高溫均勻化退火對1235雙零鋁箔毛料顯微組織的影響

趙紅亮，朱 帥，李懷武，任書卿

(1.鄭州大學材料科學與工程學院，河南鄭州450001;2.河南省銀湖鋁業有限責任公司，河南鄭州450001)

0 引言

鋁箔具有質輕、包覆性好、無毒無味、抗紫外線等特點，是當今世界三大包裝材料之一.雙零鋁箔消費量占包裝用鋁箔總消費量的90%以上［1］，但它的主要缺陷在于針孔率高，而毛料中第二相化合物的尺寸對針孔率影響很大［2～3］，粗大的化合物增大雙零鋁箔的針孔率.鑄軋法生產雙零鋁箔毛料具有工藝流程短、設備投資少、能耗低等優點，但鑄軋板中心層化合物較粗大，增加雙零鋁箔的針孔數量.要降低針孔率，必須通過熱處理，使雙零鋁箔毛料具有合理的組織和結構［4～5］，減少粗大化合物的數量.目前對鋁箔毛料熱處理工藝研究中，中溫和低溫退火的研究較多［6～8］，而高溫均勻化退火研究還較少.筆者主要研究了1235雙零鋁箔毛料高溫均勻化退火過程中，退火溫度和保溫時間對第二相化合物尺寸的影響，以期盡可能地減少毛料中粗大化合物數量，降低雙零鋁箔針孔率.

1 實驗材料及方法

實驗所用的1235鋁合金毛料是7.0 mm厚的鑄軋板坯經冷軋后得到的中間冷軋板，變形量為38.6%，均勻化退火溫度為470～560℃，保溫時間為6～12 h.1235合金的化學成分見表1.

表1 1235合金的化學成分Tab.1 Chemical composition of 1235 alloy %

對均勻化退火前和退火后的試樣研磨、機械拋光和電解拋光后在Olympus BH2顯微鏡上進行顯微組織觀察，并采集金相組織.電解拋光液成分為高氯酸(HClO4)與乙醇(C2H5OH)體積比為1∶9.

2 實驗結果與分析

2.1 1235鋁合金冷軋板的顯微組織

圖1為38.6%變形量的1235鋁合金冷軋板縱斷面表層和中心層的顯微組織.可看出未經均勻化退火的冷軋板表層第二相化合物較細小，呈顆粒狀，而中心層含有較多的粗大骨骼狀和條狀化合物.在掃描電鏡下可以看出條狀第二相化合物長度達到了15～30 μm，如圖2所示.鑄軋時鋁液從表層至中心層依次凝固，由于孔道效應［9］，富集Fe、Si等合金元素的鋁液在軋輥壓力作用下沿枝晶間隙從表層擠到中心層，生成的第二相化合物容易聚集為粗大的骨骼狀或條狀.在隨后的冷軋過程中，表層和中心層的第二相化合物隨著基體的變形而沿軋制方向分布，但中心層的第二相化合物尺寸仍然大于表層.

2.2 均勻化退火溫度對1235冷軋板顯微組織的影響

圖3是38.6%變形量的冷軋板在470～560℃保溫10 h后側斷面中心層的顯微組織.可以看出，隨著退火溫度的升高，中心層骨骼狀第二相化合物逐漸分解為圓顆粒狀，同時條狀化合物逐步分解為短棒狀，第二相化合物尺寸減小.1235合金鑄軋時冷卻速度較大，鋁箔坯料中的第二相化合物主要有α(AlFeSi)相、亞穩相βp(AlFeSi)相和FeAl3相.其中α(AlFeSi)相呈骨骼狀或圓顆粒狀，βp(AlFeSi)相呈片狀或條狀，而FeAl3相呈針狀或針片狀.

由圖3(a)可以看出，均勻化退火溫度為470℃時，鋁箔毛料的中心層仍然有部分骨骼狀α(AlFeSi)相和條狀βp(AlFeSi)相存在，說明470℃時骨骼狀α(AlFeSi)相并沒有完全分解為圓顆粒狀，條狀βp(AlFeSi)相也分解不完全;當退火溫度達到530℃時，骨骼狀α(AlFeSi)相已經基本消失，基體中圓顆粒狀α(AlFeSi)相和短棒狀βp(AlFeSi)相含量最多，但毛料中仍然有少量條狀βp(AlFeSi)相，其長度縮短為 8～10 μm，如圖3(c);退火溫度達到560℃時，條狀βp(AlFeSi)相長度仍然為8～10 μm，進一步分解成短棒狀的趨勢不再明顯，基體中出現了少量針狀FeAl3相化合物，如圖3(d).由于FeAl3相在后續的軋制過程中容易引起應力集中而產生裂紋，進而擴展成針孔，降低鋁箔防潮性能，并降低鋁箔的強度，所以為了避免FeAl3相的出現，38.6%變形量的冷軋板均勻化退火溫度應該以530℃為宜.

圖3 38.6%變形量的冷軋板在不同溫度均勻化退火后的顯微組織Fig.3 Microstructure of cold rolling plate under 38.6%deformation after different homogenization annealing temperature

2.3 保溫時間對1235冷軋板顯微組織的影響

圖4為38.6%變形量的冷軋板在530℃保溫不同時間后的顯微組織.可以看出，當保溫時間為6 h時，中心層無骨骼狀α(AlFeSi)相，說明毛料中骨骼狀的α(AlFeSi)相已經全部分解為圓顆粒狀，而基體中仍然有部分條狀βp(AlFeSi)相，如圖4(a).繼續延長保溫時間至8 h時，由于Fe、Si原子擴散距離增加，中心層粗大的條狀βp(Al-FeSi)相含量逐漸減少，短棒狀βp(AlFeSi)相含量增加.當保溫時間為10 h時，基體中的大部分條狀βp(AlFeSi)相分解為短棒狀，剩余的條狀βp(AlFeSi)相長度為8～10 μm.繼續延長保溫時間至12 h，剩余條狀βp(AlFeSi)相長度仍然為8～10 μm，進一步分解的趨勢不再明顯.所以38.6%變形量的冷軋板在530℃保溫10 h比較合適.

圖4 38.6%變形量的冷軋板在530℃保溫不同時間后的顯微組織Fig.4 Microstructure of cold rolling plate under 38.6%deformation after different homogenization annealing time at 530℃

3 結論

(1)鑄軋1235鋁箔毛料均勻化退火時，在530℃保溫10 h后中心層粗大的骨骼狀α(AlFe-Si)相已經分解為圓顆粒狀，而大部分條狀βp(Al-FeSi)相也分解為短棒狀.繼續延長保溫時間，條狀βp(AlFeSi)相分解趨勢不再明顯.

(2)退火溫度升高到560℃時，基體中出現了針狀FeAl3相，在后續的箔軋過程中容易引起應力集中而形成針孔，對鋁箔產生不利的影響.

(3)38.6%變形量的1235鋁箔毛料最佳的均勻化退火工藝為530℃×10 h.

［1］杜鵑，肖陽，趙衛濤，等.國內雙零鋁箔常見質量問題及分析［J］.輕合金加工技術，2010，38(16):23-28.

［2］黎志勇，史慶南，楊鋼，等.雙零鋁箔針孔產生原因及控制方法［J］.新技術新工藝，2008(10):63-65.

［3］蔡海濤，任靜.減少雙零鋁箔針孔缺陷的探討［J］.輕合金加工技術，2003，31(1):18-24.

［4］張靜，潘復生.鋁箔生產中鋁箔毛料的組織控制［J］.材料導報，2006，20(5):108-116.

［5］UTSUNOMIYA H，SUTCLIFFE M P F，SHERCLIFF H R，et al.Evolution of matt surface topography in alumin pack rolling.Part II:effect of materials properties［J］.International Journal of Mechanical Science，2004(46):1365-1375.

［6］岳有成，楊鋼，孫力軍，等.雙零鋁箔坯料生產中的熱處理技術研究［J］.昆明冶金高等專科學校學報，2011，27(5):29-32.

［7］馮云祥，張靜，潘復生，等.中間退火工藝對鋁箔力學性能和成品率的影響［J］，重慶大學學報:自然科學版，2000，23(9):32-35.

［8］盧杰，師建軍，柴健海.1235鋁箔坯料退火工藝對成品力學性能的影響［J］.輕合金加工技術，2001，29(10):19-20.

［9］司開田.1235合金鑄軋帶材中心層偏析機制的研究及其預防措施［J］.輕合金加工技術，2007，35(10):5-6.