5052鋁合金陽(yáng)極氧化料基材邊部“發(fā)白”分析及對(duì)策

左欣欣，王曉磊，朱源源，李琳凱，紀(jì)歡歡

（河南中孚高精鋁材有限公司，鞏義 451200）

0 前言

5052 鋁合金具有良好的強(qiáng)度、剛度和導(dǎo)熱性能，經(jīng)陽(yáng)極氧化處理后，鋁材表面會(huì)形成一層兼具耐磨和耐蝕性能的氧化膜。 經(jīng)氧化著色處理后，鋁材表面呈現(xiàn)多種顏色，陽(yáng)極氧化膜還起到增強(qiáng)鋁合金表面硬度和提高耐腐蝕性的作用，因此多用于3C 電子產(chǎn)品上。3C 電子產(chǎn)品的外觀材料具有高表面要求，要求陽(yáng)極氧化后色澤均勻、亮麗，具有良好的金屬光澤和質(zhì)感，不允許有劃傷、色差等質(zhì)量缺陷，因此對(duì)鋁合金原材料表面質(zhì)量提出了更高的要求。5052-H32 陽(yáng)極氧化料邊部發(fā)白是氧化料基材生產(chǎn)中一個(gè)比較難徹底解決的問(wèn)題。本文對(duì)邊部發(fā)白色差進(jìn)行粗糙度、金相形貌分析、掃描電鏡和能譜分析，根據(jù)分析結(jié)果并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，制定相應(yīng)的生產(chǎn)措施。經(jīng)過(guò)對(duì)中軋后卷材斷面處理，改變卷材中間清洗過(guò)程以及調(diào)整退火工藝，有效改善了氧化料邊部發(fā)白色差的情況。

1 試驗(yàn)材料及檢測(cè)方法

試驗(yàn)材料為0.8 mm×1 250 mm 厚5052-H32 鋁合金帶材，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。生產(chǎn)工藝為：熔鑄→銑面→加熱→熱軋→冷軋→中間清洗切邊→中間退火（完全退火）→冷軋→成品清洗→穩(wěn)定化退火→精整拉矯→縱切。采用粗糙度儀檢測(cè)表面粗糙度，用金相顯微鏡觀察微觀形貌以及晶粒度，采用掃描電鏡觀察微觀形貌，進(jìn)行能譜分析。

表1 5052鋁合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

2 邊部發(fā)白色差描述

圖1 為5052-H32 鋁合金卷材邊部發(fā)白色差的形貌圖。此種缺陷主要出現(xiàn)在帶材上下表面兩邊部，且寬度都在10 cm以上。發(fā)白部分區(qū)域比正常區(qū)域的表面粗糙度大0.05～0.06 μm，如圖2 所示。中間清洗、中間退火后均不出現(xiàn)此缺陷，在中間退火后軋制時(shí)出現(xiàn)，多呈不規(guī)則曲線形狀，且隨著軋制的深入發(fā)白色差的程度越來(lái)越重。對(duì)發(fā)白區(qū)域使用50 ℃的5%氫氧化鈉溶液浸泡120 s，色差會(huì)消失。圖3為使用金相顯微鏡觀察的發(fā)白區(qū)域與正常區(qū)域微觀形貌和晶粒金相圖。由圖可以看出形貌上發(fā)白區(qū)域凹凸不平現(xiàn)象較明顯，內(nèi)部晶粒無(wú)明顯差別。圖4為掃描電鏡觀察正常部分和邊部發(fā)白部分在放大4000 倍下的圖片。發(fā)白部分存在明顯的細(xì)小裂紋，且裂紋多集中在相應(yīng)的線條上，因此光打在缺陷處產(chǎn)生的漫反射較多，造成目視發(fā)白的情況。

圖1 邊部發(fā)白缺陷

圖2 表面粗糙度對(duì)比

圖3 金相顯微鏡分析對(duì)比圖

圖4 掃描電鏡4000倍形貌對(duì)比圖

從以上描述和分析可知，5052-H32 鋁板帶在中間退火后軋制時(shí)出現(xiàn)的兩邊部發(fā)白色差，僅是一種表面質(zhì)量缺陷，而非內(nèi)部組織存在差異所致。關(guān)于具體是何種原因造成的這種表面質(zhì)量缺陷，需要從多方面考慮分析其產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的整改措施。

3 邊部發(fā)白色差產(chǎn)生的原因分析

3.1 季節(jié)濕度對(duì)邊部發(fā)白色差的影響

鋁及鋁合金是一種化學(xué)性質(zhì)較活潑的金屬，在空氣中極易形成一層均勻致密且堅(jiān)固的氧化膜，具有一定保護(hù)作用，防止其他物質(zhì)對(duì)其產(chǎn)生腐蝕。但這層氧化膜較薄，若長(zhǎng)時(shí)間處在潮濕的空氣中或者在表面有水的情況下，材料極易被破壞而造成氧化腐蝕。圖5中為不同季節(jié)月份對(duì)發(fā)白色差缺陷的影響統(tǒng)計(jì)圖。從統(tǒng)計(jì)中可以看出，夏季出現(xiàn)發(fā)白的概率明顯較大，冬季產(chǎn)生發(fā)白色差的概率就非常低。另外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤發(fā)現(xiàn)，鋁卷存放時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)白色差的寬度會(huì)較寬。

圖5 季節(jié)濕度對(duì)發(fā)白色差的影響

夏季天氣炎熱空氣濕度大，鋁卷在高濕度的環(huán)境存放，極易造成腐蝕。由于卷材卷取較緊密，因此腐蝕會(huì)從端面邊部開(kāi)始，隨著存放時(shí)間的增加，腐蝕的寬度也會(huì)跟著增加。經(jīng)軋制后，邊部比中間位置的表面粗糙度更大而導(dǎo)致發(fā)白色差。

3.2 清洗工藝對(duì)發(fā)白色差的影響

鋁及鋁合金在軋制時(shí)，帶材總是會(huì)產(chǎn)生不同的波浪，不管是中浪、肋浪、邊浪或者是串浪。在波浪較大處帶油量多，在進(jìn)行完全再結(jié)晶退火時(shí)表面附著的油揮發(fā)不徹底，容易產(chǎn)生黃油斑，為此在退火之前會(huì)進(jìn)行清洗。在進(jìn)入清洗箱之前要經(jīng)過(guò)夾送輥，會(huì)將帶材表面油鋪平。因?yàn)橛椭虚g夾雜著大量的鋁粉，鋁粉壓實(shí)在帶材表面，清洗后形成鋁粉帶（如圖6所示）。由于鋁粉以一種粉狀形式存在，延展性不好，易在軋制過(guò)程中產(chǎn)生油膜厚度不均或油膜破損，從而導(dǎo)致出現(xiàn)表面色差的現(xiàn)象。

圖6 清洗后邊部鋁粉帶

3.3 退火工藝對(duì)發(fā)白色差的影響

5052-H32 鋁合金生產(chǎn)中需要進(jìn)行一次完全再結(jié)晶退火。在退火時(shí)，鋁材以卷材的形式存在，卷材中間幾乎為真空狀態(tài)，無(wú)氧氣滲入，而卷材邊部因?yàn)閷娱g間隙的存在，容易與退火爐內(nèi)氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，從而出現(xiàn)邊部和中間色差不均的現(xiàn)象[3]。由于5052完全再結(jié)晶溫度一般在330 ℃，退火溫度較高，極易導(dǎo)致Mg 元素偏析，氧化生產(chǎn)MgO；發(fā)白區(qū)域與正常區(qū)域的能譜（EDS）化學(xué)成分分析如圖7 所示，發(fā)現(xiàn)發(fā)白色差區(qū)域比正常區(qū)域Mg 高0.04%～0.06%，因此在帶材軋制后邊部和中間粗糙度不一致，導(dǎo)致發(fā)白色差的產(chǎn)生。

圖7 正常區(qū)域和缺陷區(qū)域能譜分析圖

3.4 軋制油對(duì)發(fā)白色差的影響

通過(guò)對(duì)發(fā)白區(qū)域與正常區(qū)域XRF 熒光光譜儀檢測(cè)可知（如表2），發(fā)白色差區(qū)域的S、P 和Cl 元素含量較高。軋制基礎(chǔ)油及添加劑中不含此類元素或者含量極小，一般情況下軋制油中S的含量不超過(guò)8×10-6，但在機(jī)械密封不好等異常情況下會(huì)有一部分機(jī)械油進(jìn)入軋制油中導(dǎo)致軋制油中的S等有害元素含量增加。S、P 和Cl 吸附在帶材表面，在清洗時(shí)很難去除掉。由于5052鋁合金中的Mg元素較活潑，極易與S、P 和Cl 等極性元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成反應(yīng)膜殘留在表面[4]。高溫退火時(shí)，不能揮發(fā)出去，呈現(xiàn)出不穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致繼續(xù)冷軋后出現(xiàn)發(fā)白色差缺陷。

表2 XRF元素檢測(cè)結(jié)果（元素含量/10-6）

軋制油油膜強(qiáng)度不夠，潤(rùn)滑能力不足，導(dǎo)致軋輥軋制力偏大，以及軋輥粗糙度過(guò)大，而使帶材表面鋁粉量增加。在卷材卷取張力的擠壓下兩邊部相對(duì)中間更容易殘留軋制油和鋁粉，后續(xù)清洗時(shí)形成較明顯的鋁粉帶，導(dǎo)致在成品軋制后帶材表面色差不一致。

4 解決對(duì)策及效果

為解決鋁卷邊部發(fā)白色差缺陷的問(wèn)題，根據(jù)邊部發(fā)白色差缺陷的原因分析，制定了相應(yīng)的改善措施：

（1）加快鋁卷的生產(chǎn)，盡可能減少退火后鋁卷暴露在空氣中的時(shí)間。鋁卷要存放在濕度相對(duì)較低的高架倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，減少鋁卷在濕度較大環(huán)境下出現(xiàn)氧化腐蝕的情況。

（2）清洗工藝的優(yōu)化。清洗前進(jìn)行端面吸油，為減少邊部軋制油的殘留量，選擇在穩(wěn)定輥安裝一套噴油裝置，使帶材表面形成一層均勻的鋁灰層。清洗段改用脫脂助劑清洗，水溫控制在50～70 ℃，速度控制在50 m/min以下，以進(jìn)一步控制帶材表面軋制油以及鋁灰的殘留。

（3）退火工藝優(yōu)化。由于退火爐的加熱方式是側(cè)面直吹式加熱，鋁卷端面會(huì)首先接觸到溫度較高的爐氣，這種情況會(huì)增大邊部Mg 的析出。為此選擇在卷材斷面加蓋一層鋁制遮擋板，避免高溫爐氣熱風(fēng)直接吹在鋁卷端面，減少邊部溫度過(guò)高的情況。卷材冷卻時(shí)采用爐內(nèi)氮?dú)獗Ｗo(hù)旁冷，旁冷時(shí)氧氣含量控制在0.3%，卷材溫度降到120 ℃以下出爐，及時(shí)轉(zhuǎn)入高架倉(cāng)庫(kù)，軋制后未發(fā)現(xiàn)發(fā)白色差的情況。

（4）軋制油的優(yōu)化。首先，嚴(yán)格控制軋制油品質(zhì)，定期檢查軋機(jī)機(jī)械油泄漏情況，預(yù)防機(jī)械油污染軋制油。控制軋制油中S、P 和Cl 元素含量，減少其對(duì)帶材表面的影響。其次，選擇油膜強(qiáng)度較高的優(yōu)質(zhì)軋制油，添加劑含量提升至7.5%～8.0%，使用220#砂紙打磨的工作輥，工作輥表面粗糙度控制在0.3～0.4 μm 以內(nèi)，使軋制的帶材表面均勻細(xì)膩，以減少鋁粉量的產(chǎn)生。

5 結(jié)論

（1）5052 鋁合金陽(yáng)極氧化料基材邊部發(fā)白色差缺陷是一種表面質(zhì)量缺陷，非內(nèi)部組織缺陷。

（2）5052 鋁合金陽(yáng)極氧化料在生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)減少卷材在高濕度環(huán)境下形成的氧化腐蝕、優(yōu)化退火工藝減輕退火形成的氧化、改善軋制油品質(zhì)、控制軋輥粗糙度以及清洗過(guò)程鋁粉帶的產(chǎn)生，可以有效改善邊部發(fā)白色差的情況。