Cu元素對8011合金鋁箔耐烘烤性能的影響

張莉

摘要：本文通過拉伸試驗、針孔檢查、金相試驗、耐烘烤性能等測試研究了Cu元素對8011合金鋁箔耐烘烤性能的影響。結果表明：275℃/75s的烘烤實驗后，在一定范圍內，隨著8011合金中微量Cu元素含量的增加，8011合金的高溫穩定性得到改善。

關鍵詞：8011合金；Cu元素；耐烘烤性

1 試驗

1.1試驗材料

試驗材料選用8011合金鑄軋坯料，坯料為7.4mm*1140規格，三種8011合金（8011-1，8011-2，8011-3）的Cu含量不同，其他元素成分差異不大，鑄軋坯料的成分（質量分數）如表1所示。

1.2試驗方案

該鋁箔生產工藝流程為：熔煉-鑄軋-冷軋-中間退火-切邊-箔軋-分切—包裝。

三種8011合金鋁箔除了Cu含量的區別外，其余各生產工序均按相同的工藝參數進行生產。分別將取得的成品鋁箔進行性能檢測、烘烤試驗性能檢測。另外分別取樣進行180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃退火3h的退火試驗。

鋁箔的針孔、達因值測試根據GB3198-2010的規定進行檢測。將取得的三種合金成品樣片放于同一臺馬弗爐進行烘烤試驗。根據客戶的實際使用要求，耐烘烤試驗的溫度設定為275℃，烘烤的時間為75s。

拉伸試樣按照GB3198-2010標準執行，標距為100mm，試樣長軸平行于軋制方向。拉伸試樣在KDⅡ-1型電子萬能試驗機進行檢測。

2 試驗結果與分析

三種合金的組織均勻、無偏析等內在組織缺陷，三種合金的晶粒大小相差不大，晶粒尺寸在150μm左右，滿足鋁箔基材冷軋工藝和退火工藝的要求。

為了研究Cu含量對鋁箔性能與耐烘烤性的影響，對Cu含量不同的三種8011合金鋁箔成品進行了成品力學性能與烘烤試驗性能檢測。這三種8011合金均經過相同的冷軋道次、中間退火、箔軋道次，得到了相同厚度的成品鋁箔。烘烤試驗性能隨著Cu含量的增加，合金的抗拉強度呈增加趨勢。經過烘烤實驗之后，含Cu量較高的8011-3合金的抗拉強度降低了24.1%，8011-2合金的抗拉強度降低了30.9%，8011-1合金的抗拉強度降低了33.3%。可以看出，隨著Cu含量的增加，合金經過烘烤后性能穩定性呈增加趨勢。

在烘烤實驗中，由于鋁箔的耐烘烤性能與合金的再結晶行為密切相關，所以為了對比研究三種8011合金的再結晶行為，分別將三種8011合金成品在馬弗爐進行180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃退火3h，得到三種合金的抗拉強度和延伸率的變化如圖2和圖3所示。

結果顯示，在相同的退火溫度和時間內，8011-3合金的退火穩定性要高于8011-2與8011-1合金，8011-3合金發生再結晶軟化程度要小。

另外，我們也對三種8011合金進行了達因值測試和針孔測試，測試結果如表2所示；從表中可以看出，三種合金的達因值和針孔數都達到標準。

對于8011合金來說，在一定范圍內，隨著微量合金元素Cu含量的增加，固溶強化效果越大，所以8011-3合金成品的強度高于8011-2與8011-1合金。

Cu在鋁合金中可以通過固溶析出形成少量的CuA12化合物。CuA12化合物呈不規則圓滑外形，骨骼狀間斷分布于晶界，對后續鋁箔加工變形過程起到位錯釘扎作用；其原因在于Cu在Al中主要以固溶形態存在，它們易于集聚在位錯周圍形成柯氏氣團，減小了晶格畸變，降低了溶質原子與位錯的彈性交互作用，使位錯處于較穩定的狀態，減少了可動位錯數目，阻礙位錯的重新組合，阻礙再結晶形核及晶核長大，由此來提高鋁箔成品的合金強度和再結晶溫度。其次，微量的Cu元素也可能形成第二相，它們會阻礙再結晶晶核界面遷移，阻礙再結晶晶粒的長大。總之，在一定范圍內，提高微量合金元素Cu含量，可以提高合金的再結晶溫度，改善合金的耐熱穩定性。由此看出微合金化是改善合金的耐熱性能的重要途徑之一。

3結論

1） 提高Cu含量之后的8011-3合金與8011-2合金在成品力學性能與表面達因、針孔個數等指標均能夠滿足客戶的使用要求。

2） 隨著Cu含量的提高，8011合金的抗拉強度逐漸提高；同時，合金的再結晶溫度也逐漸提高。

3） 經過240℃/75S的烘烤實驗之后，含Cu量較高的8011-3合金的抗拉強度降低了24.1%，8011-2合金的抗拉強度降低了30.9%；8011-1合金的抗拉強度降低了33.3%。8011-3合金的性能變化較8011-2與8011-1小。增加Cu含量，有助于提高成品鋁箔的耐烘烤性能。

（作者單位：江蘇鼎勝新能源材料股份有限公司）