刷輥的運用對電子鋁箔熱軋軋輥粘鋁的影響

羅濤

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

1 前言

軋輥在使用一定時間后需要上軋輥外圓磨床進行磨削，磨削的后的軋輥輥型、表面粗糙度均要達到工藝要求。粗糙度是影響軋制的一個關鍵因素，看似光滑的軋輥在顯微鏡放大觀察卻凹凸不平。鋁板帶在熱軋過程中由于溫度高、應力大、水蒸氣等因素，表面的氧化鋁粉在這些小坑中聚集，并逐漸在軋輥表面形成了一層氧化鋁粘鋁層。均勻分布的粘鋁層對熱軋過程有益，可以改善軋板的咬入，并有利于板材均勻變形，改善表面光潔度。但是，表面鋁粉達到一定厚度或鋁粉不均勻時，就會脫落并壓入軋板中，造成鋁板表面粗糙或形成帶狀缺陷[1,2,3]。

對于電子鋁箔軋制而言，熱軋過程中由于粘鋁形成的缺陷，其能量較高，在后續腐蝕和化成過程當中易發生局部腐蝕，大幅增加腐蝕、化成箔的表面積[4,5]，故對電子鋁箔熱軋軋輥粘鋁現象進行深入研究討論。

2 粘鋁的形成機理

2.1 鋁板帶箔熱軋工藝

鋁箔生產流程一般如下：符合工藝要求的鋁液經熔煉后，由鑄錠機鑄造成矩形板錠。板錠經立推式均熱爐加熱后送至熱軋機進行軋制，經四輥可逆式熱軋機多個道次軋制成厚度為3～8mm的熱軋卷，以備冷軋使用。目前高純鋁板帶箔多使用單機架四輥可逆式熱軋機。

2.2 熱軋粘鋁的形成機理

在熱軋過程中，微觀表面凹凸不平的軋輥和鋁板之間不斷摩擦，導致氧化鋁粉在軋輥表面富集，形成一層粘鋁層。粘鋁層的厚度達到臨界值時、或粘鋁層不均勻時，就會剝落，并在熱軋卷表面形成壓痕、劃痕、擦傷等缺陷，后續過程無法消除，導致腐蝕、化成時的缺陷，影響成品質量。

從機理上講，粘鋁的形成原因主要有以下幾個方面：

⑴從金屬學的角度，越易于合金化的兩種金屬越容易粘結，由于鋁在鐵中的固溶度很大，故而鋁對鋼質軋輥的粘結力度很強。

⑵高純度鋁箔熱軋的溫度很高，基本在500℃以上，軋制力大。在軋制過程中由于鋁板的表面積不斷增大，造成表面氧化層不斷脫落，影響潤滑效果的同時，容易粘附在軋輥上，形成粘鋁。

⑶軋輥表面的顯微組織凹凸不平，造成鋁粉易于填充其中，最終導致粘鋁。

3 熱軋粘鋁對電子鋁箔腐蝕的影響

熱軋輥上的粘鋁一旦掉落板面，就會造成如圖1所示的劃痕。

圖1 軋制時表面的由于粘鋁造成的缺陷

在對軋制過程中的缺陷進行標記后，后續腐蝕過程中發現，這些劃痕附近會出現一系列明顯的腐蝕孔坑，在自然光下觀察，腐蝕箔上會呈現明顯黑色線狀缺陷，如圖2所示。

圖2 腐蝕箔上黑色線狀缺陷

對腐蝕箔面上的黑色線狀缺陷進行掃描電鏡分析如圖3所示，發現黑線上腐蝕孔坑有更明顯的沿水平軋制方向排列的現象，排列成行的位置即為軋制劃痕位置。從截面上看，這一區域的剝除量多于其他位置，呈現凹陷的狀態。這種腐蝕結構上的差異應該源于微量元素在表面不同程度的富集效應，也就是說，當更多微量元素在表面富集時會傾向于更多地在軋制條痕附近偏聚，并因此引起附近區域集中剝除量更大的現象。由于軋制劃痕造成的局部凹陷使得其附近的比表面積高于無劃痕區，在充分的熱力學條件下，更高的表面積密度附近微量元素的富集程度也明顯高于其他部位，由此造成了更活躍的腐蝕發孔。

圖3 腐蝕箔上黑色線狀缺陷SEM分析：（a）表面；（b）截面

這一現象表明，鋁箔表面殘余的壓印、劃傷等所引起的表面微小凹凸幾何形狀會對腐蝕過程有重要的影響，因而也會明顯影響到鋁箔的比電容，需要關注和認真分析。

4 刷輥的運用對電子鋁箔熱軋軋輥粘鋁的影響

電子鋁箔熱軋過程中，由于高純鋁強度低、軋制速度快，造成變形區鋁箔表面的油膜不均勻，加重了軋輥表面粘鋁現象。這些粘在軋輥表面的氧化鋁粉只有極少的一部分能夠借助乳液噴射、軋輥相對轉動、軋輥和軋件之間的速度差等脫落，但大部分仍然會留在軋輥表面。這就需要引入刷輥清除軋輥表面粘鋁，改善軋件表面質量。

4.1 刷輥材質對軋輥表面質量的影響

刷輥通常使用金屬或尼龍材質。金屬材料多用于輥面粗糙、粘鋁嚴重的情況。而在輥面光潔、粘鋁較輕的情況下通常使用尼龍材質。就電子鋁箔熱軋過程，由于高純鋁變形抗力較低、輥面光潔，故多選用尼龍刷。要求采用高品質尼龍，加入穩定劑，耐高溫、防止折斷脫落造成軋輥損及影響鋁箔產品質量。

4.2 刷輥壓靠力及轉速設定對軋輥表面質量的影響

刷輥壓靠力設定大多采用機械式或液壓式，機械式是根據刷痕及投用后清刷效果等經驗值進行調整螺桿進行壓靠。液壓式采用比例閥給定壓靠力，可在操作界面設定壓靠力大小，并根據清刷情況隨時更改。刷輥的速度通常采用交流變頻調速，刷輥與軋輥轉向相反且存在一定的速度差，根據軋輥速度的變化而變化。設定刷輥壓靠力的大小及轉速需要綜合考慮潤滑條件、軋件材料特性、鋁箔表面質量要求等因素而設定。因此目前并無理論對熱軋機刷輥壓靠力和轉速設定確定的參考數據，以目前中色科技設計的鋁熱軋機，通常設定5～15kN的壓靠力。在設備穩定運行的情況下，上述壓靠力可保證刷輥較好的清刷效果，使軋輥表面氧化鋁層均勻且厚度穩定。

刷輥轉速需和刷輥寬度匹配，才能夠保證刷輥的使用年限，同時保證能將軋輥表面的粘鋁控制在可控范圍內。通過不斷的摸索，電子鋁箔在軋制過程當中，其刷輥速度需按以下方式進行控制：

⑴軋制力。在壓靠力不變的情況下，軋制力增大，刷輥速度應越大。

⑵軋制速度。隨著軋制速度的提高，刷輥速度也應不斷提高。

⑶軋件寬度。軋件寬度增大，刷輥速度應越大。

只有對刷輥運動參數進行合理設置，才能夠得到更好的輥面質量，如圖4、圖5所示。

圖4 合理設置刷輥參數后工作輥輥面情況

圖5 刷輥速度不匹配時工作輥輥面情況

4.3 刷輥乳液噴射對軋輥表面質量的影響

通過對軋輥及刷輥之間進行乳液噴射能夠有效減少刷輥和軋輥之間的干摩擦，并及時地沖走刷輥和軋輥之間的鋁粉，避免鋁粉在刷輥上聚集再傳導至工作輥表面，造成工作輥表面粘鋁。

值得注意的是，通過長期經驗總結及實驗設置，發現乳液噴射的方向和角度是十分重要的。乳液噴射的方向、流量大小等控制需要將乳液從一邊帶到另一邊，從而使得鋁粉不會滴落。乳液噴射應當呈扇形，均勻的噴射到刷輥和工作輥之間，不留有空隙，保證能夠均勻全面的帶走附著在工作輥、刷輥表面的氧化鋁粉。

乳液的流量及噴射壓力對工作輥表面質量也有一定的影響。若噴射壓力太小，無法有效清除鋁粉；而噴射壓力太大則會導致各個噴嘴噴出的乳液互相沖散，無法均勻的噴在刷輥表面。

5 結論

本文分析了電子鋁箔熱軋過程中的粘鋁形成原理及造成的嚴重后果，并從原理出發，提出了只有匹配合理的刷輥運行參數，才能夠更好的改善熱軋軋輥表面粘鋁情況，軋制表面質量優良的電子鋁箔。