油配比

軋制油是鋁箔生產(chǎn)的三大要素之一，它對(duì)鋁箔的壓下量、軋制速度、產(chǎn)品板形和表面質(zhì)量具有很大的影響，因此軋制油的選擇、配比以及使用都是非常重要的。在生產(chǎn)雙零鋁箔的實(shí)踐過(guò)程中，為了獲得性能優(yōu)良、質(zhì)量?jī)?yōu)異的產(chǎn)品，對(duì)軋制油的選擇和配比都有嚴(yán)格的需求[4]。

軋制油的組成為國(guó)產(chǎn)MR921、WYROL-10和WYROL-12。其中MR921為基礎(chǔ)油，在鋁箔的軋制中起冷卻作用，添加劑起著潤(rùn)滑作用。在不同的道次中選擇不同的基礎(chǔ)油和添加劑以達(dá)到最優(yōu)的效果。為此，根據(jù)公司現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備以及以往的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合同行企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果來(lái)看，制定了針對(duì)道次加工中的不同配比：1～3道次時(shí)，質(zhì)量配比為基礎(chǔ)油92.1%，WYROL10為7%，WYROL12為0.9%；4～5道次時(shí)，基礎(chǔ)油為94.2%，WYROL10為3.8%，WYROL12為2%。粗軋機(jī)軋制油粘度為2.044 mm/s，精軋機(jī)軋制油粘度為1.948 mm/s。這主要是考慮到前道工序加工的狀態(tài)以及下一道工序的要求來(lái)確定的配比方案，具體試驗(yàn)方案如表3所示。

表3 軋制油配比

2.3 道次分配及其工藝

軋制道次是影響鋁箔質(zhì)量的又一重要參數(shù)。不同軋制過(guò)程中的鋁箔毛料是逐漸變化的，后道工序中，鋁箔減薄到一定的厚度，即使采用雙合軋制技術(shù)軋制鋁箔，每一步的減薄仍然是很困難的。為此，在軋制過(guò)程中采用不同的工藝是至關(guān)重要的[5]。

軋制速度是影響道次加工率和生產(chǎn)率的重要因素。速度的變化影響變形區(qū)油膜厚度，從而影響軋輥和鋁箔的摩擦系數(shù)。當(dāng)速度高時(shí)，變形區(qū)油膜厚度增加，潤(rùn)滑性好，摩擦系數(shù)低，且高速軋制熱效應(yīng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)回復(fù)能使箔材發(fā)生明顯的加工軟化，從而能夠提高道次加工率和生產(chǎn)率。但是速度過(guò)高時(shí)，不利于鋁箔行走過(guò)程中的板型控制。前后張力主要控制的是鋁箔在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的走向，設(shè)置不當(dāng)易造成鋁箔的形變，因此應(yīng)當(dāng)與軋制速度相互配合，使其在達(dá)到較高的壓下率的情況下最大限度地保證鋁箔板型。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)有設(shè)備條件，制定了如表4所示的工藝。

表4 道次分配工藝

3 試制結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)粗軋機(jī)軋制階段之后，即第一、二、三道次之后，鋁箔的厚度變化依次為：0.3 mm、0.14 mm、0.07mm和0.038 mm，計(jì)算道次壓下率分別為53%、51%、55.8%，基本滿足需要。接著進(jìn)入中軋階段，根據(jù)第四道次控制相關(guān)參數(shù)，此時(shí)鋁箔毛料變?yōu)?.013 mm，該道次壓下率為55%。此時(shí)鋁箔的厚度已經(jīng)相當(dāng)薄了，采用合卷機(jī)進(jìn)行合并采用雙合軋制的方式能夠有效增大效率。在進(jìn)行中間退火和毛料清洗階段，此時(shí)爐內(nèi)經(jīng)過(guò)3h升溫至165～185℃退火4h，然后經(jīng)過(guò)2h冷卻到100℃后出爐，經(jīng)過(guò)軋制油清洗階段潤(rùn)滑鋁箔表面，最后進(jìn)入精軋階段，即第五道次，鋁箔的厚度變化分別為：0.013 mm、0.005 mm，道次壓下率為51.8%，達(dá)到了設(shè)計(jì)厚度，并且對(duì)于精軋階段來(lái)說(shuō)產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了一定的水平了，滿足需要。接下來(lái)根據(jù)不同的客戶需求進(jìn)行分切、半成品退火和入庫(kù)。

上述試驗(yàn)所獲鋁箔產(chǎn)品的產(chǎn)率為86.82%，厚度為0.005 mm～0.0045 mm，拉伸強(qiáng)度為60～90 MPa，伸長(zhǎng)率＞1.5%，針孔數(shù)可忽略不計(jì)。根據(jù)結(jié)果來(lái)看，按照設(shè)計(jì)工藝可以有效生產(chǎn)出高質(zhì)量的厚度為0.005 mm的特薄雙零鋁箔。

4 結(jié)論

特薄雙零鋁箔的生產(chǎn)對(duì)原料和工藝的要求都很高。實(shí)踐采用1235坯料，并配置相應(yīng)的優(yōu)化工藝參數(shù)，特別是在精軋之前，采用中間退火技術(shù)和軋制油清洗過(guò)程，保證了生產(chǎn)鋁箔的質(zhì)量，光亮度和平整度都有所提高，針孔數(shù)可忽略不計(jì)，對(duì)開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的雙零鋁箔具有一定的借鑒作用，為特薄雙零鋁箔的發(fā)展提供了方向。

[1] 饒竹貴，楊鋼，孫力軍，等.雙零鋁箔鑄軋工藝對(duì)其坯料質(zhì)量影響的簡(jiǎn)述[J].云南冶金，2011，40(6):39-42

[2] 蔣顯全.0.007 mm優(yōu)質(zhì)鋁箔的軋制工藝研究[J].鋁加工，1995(5):5-12

[3] 劉煜.0.0065 mm鋁箔軋制的工藝研究[J].鋁加工，2002，25(6):8-12

[4] 黎志勇，史慶南，楊鋼，等.雙零鋁箔針孔產(chǎn)生原因及控制方法[J].新技術(shù)新工藝，2008(10):63-65

[5] 杜娟，肖陽(yáng)，趙衛(wèi)濤，等.國(guó)內(nèi)雙零鋁箔常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題及分析[J].輕合金加工技術(shù)，2010，38(6):23-28

Research and Practice of Technology for Super-thin Double Zero Aluminum Foil

DU Jiang
(Jiangsu Zhongji Lamination Materials Co.，Ltd.，Jiangyin 214443，China)

The intermediate annealing treatment and cleaning process of aluminum foil were used to optimize the production and processing of double zero aluminum foil to solve the key problem.And the parameters of rolling system，rolling oil ratio，pass distri?bution and process were optimized.The aluminum foil products with the thickness of 0.005 mm to 0.0045 mm were trial-manufac?tured.And its tensile strength was 60～90 MPa，the elongation was more than 1.5%.What’s more，the number of pinholes were negligible with yield of 86.82%.

double zero aluminum foil;rolling process;process parameters

TG339

B

1005-4898(2017)02-0025-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.02.05

增強(qiáng)車用鋁鑄件應(yīng)用的兩種新型內(nèi)部涂層

杜江（1962－），男，江蘇人，工程師。

2017－02－06

為了避免熔融保溫工藝中產(chǎn)生的金屬污染，幫助鑄鋁廠提高產(chǎn)量并減少?gòu)U品率，摩根先進(jìn)材料公司研發(fā)出兩種專業(yè)涂層——PRO和STAR用于熔融工藝中的擴(kuò)散阻擋層。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，它們?cè)跍p少鋁合金雜質(zhì)、防止材料污染及坩堝中熔渣方面特別有效。這些專業(yè)配方可用于坩堝內(nèi)表面，防止金屬和坩堝之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，可作為減少雜質(zhì)的屏障。PRO涂層的應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單，可以與水混合，然后由受過(guò)訓(xùn)練的手工勞動(dòng)者用刷子涂覆到坩堝上。它還可以用作砂漿，修復(fù)已損壞或缺損的區(qū)域，最大化地延長(zhǎng)坩堝的使用壽命。STAR涂層更為先進(jìn)，可為粘土粘合及碳粘合的坩堝帶來(lái)更佳的效果。它必須由熟練的專業(yè)人員來(lái)操作，使用特定的噴槍在坩堝內(nèi)形成納米顆粒層，然后在特定條件下燒結(jié)，以確保其牢固結(jié)合。這減少了清潔時(shí)間，同時(shí)其產(chǎn)出的金屬純度比標(biāo)準(zhǔn)坩堝制成的更好。