新型7072空調(diào)箔表面條紋分析及改善探究

田國建，莘明哲，左 源，任素貞

（江蘇鼎勝新能源材料股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212141）

傳統(tǒng)空調(diào)外機散熱器主要采用銅管加銅翅片或銅管加鋁翅片結(jié)構(gòu)，由于銅的使用成本過高，目前國內(nèi)外許多企業(yè)研究者開展了大量空調(diào)散熱器用材料以鋁代銅的工作。國外相關(guān)空調(diào)企業(yè)已開發(fā)拉拔鋁管加鋁翅片穿脹式換熱器來替代市場上使用銅管為主的產(chǎn)品[1]，為滿足換熱器整體高的耐腐蝕使用壽命，需要開發(fā)出新型高耐腐蝕鋁合金翅片鋁箔材料與拉拔鋁管相匹配使用，研究發(fā)現(xiàn)7072鋁合金材料電位能夠與擠壓鋁管有50mV～80mV的電位差，能夠形成陽極犧牲保護作用，能夠保證換熱器芯體較長的耐腐蝕壽命。國內(nèi)企業(yè)也通過鑄軋法對以上新型7072鋁合金材料進行開發(fā)，本文針對新型7072空調(diào)箔生產(chǎn)開發(fā)過程中產(chǎn)生的表面條紋缺陷問題進行分析及改善探究。

1 合金材料與問題

新型高耐腐蝕鋁合金為AA7072合金，成分標準及本次問題材料實測值如表1所示，成品合金狀態(tài)為O態(tài)，厚度為0.1mm。本材料生產(chǎn)工藝流程為：鑄軋6.6mm坯料退火→5道次冷軋至0.48mm→切邊→4道次冷軋至0.1mm成品厚度→成品退火。經(jīng)以上工藝生產(chǎn)成品鋁箔，表面存在亮暗相間條紋。從成品表面質(zhì)量來看，問題鋁帶表面花紋屬于“表面偏析條紋”或“輥痕振紋”缺陷的可能性較大，追溯至中間工序發(fā)現(xiàn)條紋已經(jīng)存在，且酸洗后更加明顯，排除振紋的可能性，條紋貫穿整個鑄軋工序,且隨著壓延率提高而增加，冷軋后道加工和酸洗后都難以消除，基本認定為表面偏析條紋缺陷，本文針對此問題進行深入探討。

表1 7072合金化學成分（wt. /%）

2 分析與討論

2.1 表面形貌分析

針對 0 態(tài)成品鋁帶表面條紋缺陷，先進行激光共聚焦顯微組織觀察。其中，OM圖中顯示有亮暗相間條紋，局部放大后發(fā)現(xiàn)暗條紋與亮條紋形貌差異較大。暗條紋寬度在2μm左右，亮條紋寬度在5μm左右，且亮暗條紋起伏不平（暗條紋凸起），交界處存在重疊和局部熔化現(xiàn)象。此外，為了形象表征0態(tài)成品的表面形貌，利用激光層析技術(shù)對成品鋁帶的表面進行了三維重構(gòu)，得到的結(jié)果如圖1所示。在重構(gòu)后的表層三維圖中，可見伴隨亮暗條紋的表面起伏，即條紋亮暗色差實質(zhì)上也是鋁帶表面微觀起伏的宏觀表現(xiàn)。

圖1 成品 0 態(tài)鋁帶表層三維重構(gòu)圖

2.2 表面微區(qū)成分分析

為探究亮暗條紋的形成原因，對0態(tài)成品鋁帶表面進行了SEM掃描電鏡觀察和EDS能譜分析，如圖2所示。其中，A、B兩點分別為亮暗條紋區(qū)的能譜分析，結(jié)果如圖2（b）和2（c）所示。值得關(guān)注的是，OM金相圖中的亮暗條紋在SEM掃描圖片中所顯示的顏色正好相反，即呈現(xiàn)“亮變暗”“暗變亮”的顏色表征變化（亮條紋凸起）。在圖2（a）中，雖然亮暗條紋區(qū)的成分差異不太明顯，但亮條紋處的Zn、Cu、Fe元素含量更高，而暗條紋處的Al、Si含量更高，可以認為暗條區(qū)更能體現(xiàn)AL基體組織，而亮條紋區(qū)則存在一定的微量元素偏聚。這一現(xiàn)象從SEM探測原理上也可以得到論證，Cu、Fe等元素原子序數(shù)比Al大，在電鏡下顯示較為白亮。此外，退火后成品表面組織中存在彌散分布的白色顆粒相（黃色箭頭指示物），未發(fā)現(xiàn)該相的存在對鋁帶宏觀表面質(zhì)量影響。

2.3 條紋形成機理分析及改善

為更好表征鋁帶表面的元素分布，對圖 2（a）中劃線區(qū)域進行元素分布線掃，得到各元素垂直于條紋方向的分布規(guī)律，如圖3所示。

對圖3中各元素分布規(guī)律進行對比分析發(fā)現(xiàn)，Al 元素峰與Zn、Si、Fe 等元素峰的分布強度形成了交叉互補，即 Zn、Si、Fe元素峰較強的亮條紋凸起區(qū)域 Al 元素峰相對較弱，說明 Zn、Si、Fe 富集而 Al 含量較低。這種規(guī)律在垂直于鋁帶亮暗條紋的方向上普遍存在，該實驗結(jié)果進一步驗證了亮暗條紋是元素偏聚宏觀體現(xiàn)的假設(shè)。

根據(jù)相關(guān)工藝研究成果[2]，表面偏析現(xiàn)象與半連續(xù)鑄造的鑄錠表面產(chǎn)生的偏析瘤屬于同一問題，鑄造金屬內(nèi)部孔隙對熱傳導(dǎo)造成影響，熱接觸出現(xiàn)不良時即會產(chǎn)生金屬表面元素的偏析，偏析區(qū)晶粒較細而相鄰非偏析區(qū)晶粒較粗大。需綜合結(jié)合鑄軋冷卻強度在線調(diào)整、鑄嘴結(jié)構(gòu)改造以及鑄軋坯料高溫均勻化退火，才能改善表面偏析進而消除表面條紋缺陷。

3 結(jié)論

（1）7072鋁合金成品表面條紋亮暗色差實質(zhì)上為鋁帶表面微觀起伏的宏觀表現(xiàn)。

（2）SEM視場下表面亮條紋部位存在Zn、Si、Fe元素富集，存在一定的元素表面偏析，暗條紋部位Al,Si含量更高，體現(xiàn)為AL基體組織，表面條紋與成分偏析相關(guān)聯(lián)。

（3）需通過鑄軋冷卻強度在線調(diào)整、鑄嘴結(jié)構(gòu)改造以及鑄軋坯料高溫均勻化退火，以改善表面偏析進而消除表面條紋缺陷。