5052鋁合金陽極氧化料基材邊部“發白”分析及對策

左欣欣，王曉磊，朱源源，李琳凱，紀歡歡

（河南中孚高精鋁材有限公司，鞏義 451200）

0 前言

5052 鋁合金具有良好的強度、剛度和導熱性能，經陽極氧化處理后，鋁材表面會形成一層兼具耐磨和耐蝕性能的氧化膜。 經氧化著色處理后，鋁材表面呈現多種顏色，陽極氧化膜還起到增強鋁合金表面硬度和提高耐腐蝕性的作用，因此多用于3C 電子產品上。3C 電子產品的外觀材料具有高表面要求，要求陽極氧化后色澤均勻、亮麗，具有良好的金屬光澤和質感，不允許有劃傷、色差等質量缺陷，因此對鋁合金原材料表面質量提出了更高的要求。5052-H32 陽極氧化料邊部發白是氧化料基材生產中一個比較難徹底解決的問題。本文對邊部發白色差進行粗糙度、金相形貌分析、掃描電鏡和能譜分析，根據分析結果并結合實際生產情況，制定相應的生產措施。經過對中軋后卷材斷面處理，改變卷材中間清洗過程以及調整退火工藝，有效改善了氧化料邊部發白色差的情況。

1 試驗材料及檢測方法

試驗材料為0.8 mm×1 250 mm 厚5052-H32 鋁合金帶材，其主要化學成分見表1。生產工藝為：熔鑄→銑面→加熱→熱軋→冷軋→中間清洗切邊→中間退火（完全退火）→冷軋→成品清洗→穩定化退火→精整拉矯→縱切。采用粗糙度儀檢測表面粗糙度，用金相顯微鏡觀察微觀形貌以及晶粒度，采用掃描電鏡觀察微觀形貌，進行能譜分析。

表1 5052鋁合金化學成分（質量分數/%）

2 邊部發白色差描述

圖1 為5052-H32 鋁合金卷材邊部發白色差的形貌圖。此種缺陷主要出現在帶材上下表面兩邊部，且寬度都在10 cm以上。發白部分區域比正常區域的表面粗糙度大0.05～0.06 μm，如圖2 所示。中間清洗、中間退火后均不出現此缺陷，在中間退火后軋制時出現，多呈不規則曲線形狀，且隨著軋制的深入發白色差的程度越來越重。對發白區域使用50 ℃的5%氫氧化鈉溶液浸泡120 s，色差會消失。圖3為使用金相顯微鏡觀察的發白區域與正常區域微觀形貌和晶粒金相圖。由圖可以看出形貌上發白區域凹凸不平現象較明顯，內部晶粒無明顯差別。圖4為掃描電鏡觀察正常部分和邊部發白部分在放大4000 倍下的圖片。發白部分存在明顯的細小裂紋，且裂紋多集中在相應的線條上，因此光打在缺陷處產生的漫反射較多，造成目視發白的情況。

圖1 邊部發白缺陷

圖2 表面粗糙度對比

圖3 金相顯微鏡分析對比圖

圖4 掃描電鏡4000倍形貌對比圖

從以上描述和分析可知，5052-H32 鋁板帶在中間退火后軋制時出現的兩邊部發白色差，僅是一種表面質量缺陷，而非內部組織存在差異所致。關于具體是何種原因造成的這種表面質量缺陷，需要從多方面考慮分析其產生的原因，并提出相應的整改措施。

3 邊部發白色差產生的原因分析

3.1 季節濕度對邊部發白色差的影響

鋁及鋁合金是一種化學性質較活潑的金屬，在空氣中極易形成一層均勻致密且堅固的氧化膜，具有一定保護作用，防止其他物質對其產生腐蝕。但這層氧化膜較薄，若長時間處在潮濕的空氣中或者在表面有水的情況下，材料極易被破壞而造成氧化腐蝕。圖5中為不同季節月份對發白色差缺陷的影響統計圖。從統計中可以看出，夏季出現發白的概率明顯較大，冬季產生發白色差的概率就非常低。另外，根據現場跟蹤發現，鋁卷存放時間越長，發白色差的寬度會較寬。

圖5 季節濕度對發白色差的影響

夏季天氣炎熱空氣濕度大，鋁卷在高濕度的環境存放，極易造成腐蝕。由于卷材卷取較緊密，因此腐蝕會從端面邊部開始，隨著存放時間的增加，腐蝕的寬度也會跟著增加。經軋制后，邊部比中間位置的表面粗糙度更大而導致發白色差。

3.2 清洗工藝對發白色差的影響

鋁及鋁合金在軋制時，帶材總是會產生不同的波浪，不管是中浪、肋浪、邊浪或者是串浪。在波浪較大處帶油量多，在進行完全再結晶退火時表面附著的油揮發不徹底，容易產生黃油斑，為此在退火之前會進行清洗。在進入清洗箱之前要經過夾送輥，會將帶材表面油鋪平。因為油中間夾雜著大量的鋁粉，鋁粉壓實在帶材表面，清洗后形成鋁粉帶（如圖6所示）。由于鋁粉以一種粉狀形式存在，延展性不好，易在軋制過程中產生油膜厚度不均或油膜破損，從而導致出現表面色差的現象。

圖6 清洗后邊部鋁粉帶

3.3 退火工藝對發白色差的影響

5052-H32 鋁合金生產中需要進行一次完全再結晶退火。在退火時，鋁材以卷材的形式存在，卷材中間幾乎為真空狀態，無氧氣滲入，而卷材邊部因為層間間隙的存在，容易與退火爐內氧氣發生氧化反應，從而出現邊部和中間色差不均的現象[3]。由于5052完全再結晶溫度一般在330 ℃，退火溫度較高，極易導致Mg 元素偏析，氧化生產MgO；發白區域與正常區域的能譜（EDS）化學成分分析如圖7 所示，發現發白色差區域比正常區域Mg 高0.04%～0.06%，因此在帶材軋制后邊部和中間粗糙度不一致，導致發白色差的產生。

圖7 正常區域和缺陷區域能譜分析圖

3.4 軋制油對發白色差的影響

通過對發白區域與正常區域XRF 熒光光譜儀檢測可知（如表2），發白色差區域的S、P 和Cl 元素含量較高。軋制基礎油及添加劑中不含此類元素或者含量極小，一般情況下軋制油中S的含量不超過8×10-6，但在機械密封不好等異常情況下會有一部分機械油進入軋制油中導致軋制油中的S等有害元素含量增加。S、P 和Cl 吸附在帶材表面，在清洗時很難去除掉。由于5052鋁合金中的Mg元素較活潑，極易與S、P 和Cl 等極性元素發生化學反應，形成反應膜殘留在表面[4]。高溫退火時，不能揮發出去，呈現出不穩定狀態，導致繼續冷軋后出現發白色差缺陷。

表2 XRF元素檢測結果（元素含量/10-6）

軋制油油膜強度不夠，潤滑能力不足，導致軋輥軋制力偏大，以及軋輥粗糙度過大，而使帶材表面鋁粉量增加。在卷材卷取張力的擠壓下兩邊部相對中間更容易殘留軋制油和鋁粉，后續清洗時形成較明顯的鋁粉帶，導致在成品軋制后帶材表面色差不一致。

4 解決對策及效果

為解決鋁卷邊部發白色差缺陷的問題，根據邊部發白色差缺陷的原因分析，制定了相應的改善措施：

（1）加快鋁卷的生產，盡可能減少退火后鋁卷暴露在空氣中的時間。鋁卷要存放在濕度相對較低的高架倉庫內，減少鋁卷在濕度較大環境下出現氧化腐蝕的情況。

（2）清洗工藝的優化。清洗前進行端面吸油，為減少邊部軋制油的殘留量，選擇在穩定輥安裝一套噴油裝置，使帶材表面形成一層均勻的鋁灰層。清洗段改用脫脂助劑清洗，水溫控制在50～70 ℃，速度控制在50 m/min以下，以進一步控制帶材表面軋制油以及鋁灰的殘留。

（3）退火工藝優化。由于退火爐的加熱方式是側面直吹式加熱，鋁卷端面會首先接觸到溫度較高的爐氣，這種情況會增大邊部Mg 的析出。為此選擇在卷材斷面加蓋一層鋁制遮擋板，避免高溫爐氣熱風直接吹在鋁卷端面，減少邊部溫度過高的情況。卷材冷卻時采用爐內氮氣保護旁冷，旁冷時氧氣含量控制在0.3%，卷材溫度降到120 ℃以下出爐，及時轉入高架倉庫，軋制后未發現發白色差的情況。

（4）軋制油的優化。首先，嚴格控制軋制油品質，定期檢查軋機機械油泄漏情況，預防機械油污染軋制油。控制軋制油中S、P 和Cl 元素含量，減少其對帶材表面的影響。其次，選擇油膜強度較高的優質軋制油，添加劑含量提升至7.5%～8.0%，使用220#砂紙打磨的工作輥，工作輥表面粗糙度控制在0.3～0.4 μm 以內，使軋制的帶材表面均勻細膩，以減少鋁粉量的產生。

5 結論

（1）5052 鋁合金陽極氧化料基材邊部發白色差缺陷是一種表面質量缺陷，非內部組織缺陷。

（2）5052 鋁合金陽極氧化料在生產過程中通過減少卷材在高濕度環境下形成的氧化腐蝕、優化退火工藝減輕退火形成的氧化、改善軋制油品質、控制軋輥粗糙度以及清洗過程鋁粉帶的產生，可以有效改善邊部發白色差的情況。