减少8011铝合金药箔针孔缺陷的试验研究

王海宾 王强 刘超 陈鹏

摘要：本文针对8011药箔针孔缺陷问题，从铸轧工艺方面进行优化调整。实验结果表明，通过对铸轧速度、合金成分、轧辊冷却水压力、铁硅含量、晶粒细化剂、铸轧区大小进行调整控制，可有效制止晶粒长大现象，降低药箔针孔数量。

关键词：8011铝合金;药用箔;铸轧工艺;针孔;晶粒细化

一般认为，针孔缺陷是因为铝液中存在硬质杂质，在箔轧时压入铝箔基体，造成应力集中，贯穿及撕裂铝箔基体而产生。在铸轧生产过程中，由于扒渣或精炼不到位，熔体中会存在大量的积渣，积渣随铝液的流动进入除气过滤箱，如果除气转子不起作用或过滤箱中的过滤片破损、密封不严，则会导致大量的积渣随铝液进入前箱中，最后会进入到铸轧区和铸轧坯料;晶粒细化剂在熔体中分解形成的TiB2细微颗粒，在过滤后若在熔体中停留时间过长，会团聚长大，进入铸轧坯料;此外，铸轧前铝液中会残留大量的脏物、异物和氧化渣，且这些杂质往往是硬质粒子，在铸轧过程中也可能进入铝铸轧带坯基体中。进入冷轧、薄轧工序;随着轧制的继续，硬质粒子在铝箔表面拖动，铝箔越轧越薄，当铝箔厚度≤0.02mm，硬质粒子就容易贯穿和撕裂铝箔基体，形成针孔缺陷。

1  试验

本试验在企业连续铸轧生产设备上按进行。通过改变铸轧速度、铸轧机辊冷却水压力、铸轧机前箱浇铸温度、铁/硅含量、晶粒细化剂和铸轧区长度等参数，以改善铸轧坯冶金质量，后续将试样冷轧至0.02 mm。铸轧时使用A级Al-Ti-B丝细化剂。铸轧时控制合适的铸轧区，严格控制铸轧速度上限，前箱温度按浇铸温度下限浇铸，确保铸轧坯料横断面低倍组织均匀、细化，晶粒等级为一级等轴晶粒，无偏析等内在组织缺陷，以满足冷轧车间的冷轧工艺及退火工艺要求。

1.1铸轧速度控制

一般铸轧卷的铸轧速度控制在0.65-0.95m/min。需要严格控制成分偏析时，8011铝合金铸轧速度控制在0.65-0.75 m/min;如不需要严格控制偏析，其铸轧速度可以提高到0.85-0.95 m/min。，可见，铸轧速度对合金成分和晶粒组织的均匀化有至关重要的作用。初期生产时，8011铝合金铸轧速度为0.72-0.75 m/min，晶粒度为1-3级的较多（我公司内部晶粒度分为三级，1-1级最好，1-2级次之，1-3级最差），随铸轧速度的降低晶粒度转为1-2级，1-3级晶粒逐渐减少;当铸轧速度降至0.65-0.68 m/min时，晶粒度多为1-1级、1-2级。本着提高生产效率的原则，继续降低铸轧速度对产量影响较大，因此，本试验8011药箔坯料铸轧速度定位在680-700 mm/min。在此工艺基础上，再从提高冷却强度方面进行调整。

1.2铸轧机轧辊冷却水压力控制

生产车间的铸轧机轧辊一般控制冷却水压力在0.4MPa左右，冷却水温度多为25-35℃。本试验将冷却水压力提高至0.45MPa，冷却水温度降至20-30℃，结果铸轧坯料晶粒得到一定程度的細化，1-3级晶粒明显减少。

1.3铸轧机前箱浇铸温度控制

通过对铸轧速度和铸轧辊冷却水压的改善，后续试验将铸轧速度控制在0.68-0.70 m/min，铸轧辊冷却水压控制在0.45MPa。

降低浇注温度，将前箱熔体温度由原来的695-700℃降至690-695℃，发现对晶粒组织改变的效果不明显;再降至685℃时开始出现效果，1-2级晶粒增多，1-3级晶粒减少。但前箱浇铸温度降至685℃时，出现凝铝现象，影响正常生产。所以，本试验前箱浇铸温度控制在693-695℃。

1.4铁、硅含量控制

8011铝合金的主要合金元素是Fe和Si，通常控制Fe含量在0.70-0.75%，Si含量在0.50-0.55%。本次试验在其它成分基本不变的情况下，适当提高了Fe、Si的含量（Fe提高至0.85%、Si提高至0.6%），结果使8011铝合金药箔的强度、延伸均有提高，改善了材料的综合性能。试验结果如表1所示。随Fe增加时，其金属间化合物过剩相也随着增加，细小弥散的含Fe相不仅对合金起到一定的弥散强化作用，还能阻止晶粒长大，使合金获得细小均匀的组织，提高了产品的综合性能;同时，适当增加Si含量，可以促进含Mn相的充分析出，增强弥散强化作用。

1.5晶粒细化剂的影响

在铝熔体中加入适量晶粒细化剂，可使铝熔体在凝固过程中通过异质核而达到细化晶粒的目的。常见的晶粒细化剂为Al-Ti-B丝。在实际生产条件下，受各种因素影响，由Al-Ti-B溶解形成的TiB2质点非常细小，易聚集成块，尤其在加入时由于熔体局部温度较低，导致加入点附近变得粘稠，流动性差，使TiB2质点除本身易偏析聚集外，还易造成夹杂。

本次试验针对晶粒细化剂工艺，进行了如下改进：（1）改变Al-Ti-B丝加入点至除气箱入口，使除气箱内的除气转子对Al-Ti-B细化剂进行充分搅拌，增加晶核数量，提高结晶成核率;（2）适当提高除气箱入口铝水温度至720℃，使Al-Ti-B细化剂充分融化;（3）在Al-Ti-B丝上加摇摆装置，在减少TiB2颗粒聚集的同时，增加其熔化效果;（4）定期对Al-Ti-B丝的加入点进行人工搅拌，最大限度的较少TiB2颗粒聚集，使细化剂得到充分利用。采用上述改进措施后，8011铝合金铸轧板晶粒组织得到有效改善：1-1级晶粒度趋于稳定，1-2级晶粒有所下降，1-3级晶粒减少效果明显。

1.6铸轧区的控制

对于8011铝合金铸轧板坯的生产，其铸轧区长度一般控制在47-49mm。本次试验通过增加轧辊凸度，将铸轧区长度提高至52-55mm。试验表明，增大铸轧区，增强了铸轧辊间的铝熔体过冷度，延长了凝固结晶和冷却时间，提高了晶粒的均匀化分布。经工艺改进后，1-1和1-2级晶粒度趋于稳定，1-3级晶粒减少效果明显，铸轧板组织得到有效改善。

2结语

本试验通过对8011铝合金药箔铸轧板坯的铸轧工艺进行全面优化调整，使板坯的晶粒得到明显细化，组织得到有效改善。经后续的冷轧、箔轧和退火后，最终的0.02mm成品箔卷质量得到显著提高。在规定的环境及灯箱光源下，利用药箔针孔的透光性来观察针孔的数量，并测量针孔的尺寸，发现针孔数量明显减少，针孔尺寸也明显减小，一般数量在150个/m2。

但是，针孔现象仍然存在，成品率尚未达到理想状态。因此，还需进一步加强各环节的工艺改进，对每个细节都进行严格把控。

参考文献

[1] 马焕楠， 米国发， 王建增. 8011铸轧铝合金的组织及性能[J]. 特种铸造及有色合金， 2015， 35（6）：648-651.

[2] 赵刚. 铸轧法8011合金双零箔生产工艺研究[J].有色金属加工， 2013， 42（1）：19-23.

[3] 赵圣民. 药用铝箔8011合金箔的生产工艺及存在的问题[J]. 科技论坛， 2007， （4）：130.

[4] 唐正洪， 梁鲁清. 药箔用8011 铝合金铸轧板的缺陷分析及质量控制[J]. 铝加工， 2018，（5）：54-57.

作者简介：王海宾，男，出生于1976年，汉族，山东省滨州市人，成大（工商管理），研究方向：铝带坯生产成本控制