8021铝合金箔坯料含硅异物产生原因及预防措施

汤波楷，章国华，侯志文，王绎潭，陈培显

(浙江永杰铝业有限公司，浙江 杭州 311222)

铝箔具有质轻、无毒无味、耐腐蚀、密闭、包覆性好等优点，在人们日常生活中以及国民经济的许多领域得到广泛应用，成为不可缺少的材料[1]。铝箔的用量不断增加，国内铝箔加工行业得到迅速发展。针孔是衡量铝箔质量的一个重要指标，如何控制针孔尺寸和数量也是目前铝箔加工行业的难题之一。其中热轧8021铝合金箔广泛应用于电动工具、食品和医药包装等传统领域，以及锂电池、3C消费电子产品、新能源汽车领域。

铝箔坯料质量对铝箔最终成品质量影响较大，尤其表现在针孔缺陷方面。生产铝箔坯料的铸锭冶金质量，如物理杂质(氢含量、夹渣物)、碱金属夹渣、氧化物及金属盐类化合物夹渣等，以及在热轧、冷轧工序金属及非金属压入，乳液和轧制油过滤精度，油污、粘铝，划伤，化学成分设计不合理和热处理工艺不当导致粗大第二相化合物，铝粉、切边毛刺等缺陷，都将随着产品厚度减小而逐渐暴露出来，均会使铝箔成品产生严重针孔甚至孔洞，导致最终成品不合格报废。本文作者针对铝箔坯料中两种含硅异物导致的铝箔针孔进行深入分析，提出预防措施。

1 8021铝合金箔坯料含硅异物产生原因

厚度为0.04 mm的8021铝合金箔的化学成分见表1。铝箔生产工艺流程为：熔铸-铸锭锯切-铣面-加热-热轧-冷轧-中间退火-冷轧-箔轧。

表1 8021铝合金箔的化学成分(质量分数/%)

取含有针孔的箔材样品进行金相显微镜及扫描电镜观察微观形貌，EDS能谱成分分析。

1.1 A针孔样品异物原因分析

图1为A针孔样品SEM形貌图片。可以明显看出，针孔与基体本体边界呈现无规则形状，异物在后续轧制加工中部分脱落，因此可以定性判定此异物为熔铸工序熔体中带入，非后续轧制工序压入。必须再结合EDS能谱成分分析确定具体为何种异物。

图1 A针孔样品扫描电镜照片

表2、表3分别为A针孔样品异物和硅酸铝纤维的EDS能谱成分分析结果。从硅酸铝纤维与A针孔样品EDS成分分析对比，两者基本吻合。综合上述分析可以判断A针孔为铝箔坯料熔铸工序硅酸铝纤维带入熔体中导致。

表2 硅酸铝纤维EDS成分分析

表3 A针孔样品EDS成分分析

硅酸铝纤维是一种轻质的纤维状耐火耐温材料，主要组成为w(SiO2)/w(Al2O3)=1～1.2，具有质量轻、导热率低、比热容小、耐机械震动、热稳定性好等优点，尤其是耐高温性能优越，能耐1 000 ℃～1 500 ℃的高温、抗高温氧化、高温强度高、抗高温蠕变等[2]。因此在铝合金熔铸工序应用非常普遍，是生产中不可或缺的辅助材料，暂未发现可以替代硅酸铝纤维且性价比高的材料。

采用SEM对硅酸铝纤维的微观形貌进行观察，如图2所示。发现硅酸铝纤维呈长条、圆柱形，表面非常光滑。纤维直径一般为1 μm～10 μm，长度为5 μm～25 μm。现有的深床过滤和板式过滤设备精度较难将5 μm以下直径的硅酸铝纤维完全过滤掉，如果使用不当极易造成硅酸铝纤维带入熔体中，造成夹渣，轧制铝箔形成针孔。

图2 硅酸铝纤维扫描电镜照片

1.2 B针孔样品异物原因分析

图3为B针孔样品SEM形貌图片。从形貌可以明显看出，其针孔与基体本体边界呈现较光滑界面，未见不规则牵连形貌。可以定性判定此异物不是熔铸工序熔体中带入，而是在后道轧制加工工序压入的。

图3 B针孔样品扫描电镜照片

表4、表5分别为硅藻土和B针孔样品异物的EDS能谱成分分析结果。从硅藻土与B针孔样品成分分析对比，两者基本吻合。综上可分析判断B针孔样品为箔坯料在冷轧加工过程中，因轧制油中渗入硅藻土等助滤剂，导致非金属压入。

表4 硅藻土EDS成分分析

表5 B针孔样品EDS成分分析

冷轧轧制油过滤系统采用板式过滤。其过滤原理是将过滤助滤剂与污染的轧制油混合后，通过管路预涂在过滤介质上，形成厚度约3 mm～10 mm的滤饼，脏的轧制油通过时，铝屑及脏物会被过滤助滤剂吸附，并阻留在过滤助滤剂中，从而达到净化轧制油的目的[3]。图4为未使用过的硅藻土SEM微观形貌图。可以看到硅藻土具有多孔性、较低的密度、较大的比表面积，能有效将0.5 μm以上颗粒物从轧制油中过滤掉。硅藻土主要化学成分是SiO2。活性白土是一种极性物质，有很强的吸附能力。

图4 硅藻土扫描电镜照片

正常情况下，冷轧轧制油经板式过滤器过滤之后，通过轧制油主管路进入冷轧机喷淋系统，但是仍存在个别尺寸较大的硅藻土和活性白土助滤剂未经板式过滤器拦截，直接进入喷淋系统。因此未被板式过滤器拦截的助滤剂从轧制油喷杆梁喷嘴进入辊缝，造成非金属压入，铝箔形成针孔缺陷。

2 改善预防措施及其效果评价

针对熔铸各工序硅酸铝纤维毡的使用进行全面排查整改，主要使用部位有炉盖密封、旋转接环、流槽接口、除气箱及过滤装置入出口、排铝流眼、漏铝时堵漏等。措施如下。

1)保温炉出口至分配流槽禁止硅酸铝纤维直接与铝液接触，保温炉出口、除气箱、过滤箱出入口等均取消硅酸铝纤维使用，其他均用玻璃丝纤维包裹。铝熔体对玻璃丝纤维不润湿，表面张力很大，铝液穿过玻璃丝纤维网孔比较困难，每炉次更换，可以隔绝铝液直接与硅酸铝纤维接触。

2)除气箱排铝流眼整改，摒除硅酸铝纤维毡封堵，采用堵套封堵。

3)铸造工艺改进，通过冷却水流量、铸造速度及铸造温度等工艺参数的优化匹配，基本解决漏铝问题，如发现漏铝，严禁用硅酸铝纤维堵漏，采用铝板堵漏，规范操作。

4)排铝斗块、锯切料等一级废料中发现含有硅酸铝纤维，严禁投料。经处理后才允许投料。

针对冷轧轧制油中含有过滤助滤剂硅藻土进行排查，改进轧制油过滤工艺。措施如下。

1)采用国内某厂生产的纤维素能有限地吸附轧制油中微小铝粉，并快速产生絮凝，且其独特的纤维结构能有效拦截颗粒杂质，系统内穿滤的沉积物更少。

2)在预涂过程中，该纤维素为柔软的长条圆柱形状， 并能快速形成预涂层，可增加预涂层的纤维韧性和嵌着性，使预涂层的附着性、稳定性发生显著改善[4]。

3)该纤维素有相对于硅藻土更大的比表面积，能够在单位流量内吸附更多的杂质，纤维素分布均匀，不会出现硅藻土聚集现象。硅藻土使用一段时间后“多孔”结构堵塞，失去过滤能力，易导致助滤剂穿过过滤介质进入轧制油管路。

4)该纤维素的投入使用，大大减少了白土+硅藻土传统过滤助滤剂的使用。延长了过滤周期、减少了换纸时因操作不当助滤剂进入轧制油系统中的风险。

5)检查过滤密封结合面，及时清理结合面上残留的助滤剂，防止进入轧制油系统。

效果评价，图5为6月～9月硅酸铝纤维及助滤剂异物导致的针孔占比。6月为改善前铝箔坯料含有硅酸铝纤维以及冷轧轧制油助滤剂异物导致的铝箔针孔占比，7月～9月为改善后占比情况。熔铸工序通过规范硅酸铝纤维的使用，改进生产设备和生产工艺方法，使得因铝箔坯料硅酸铝纤维导致的铝箔针孔减少了90%。冷轧工序通过改善冷轧轧制油板式过滤系统的过滤工艺及操作规范，轧制油清洁度提高了，透光率显著提升，改善后未发现冷轧轧制油过滤助滤剂异物导致的针孔。

图5 硅酸铝纤维异物导致针孔占比变化曲线

3 结束语

采用定性定量研究方法，对8021铝合金箔坯料含硅异物进行分析，确定了具体原因，采取了改善和预防措施，效果显著。坯料中硅酸铝纤维异物及冷轧轧制油过滤助滤剂异物只是导致铝箔针孔的一部分原因。铝箔坯料质量对铝箔质量影响较大，尤其是熔铸工序铝熔体质量以及后道轧制工序非金属压入等质量缺陷，需要重点关注。深入结合生产实际举一反三进行预防，提供优质的铝箔坯料，提高铝箔质量及成品率。