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。
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. /%)
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
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。
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。
(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。