鋁箔真空退火過程的質(zhì)量問題及預(yù)防

王慧娟

摘要：針對鋁箔退火過程中軋制油產(chǎn)生的污染質(zhì)量問題和導(dǎo)熱性能和熱膨脹性能產(chǎn)生的冷卻紋問題進(jìn)行實(shí)際研究分析。鋁箔扎后退火時產(chǎn)生的污染質(zhì)量問題主要是軋制油氧化反應(yīng)產(chǎn)生的退火油斑。冷卻紋問題則來自于退火過程中受到導(dǎo)熱性能影響最終產(chǎn)生收縮彈性應(yīng)力。基于此質(zhì)量問題成因，提出了預(yù)防措施，減少鋁箔軋制退火過程產(chǎn)生的質(zhì)量問題。

關(guān)鍵詞：退火;熱差參數(shù);軋制油

1 現(xiàn)狀分析

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及其工作原理描述

公司的真空退火爐裝爐量為4t，由爐殼、加熱室、抽真空系統(tǒng)、充氣冷卻系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、真空測量系統(tǒng)等部分組成。爐殼采用水冷壁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其作用是真空室的建立，采用水冷夾壁設(shè)計(jì)是為了隔熱和防止高溫?zé)嶙冃巍＜訜崾姨幱跔t殼內(nèi)部，是電子鋁箔退火的有效空間，室壁由兩層不銹鋼板中間夾保溫隔熱材料組成，加熱室內(nèi)部分布有加熱帶，用于對鋁箔的加熱。抽真空系統(tǒng)為兩組，相互備用，也可以同時使用，其包括機(jī)械泵、羅茨泵、擴(kuò)散泵及各種真空閥門，主要用于真空爐真空的獲得。充氣冷卻系統(tǒng)包括充氣管路和冷卻風(fēng)機(jī)，主要用于在加熱結(jié)束階段，充入保護(hù)氣體，然后開風(fēng)機(jī)進(jìn)行內(nèi)循環(huán)對工件進(jìn)行冷卻。

高壓電子鋁箔的退火過程大致如下：分切完成后的鋁箔卷用鋁帶綁緊防止松卷，然后裝入專用退火料架，將退火料架吊起放到退火爐進(jìn)出料小車上，將退火鋁箔卷整架推入加熱室，關(guān)閉爐門，開始抽真空，抽真空過程先打開機(jī)械泵將爐內(nèi)真空度抽到1000Pa左右，然后打開羅茨泵，待爐內(nèi)真空度達(dá)到10Pa以內(nèi)時，對擴(kuò)散泵進(jìn)行預(yù)熱，擴(kuò)散泵溫度達(dá)到要求后，關(guān)閉粗抽管路，打開精抽管路抽高真空，當(dāng)爐內(nèi)真空度達(dá)到10-2Pa時，開始按設(shè)定的退火工藝進(jìn)行加熱，同時過程保持繼續(xù)抽真空。退火速度大約以每分鐘25℃升溫到500～520℃，保溫15～20h。然后停止加熱，停止抽真空，開始向爐內(nèi)充入保護(hù)氣體使?fàn)t壓達(dá)到50～70kPa，然后停止充氣，打開冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行快速冷卻，冷卻8～10h后，將電子鋁箔拉出爐，退火過程結(jié)束。

1.2 退火質(zhì)量問題描述

我公司在進(jìn)行高壓電子鋁箔的成品退火過程中，因控制不當(dāng)會出現(xiàn)以下的退火質(zhì)量問題：⑴因?yàn)檎婵窄h(huán)境及來料質(zhì)量的原因造成退火鋁箔卷竄層;⑵因?yàn)橥嘶馉t發(fā)生泄漏或保護(hù)氣體純度不符合要求造成退火鋁箔卷氧化;⑶因?yàn)閬砹蠋в洼^大和退火工藝不合理的原因，造成退火后出現(xiàn)退火油斑。⑷因退火溫度不合理造成的織構(gòu)形成不理想和過熱過燒現(xiàn)象，主要與退火工藝的設(shè)計(jì)有關(guān)。

2 退火產(chǎn)生的質(zhì)量問題原因分析

2.1 竄層

高壓電子鋁箔的成品退火溫度在500℃以上，為了防止氧化現(xiàn)象的出現(xiàn)，必須在高真空狀態(tài)下，即真空度達(dá)到10-2Pa時進(jìn)行加熱。同時為了去除退火鋁箔卷表面的帶油現(xiàn)象，退火過程必須保持持續(xù)的抽真空狀態(tài)，將不斷揮發(fā)的油氣抽走。在這樣的生產(chǎn)狀態(tài)下，一方面鋁箔卷因?yàn)榇嬖谝欢ǖ牟痪鶆蜍堉茪堄鄳?yīng)力，在加熱過程中的應(yīng)力釋放產(chǎn)生一個牽動力，使單層鋁箔向某個方向移動，同時油氣揮發(fā)過程也會產(chǎn)生一個向鋁箔卷邊緣的牽動力;另一方面因?yàn)楦哒婵盏脑颍X箔卷在退火爐內(nèi)受到外部大氣壓的壓力幾乎為零。這兩個方面的同時作用，就造成了鋁箔卷竄層的現(xiàn)象（圖1），但因?yàn)殇X箔卷越靠近芯部，其相互的表面摩擦阻力越大，因此竄層一般只發(fā)生在鋁箔卷外部20 mm以內(nèi)部分。這部分竄層因?yàn)榘l(fā)生錯動，造成表面損傷，屬于報(bào)廢品。以公司生產(chǎn)卷重145 kg產(chǎn)品為例，如果竄層厚度達(dá)20 mm，則廢品量大約15 kg，給公司造成的損失是巨大的。

2.2 氧化

高壓電子鋁箔卷的退火是處于一個氣密狀態(tài)下的高真空環(huán)境退火，以防止氧含量超標(biāo)造成鋁箔卷的氧化。但在生產(chǎn)過程中，如果出現(xiàn)爐門密封圈破裂、或冷卻過程充入的保護(hù)氣體純度超標(biāo)、或冷卻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動部位油封破壞、及其它密封部位泄漏等情況，會造成爐內(nèi)的氧含量超標(biāo)，從而造成鋁箔卷的表面氧化現(xiàn)象（圖2）。根據(jù)氧化程度的不同，氧化部位會呈現(xiàn)灰、白、黃、褐、紫、黑等顏色，造成后期的腐蝕光斑現(xiàn)象，屬于報(bào)廢品。

2.3 退火油斑

高壓電子鋁箔經(jīng)過軋制并進(jìn)行表面清洗之后，表面會附帶一層極薄的軋制油膜。在高真空成品退火的過程中，利用加熱揮發(fā)和持續(xù)抽真空的方式使軋制油膜在其揮發(fā)溫度段揮發(fā)抽出。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，如果軋制油膜較厚或者有異常的表面帶油現(xiàn)象造成部分表面帶油無法完全去除，經(jīng)高溫加熱之后碳化形成退火油斑，或者因?yàn)榧訜崴俣冗^快，造成軋制油還沒有完全揮發(fā)的情況下，退火溫度已超過了軋制油的揮發(fā)溫度，即軋制油揮發(fā)速度小于軋制油碳化速度，從而形成了局部油斑揮發(fā)不干凈的退火油斑（圖3）。退火油斑在后期的腐蝕過程中會形成腐蝕光斑現(xiàn)象，屬于報(bào)廢品。

3 鋁箔退火質(zhì)量問題的預(yù)防措施

3.1 油斑預(yù)防措施

在實(shí)際鋁箔退火過程中，為了預(yù)防軋制油對鋁箔產(chǎn)生質(zhì)量影響，退火除油工藝應(yīng)該盡量保證在失重第一階段完成。一般的鋁箔退火除油溫度在220攝氏度到240攝氏度之間，該溫度主要取決于清洗油的裂解溫度，但是更重要的是，清洗后的軋制油的殘留量。在退火過程中，可以認(rèn)為所有的清洗油均可以得到較好的揮發(fā)，最終導(dǎo)致電子箔退火油斑的主要問題，還是在于清洗后的軋制油（含添加劑）的殘留量，尤其是清洗后點(diǎn)狀或者片狀的軋制油殘留。此外可以對來料進(jìn)行帶油控制，一方面制定措施加強(qiáng)對生產(chǎn)工序設(shè)備的提前檢查，防止具有較高粘度的油品滴入到濾波表面，另一方面積極對鋁箔表面進(jìn)行清洗，減少表面油量，然后進(jìn)行實(shí)際退火。

3.2 冷卻紋預(yù)防措施

通過冷卻紋出現(xiàn)機(jī)理分析，可以預(yù)防冷卻紋出現(xiàn)的核心在于控制鋁箔表面的熱量。首先可以采用預(yù)熱的方式提高鋁箔退火過程中的受熱均勻性，減小表面彈性應(yīng)力，提高溫度擴(kuò)散率，必要時可以采用外加熱器，減少裂紋傾向。

4 結(jié)語

針對鋁箔退火過程中，軋制油對鋁箔退火質(zhì)量影響的問題成因進(jìn)行集中分析討論，并確定在退火時，軋制油溫度的不斷上升會產(chǎn)生兩種質(zhì)變，首先進(jìn)行大量的揮發(fā)效應(yīng)，然后進(jìn)行氧化。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：新疆眾和股份有限公司）