目前双零铝箔在电气、仪表、航空、食品、医药包装等行业得到广泛的应用，成为日常生活中不可缺少的材料。尤其在弹性包装中，铝箔的使用已经大大增加，因为双零铝箔具有高的防潮、防气的屏蔽性能。为减小成本，双零铝箔已经变得越来越薄。随着减薄，针孔数量呈指数级急剧增加，针孔问题变得突出，因此，针孔已经成为铝箔生产最重要的问题。但是，造成铝箔针孔的原因极其复杂，每一个工序，每一个因素，都有可能是产生针孔的重要原因。然而，目前与铝箔针孔有关的文献资料较少，对铝箔针孔的形成原因介绍得较少。本文在长期经验积累下，通过采用先进的光电传感器型探测器和扫描电镜，对针孔形貌和分类进行归纳总结，并对其形成机制进行探讨，分析铝箔轧制中影响针孔形成的各种因素，讨论如何防止和减少针孔的产生。
1 实验方法
实验1：利用光电传感器型探测器(规格如表1所示)观察铝箔的针孔数量及宽度上的分布等规律进行统计分析。
表1 光电传感器型探测器规格
实验2：利用接触型表面粗糙度测量计测量铝箔表面粗糙度，利用扫描电镜对铝箔的针孔缺陷进行微观形貌分析。
2 实验结果
2.1 针孔分类与尺寸
通过针孔探测器对针孔缺陷卷进行观察，发现针孔从形貌可分为附有大颗粒状大针孔、夹渣及夹杂单独针孔和密集小针孔三类[1](如图1所示)：A类，附有大颗粒状针孔，尺寸在10μm左右，针孔呈扁长状，长轴方向和轧制线垂直，针孔边缘存在明显异于基体大颗粒，数量较少;B类，夹渣及夹杂针孔尺寸在20μm以上，针孔呈扁长状，长轴方向和轧制线平行，针孔处存在明显夹渣或夹杂，数量较少;C类，密集小针孔尺寸在10μm以下，针孔呈椭圆状，长轴方向和轧制线垂直，数量多。
图1 不同类别针孔形貌图
经统计分析，三类针孔平均尺寸分别为：A类12.3μm，B类46.3μm，C类7.3μm(如图2所示)。
图2 不同类型针孔尺寸分布直方图
2.2 针孔原因分析
利用扫描电镜和表面粗糙度仪进一步对针孔形貌和铝箔粗糙度进行检测，并就粗糙度对针孔的影响进行分析，结果如下。
2.2.1 A类针孔
观测了铝箔毛料(厚度0.35 mm)的表面外观，探测到了与接近于针孔的形貌尺寸相同的铝颗粒。它们分为3类：A-1, A-2 和A-3，如图3所示。
对于A-1和A-2型缺陷受轧辊粗糙度的影响较大。轧辊粗糙度大，容易与铝箔凹凸不平的表面摩擦产生更多铝粉，这些铝粉存在被压入铝箔表面的可能。因此不仅减小轧辊粗糙度，而且减小轧辊与材料之间的粗糙度差异均能有效改进这些缺陷[2]。
图3 A类针孔分类示意图
A-3型缺陷(类似轧制油中未过滤干净的铝粉小颗粒压入后产生坑状缺陷)，可通过减少油坑来减少针孔的产生。为减少油坑形成，减少辊缝中的油膜是有效方法。可以通过降低轧制速度和润滑剂粘度，增加轧制压下率等方式来减少此类针孔的产生。
轧制前铝箔表面粗糙度对轧制后铝箔表面缺陷的影响可用试验轧机模拟，如图4所示。减小轧辊和铝箔表面粗糙度差异可以明显减少表面缺陷。同样在热轧和中间退火后的冷轧中一样，材料越软，形成的缺陷越多。
图4 铝箔表面粗糙度对后续表面缺陷的影响
2.2.2 B类针孔
B类针孔的特性为具有平行于轧制方向的划伤，针孔处均有夹渣或夹杂，如图5所示。
图5 B类针孔形貌图
耐火材料、氧化铝等夹渣和Fe、Mn、Cr等其他夹杂也随同轧件轧制，由于与金属基体不同，轧制时金属流动在此处受阻，随着厚度减薄，夹渣或夹杂发生脱落，产生平行于轧制方向针孔。
铸造生产中的耐火材料碎屑、氧化铝夹渣和轧制生产中的铝屑、机械金属颗粒等较大颗粒(如硅、铁等)，均能造成造成此类孔缺陷。必须尽可能限制这些缺陷。为防止针孔的形成，必需在每个工艺工序(铸造、轧制、纵切等)中进行彻底的清理。
2.2.3 C类针孔
C类针孔的特点是尺寸小，数量多，是由于铝箔表面起皱引起。
图6 C类针孔产生机理示意图
在双合精轧道次中，双合箔的暗面在接触不到轧辊的情况下变形，会起皱。如图6所示，变薄更多且具有表面缺陷的皱纹与针孔的形成有关。
因为轧制变形是一种简单的单面应变，在轧制方向上形成滑移线，形成表面起皱。因此这种类型的针孔的特性是：在轧制方向上为开口状，如图6所示。此外，由于皱纹波长数量级为10 µm，因此针孔的尺寸通常比其它针孔小，但数量趋向于明显更多。
2.3 针孔影响因素分析
2.3.1 合金元素
表2 不同合金铝箔针孔数量和暗面粗糙度
对Al-0.45%Fe的普通箔与Al-1.5% Fe合金箔(6.5um)进行比较，Al-1.5% Fe铝箔中的针孔数大大降低。针对针孔类型的分类，发现尤其减少了C型针孔。如表2和图7所示，同时暗面表面粗糙度也减小。
图7 不同合金铝箔形貌及粗糙度
为了验证暗面表面粗糙度减小的原因，用一台试验轧机轧制通过热处理控制得到不同晶粒尺寸的材料。晶粒尺寸和合金对轧制铝箔暗面表面粗糙度的影响如图8所示。材料的晶粒尺寸越细，此例中Al-1,5% Fe合金箔的晶粒尺寸更细，与Al-0.45%Fe的普通箔相比，Al-1.5% Fe铝箔中暗面表面粗糙度更低。这个实验表明Fe的添加能够有效细化晶粒，减少暗面皱纹引起的针孔数。
图8 晶粒尺寸和合金对铝箔暗面粗糙的影响
2.3.2 加工率
图9 压下率对铝箔表面缺陷的影响(a，轧制前;b，压下率45%;c，压下率65%)
轧制压下率越低，就会生成更多的铝颗粒;表面缺陷轧制速度低，表面缺陷也多。图9表示试验轧机所生产铝带中，压下率对表面缺陷的影响。人工腐蚀在铝带上形成油坑，然后以不同的压下率进行轧制。压下率越低，观察到的表面缺陷越多。
2.3.3 板型
图10表示平整度对铝箔幅宽上针孔数量和暗面表面粗糙度的影响，当板形为中间浪缺陷时，沿两个边缘针孔集中。但是在边缘波浪的情况，针孔集中在中央。通常，稍微调节边缘的平整度，以便不需切边，因此，在中央针孔比边缘针孔多一些。这是由于当板形为中间浪缺陷时，两边部较紧，轧制时边部双张结合紧密，容易摩擦，导致粗糙度大，针孔数量多，当板形为两边浪时，则反之。
图10 板型对针孔数量和粗糙度的影响
3 结论
综上所述，得出以下结论：
1)针孔的主要成因分为三类：
铝颗粒;
夹渣和夹杂;
暗面皱纹。
2)为防止各种类型的针孔形成，有以下有效措施：
加强铸造生产中的熔体精炼，减少夹渣类针孔产生;
严格控制来料晶粒度，确保原始晶粒细小、均匀;
减少轧辊粗糙度;
认真执行每道工艺步骤的清洁和清理工作;
严格控制轧制中的铝箔板形。
参考文献
[1]王叶茂,龙绘葵,董中伟.铝箔针孔形貌及其金相研究[J].河北冶金.1999,3(81):36-41
[2]黎志勇,史庆南,杨钢,罗许,罗泽鹏.双零箔针孔产生原因及控制方法[J].《新技术新工艺》﹒热加工工艺技术与材料研究.2008.10:63-65.
声明：
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编辑：中冶有色技术网
来源：洛阳万基铝加工有限公司
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