1060铝箔表面白点缺陷的分析

2012-07-28孙付涛程建国

有色金属加工 2012年5期

韩晨，孙付涛，程建国

﹙洛阳有色金属加工设计研究院，河南洛阳 471039﹚

1060工业纯铝箔材由于具有较高的可塑性、耐腐蚀性、导电性和导热性，因而广泛应用于制作垫片及电容器等行业中[1]。目前，1060纯铝箔材的生产一般为：熔炼→铸造→铣面→加热→热轧→坯料退火→粗轧→中间退火→精轧(箔轧)→成品退火→成品剪切→检查包装。由于铝箔产品对组织、性能、板型、厚差及表面质量的要求远远高于一般冷轧带材，所以产品生产工序的各个阶段都要进行严格控制，以防各类生产缺陷的出现。

某铝箔生产企业在使用Φ260/Φ630×800mm四辊铝带冷轧机、Φ200/Φ480×800mm四辊铝箔轧机生产1060纯铝箔材时，在一段时间内的生产过程中带材表面经常出现大量白点的现象，虽然此类白点缺陷对箔材力学性能的影响还未进行试验分析，但因其大大降低了箔材表面质量，所以必然会对产品的销售、使用和寿命产生不利影响。所以，确定白点的类别、种类进而从根源上消除此类缺陷就显得尤为重要。本文通过现场观察、试轧及实验分析，对白点缺陷的类别进行了确定，并定性分析了该白点缺陷产生的原因。

1 试轧方案及结果

1.1 1060铝箔成分

1060为一种不可热处理强化型的变形纯铝，其耐蚀性、压力加工性及焊接性能良好，强度不高。某企业生产1060箔材的化学成分及各元素质量分数见表1。

表1 1060纯铝箔的化学成分及其质量分数 (wt%)

1.2 试轧规程

铝箔的组织、性能、板型及表面质量与设备装机水平、张力控制、轧制速度、加工率等参数关系极为密切。所以，轧制规程中这些参数的确定也会影响到箔材的表面质量，即生产过程中白点缺陷是否产生。

由于生产过程中的白点缺陷主要出现在冷轧道次及箔轧道次中，所以出现白点缺陷的1060带材不仅要对箔轧机进行试轧分析，而且要对上一工序的冷轧阶段进行试轧分析(由于表面粗糙，现场无法确定热轧料是否存在小白点缺陷)，以便确定白点缺陷出现的原因。冷轧阶段及箔轧阶段各取3个道次进行试轧，对试轧过程中带材表面产生的白点缺陷进行分析。试轧3道次规程见表2。

表2 冷轧及箔轧的试轧3道次规程

1.3 坯料选择及试轧结果

由于每批次进行熔炼、铸造的生产坯料在合金成分、内部组织的均匀性及熔炼和铸造工艺参数在控制上无法避免的差别，必然会对加热、热轧、冷轧等下游工序产生影响。为了判断白点缺陷是否源于熔炼、铸造等上游工序，以及是否由于轧制设备原因所导致表面白点缺陷，在坯料选择上采用以下方案：选择近期轧制过程中出现白点缺陷的同一批次热轧坯料和以往企业所生产的、在冷轧及箔轧过程中都未出现白点的热轧料分别进行试轧。

依据以上坯料选择及试轧规程，分别在Φ260/Φ630×800mm四辊铝带冷轧机和Φ200/Φ480×800mm四辊铝箔轧机进行轧制，每个道次轧制前及轧制后都进行白点缺陷的肉眼观察和记录。结果表明：以往企业所生产的、冷轧及箔轧过程中都未出现白点缺陷的热轧料无论是在本冷轧阶段、箔轧阶段的各个道次都未出现肉眼可以观察到的白点缺陷；而近期轧制过程中出现白点缺陷的同一批次热轧坯料在冷轧及箔轧每个道次结束后，都出现了肉眼可明显观察到的白点缺陷，而且随着带材的减薄及表面光洁度的增加，白点缺陷越来越明显。箔轧结束后厚度为0.055mm的1060箔材表面白点缺陷低倍像见图1所示。从图1a)明场像及图1b)暗场像中可以用肉眼明显看出1060箔材表面出现大量的、分散的、不均匀分布的白点缺陷，其大大降低了箔材的表面质量。

图1 箔材表面出现的白点缺陷：a)明场像1×；b)暗场像1×

利用不同的轧制设备、不同批次的坯料及轧制规程等方案试轧后，从轧制结果可以得出以下结论：1)1060箔材表面出现的白点缺陷与轧制设备及试轧规程无直接关系，即可以排除轧机和轧制工艺的原因；2)白点缺陷与坯料的批次有关，即只有某批次的坯料经轧制后才会出现肉眼可以观察到的明显白点缺陷，因而必须从熔炼或铸造等工序查找原因；3)该白点缺陷在不利用实验仪器的条件下是无法确定其类型、大小、形状及组成的。

所以，利用实验仪器对白点缺陷进行类别、形貌、大小及成分的确定，进而分析、推断出导致白点缺陷产生的原因就显得很有必要。

2 白点缺陷的微观分析

2.1 微观组织的观察分析

利用金相显微镜、扫描电镜及能谱仪对厚度为0.055mm的1060铝箔表面的白点缺陷进行OM、SEM及化学成分的观察、分析和确定。其中，OM分析需要对铝箔表面进行机械抛光、溶液浸蚀，而SEM及能谱分析只需对试样进行抛光后即可进行。图2为白点缺陷的金相组织a)及显微形貌b)。

图2 白点缺陷的微观图像：a)金相组织500×；b)显微形貌200×

从图2 a)金相组织图像中可以看到：大小不等、亮度不尽相同的若干点状缺陷分散并分布该图像区域中，其形状呈不规则状，大小在几微米范围内，未观察到其它明显的组织缺陷。进一步观察图2 b)白点缺陷的显微形貌，白点缺陷呈明显的凹坑状，并体现出物体擦划的痕迹。该凹坑宽约50～80μm，长约150μm，深度在箔材厚度范围内不尽相同。由此可以推断出，1060箔材表面白点缺陷在微观上实际为大小不等、形状不规则的凹坑(在光线及基体颜色的映衬下，宏观上用肉眼观察此类凹坑为白点缺陷)。为了进一步确定这些白点的组成，即分析凹坑内部及边缘的化学成分，就需要利用能谱仪对凹坑的不同部位进行能谱成分分析。图3所示为利用扫描电镜及能谱仪对凹坑内部所作的能谱分析结果。

图3 白点缺陷SEM形貌及能谱成分分析

从图3白点缺陷SEM形貌及能谱成分分析的结果可以看出，利用扫描电镜观察的结果表明白点仍然为明显的箔材表面凹坑缺陷，对凹坑内部及边部不同部位进行能谱成分分析，发现其成分基本都为铝合金基体，在白点凹坑内部未发现夹杂物、第二相粒子等成分的存在。以上试验研究结果表明1060冷轧及箔轧带材表面所出现的大量白点缺陷实际为凹坑缺陷，且白点缺陷并非夹杂物或者二相粒子的析出，凹坑内壁及边缘基本都为完全的铝合金基体。

2.2 白点缺陷成因的分析

白点缺陷一般在微观上表现为金属及非金属压入物，划伤，针孔等缺陷[2]。由于以上试验的结果排除了冷轧及箔轧设备的原因、轧制工艺技术的原因以及白点本身为夹杂物或第二相粒子的析出等原因(无法排除是否为夹杂物或铝颗粒擦划导致凹坑的原因，但从凹坑尺寸看，可以肯定不是第二相粒子导致的擦划)，同时考虑到白点缺陷的产生主要发生于最近某一批次的坯料生产中，所以，其成因应源自于该批次坯料在熔炼、铸造或加热热轧时对1060成分、加工工艺参数控制不当所导致，当然也包括上游工序的加工设备原因。

由于白点缺陷实际为呈明显擦划状的不规则凹坑缺陷，根据以上对白点的分布、形态及成分分析，推测其可能为气孔缺陷，建议对该批次经常出现冷轧带材及箔材表面白点缺陷的原材料及前道工序产品进行分析确认。呈明显擦划状形貌的凹坑或气孔可能来自于熔炼、铸造、加热热轧工序中出现的夹杂物、铝质等小颗粒对金属造成损伤。有文献报道[3]，铝熔体中除含有气体外还含有夹杂物(一部分为铝或铝合金与炉气发生反应所生成的非金属夹杂物)，夹杂物一般为1～30μm(符合本文一般凹坑缺陷尺寸)，如果不利用铝熔体过滤装置将这些夹杂物完全去除就不可能生产出完全合格的产品。如铝和炉气反应所生产的Al2O3会增加铝及铝合金熔体的氢含量，随着氢含量的增加，铸锭中就会形成疏松、气孔、小白点、小尾巴等缺陷。

同时，由于铝箔的生产必须在高洁净环境下进行，所以也应该保持良好的环境卫生，并及时检查及清除坯料表面的粘着物如毛刺、颗粒等异物。