使用形貌對(duì)比的方法分析雙零箔針孔形成原因及解決方法

1、使用形貌對(duì)比的方法分析雙零箔針孔的形成原因與解決方法周樹(shù)信（天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 730000）摘要：通過(guò)統(tǒng)計(jì)雙零箔針孔形貌特點(diǎn)，將雙零箔針孔依照形貌特點(diǎn)進(jìn)行了分類(lèi)；依照分類(lèi)后的形貌特點(diǎn)確定針孔形成原因，然后依照其形成原因提出了針孔防止方法。關(guān)鍵詞： 雙零箔 針孔 特征形貌隨著業(yè)內(nèi)工藝技術(shù)能力和用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制要求的逐步提高，民用鋁箔行業(yè)對(duì)雙零箔，尤其是對(duì)厚度為0.0060.007mm的復(fù)合用鋁箔的針孔數(shù)目及大小等質(zhì)量提高更高要求，對(duì)于雙零箔針孔形成原因及解決方法，前人已經(jīng)做了很多卓有成效的分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐工作，基本將雙零箔針孔的形成主因定位在除氣、除渣、二次相、軋制油透

2、過(guò)率及軋輥粗糙度等幾個(gè)方面1、2、3，筆者對(duì)其中某些觀點(diǎn)表示認(rèn)同，但對(duì)其中某些關(guān)于雙零箔針孔的形成原因的解釋和看法保留意見(jiàn)，尤其是考慮到此前幾乎所有研究都將雙零箔針孔統(tǒng)稱為針孔而沒(méi)有依照針孔形貌進(jìn)行分類(lèi)，然后在分類(lèi)基礎(chǔ)上做出一個(gè)全面系統(tǒng)的分類(lèi)闡述，故而筆者在這里嘗試通過(guò)圖譜對(duì)比的方法對(duì)雙零箔針孔進(jìn)行分類(lèi)說(shuō)明，然后在此基礎(chǔ)上找到不同種類(lèi)針孔的形成原因解決方法。1、雙零箔分類(lèi)及形貌特點(diǎn)經(jīng)過(guò)近三個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)取樣與與準(zhǔn)備，本人先后從28個(gè)不同鑄軋批次，298片鋁箔樣品上取下共700多個(gè)雙零箔針孔進(jìn)行研究，依照特征形貌特點(diǎn)，筆者將所取樣品依照?qǐng)D樣特征將針孔分成五類(lèi)：1.1第一類(lèi)針孔形貌特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)在所有

3、針孔試樣中，第一類(lèi)針孔出現(xiàn)的頻次最多，數(shù)目最大，整體尺寸較大，而且其圖樣表現(xiàn)也最特別、最易與其它類(lèi)型針孔相區(qū)別。典型的第一類(lèi)針孔特征形貌如圖1、2所示：中間脊中間脊 圖1、 第一類(lèi)針孔特征形貌（1） 圖2、第一類(lèi)針孔特征形貌（2）第一類(lèi)針孔的最大特點(diǎn)就是如同馬蹄一樣，針孔由兩部分組成，第一部分是針孔中心有一道脊梁，這個(gè)脊梁將針孔大致對(duì)稱的分成兩個(gè)深坑，而檢測(cè)中之所以發(fā)現(xiàn)針孔，是由于被中間脊梁分開(kāi)的兩個(gè)深坑穿透鋁箔上下表面從而形成穿孔。對(duì)這類(lèi)針孔的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，這類(lèi)針孔具有如下三個(gè)方面的特征：其一是形貌具有一定對(duì)稱性，一個(gè)針孔同時(shí)出現(xiàn)大小和位相都大致一樣的兩個(gè)小坑，兩個(gè)小坑之間的對(duì)稱中心線與軋制

4、方向垂直；其二是尺寸分布窄，這類(lèi)針孔垂直于軋制方向的寬度范圍都在0.150.25mm；其三是這類(lèi)針孔易成串出現(xiàn)，而且大致集中排列在一條軋制線上，一旦這類(lèi)針孔成行出現(xiàn)，雙零軋制時(shí)便極易發(fā)生工藝斷代，此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)將這類(lèi)由于第一類(lèi)針孔成行出現(xiàn)而導(dǎo)致的斷帶稱為“氣道斷帶”。1.2第二類(lèi)針孔特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)第二類(lèi)針孔的基本特征是：其一、它一般情況下都是單獨(dú)出現(xiàn)，前后同類(lèi)針孔之間的位置沒(méi)有明確規(guī)律，試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)中，這類(lèi)針孔幾乎沒(méi)有發(fā)現(xiàn)團(tuán)簇出現(xiàn)的情況；其二，這類(lèi)針孔存在由于油膜噴神而出現(xiàn)的半孤型油膜噴射界面。其典型相貌如圖2所以：油膜噴射界面圖3、 第二類(lèi)針孔特征形貌1.3 第三類(lèi)針孔針孔特點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)第三類(lèi)針孔不

5、同于前面兩類(lèi)，它的最大特點(diǎn)就是垂直于軋制方向有由于組織縱向拉伸滑移而形成的拉伸裂口，之所以形成針孔，是由于拉伸裂口太深而導(dǎo)致鋁箔上下面穿孔。隨拉伸滑移程度的不同，這類(lèi)針孔的大小和數(shù)目會(huì)有所不同，但尺寸一般都0.1mm，部分較大的針孔尺寸會(huì)在0.10.15mm之間。就取樣統(tǒng)計(jì)而言，如果這類(lèi)針孔在板型不好時(shí)出現(xiàn)，那么針孔尺寸將集中在0.10.15mm之間，并且在一個(gè)集中的軋制區(qū)域（板形不好的區(qū)域）出現(xiàn)，而0.1mm的這類(lèi)缺陷，一般情況會(huì)是單個(gè)分散出現(xiàn)，數(shù)目一般不大，但有一種例外的情況，就是一旦這類(lèi)針孔集中出現(xiàn)，那么其數(shù)量可能一平方米過(guò)萬(wàn)甚至更多并且均勻分布，這時(shí)的針孔尺寸基本都集中在0.080.1

6、2mm之間，其典型形貌特點(diǎn)如圖4所以：圖4、第三類(lèi)針孔特征形貌需要特別強(qiáng)調(diào)指出的是，有一種現(xiàn)場(chǎng)針孔表現(xiàn)特征是第一類(lèi)針孔和第三類(lèi)針孔同時(shí)出現(xiàn)，并且針孔集中排列在一條或者位置非常相近的幾條軋制線上，此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)稱之為串行針孔，具體的，其特征形貌如圖5所示：圖5、串行針孔形貌特征表現(xiàn)1.4第四類(lèi)針孔特點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn) 這類(lèi)針孔具有明顯的擦劃傷痕跡，裂口或者陷坑大致都具有與軋制方向垂直的位相特點(diǎn)。這類(lèi)針孔一般很少出現(xiàn)，在本人統(tǒng)計(jì)的所有針孔中，這類(lèi)針孔只發(fā)現(xiàn)6個(gè)，具體形貌如圖6、7所示。圖6、第四類(lèi)針孔特征形貌（1）圖7：第四類(lèi)針孔特征形貌（2）1.5第五類(lèi)針孔特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)第五類(lèi)針孔的形貌特點(diǎn)與第二類(lèi)針孔非常

7、相似，主要表現(xiàn)是尺寸小、大多單獨(dú)出現(xiàn)，與后者相比，不同于第二類(lèi)針孔的存在圓弧拋光面，這類(lèi)針孔一般能發(fā)現(xiàn)基體翻起開(kāi)裂的組織特點(diǎn)或者明顯的異物壓入所形成的壓痕，由于壓痕過(guò)深導(dǎo)致穿孔，從而由于透光而形成針孔，大多數(shù)情況下，這類(lèi)針孔的邊緣能發(fā)現(xiàn)小角度夾角，其典型形貌特征如圖8所示：圖8：第五類(lèi)針孔特征形貌2、冷軋組織遺傳與針孔特征形貌形成原因相對(duì)于熱軋，組織遺傳（缺陷遺傳）是冷軋?zhí)赜械慕M織變化規(guī)律，現(xiàn)場(chǎng)能見(jiàn)到的產(chǎn)品的性能缺陷和表面缺陷，絕大部分都可以通過(guò)簡(jiǎn)單比對(duì)和計(jì)算得到確切的源于組織本身特點(diǎn)和加工過(guò)程的完整解釋。所謂組織遺傳，是指在冷加工過(guò)程中，原始組織特點(diǎn)不因加工過(guò)程的變化而發(fā)生本質(zhì)變化，除了由于

8、壓下而產(chǎn)生的物理變形外，它存在的本身特點(diǎn)，如數(shù)量，特征尺寸，物理性質(zhì)等都會(huì)以特定方式遺留給后繼加工程序，并最終以一定形式變現(xiàn)出來(lái)；缺陷表面化，則是指在隨著冷加工的進(jìn)一步進(jìn)行，由于加工體長(zhǎng)度增加，其表面積隨之增大，這時(shí)原本內(nèi)藏的次外層組織便外露成為表面層，因遺傳而存在于次外層的組織缺陷便外化為表面缺陷，并以當(dāng)時(shí)加工狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的形式表現(xiàn)出特征形貌。3、立足組織遺傳和缺陷表面化的雙零箔針孔形成原因分析3.1第一類(lèi)針孔形成原因分析為了更好的理解第一類(lèi)針孔的形成過(guò)程，這里先提供鑄軋板橫斷面上的氣孔特征形貌圖樣（圖9）以便直觀分析，從圖9所示的圖樣特征可以知道，鑄軋板中的氣孔并不是中空，而是在一個(gè)區(qū)域內(nèi)呈

9、現(xiàn)中間疏松多孔的內(nèi)部組織構(gòu)造，立足圖9的特征形貌再對(duì)照?qǐng)D1、圖2的形貌特點(diǎn)，依照冷軋遺傳相關(guān)理論，全面考慮壓力加工過(guò)程及缺陷表面化過(guò)程，可以斷定，第一類(lèi)針孔形成源頭就是鑄軋工序除氣效果不好而導(dǎo)致鑄軋板中氣孔產(chǎn)生，就此而言，第一類(lèi)針孔可以稱之為“氣孔型針孔”。圖9：鑄軋板內(nèi)氣孔形貌3.2第二類(lèi)針孔形成原因分析圖10：鑄軋板內(nèi)夾渣形貌特點(diǎn)圖11：渣空型針孔能譜分析結(jié)果跟第一類(lèi)針孔的形成原因分析方法一樣，圖10和圖11是鑄軋板內(nèi)部夾渣形貌圖樣及其能譜分析結(jié)果，然后依照缺陷遺傳和表面化過(guò)程進(jìn)行分析后可以斷定，導(dǎo)致第二類(lèi)針孔形成的根源是鑄軋板除渣效果不好而導(dǎo)致鑄軋板內(nèi)部夾渣所致，故而，第二類(lèi)針孔可以稱之

10、為“脫渣型針孔”。需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，依照夾渣尺寸、針孔尺寸、針孔數(shù)目和能譜分析結(jié)果判斷，導(dǎo)致“脫渣型針孔”形成的根本原因無(wú)疑是鑄軋板組織夾渣，但是鑄軋工序造成組織夾渣的原因可能更多的不在過(guò)濾系統(tǒng)，而形成于過(guò)濾系統(tǒng)往后，鑄嘴之前。 3.3第三類(lèi)針孔的形成原因分析依照形貌特征，可以將第三類(lèi)針孔稱之為“裂口型針孔”，一般而言，第三類(lèi)針孔主要有拉引力主導(dǎo)形成，當(dāng)雙合時(shí)板型不好或者張力配置不合理的時(shí)候就容易出現(xiàn)這類(lèi)針孔，另外一種可能的情況則是由于該區(qū)受到粉塵類(lèi)污染或者出現(xiàn)成分不均勻性所致。第三類(lèi)針孔有兩種情況需要個(gè)別說(shuō)明：第一種情況是，第三類(lèi)針孔可能在毛料頭部或者尾部大面積集中出現(xiàn)（數(shù)目可能每平方米過(guò)萬(wàn)），

11、這是可能有兩個(gè)原因?qū)е逻@一結(jié)果，其一是鑄軋板組織均勻化較好但組織致密性較差，導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的基本原因是鑄軋區(qū)過(guò)小但前液箱液面平衡、布流方式等控制較好所致，另外一個(gè)原因則是，在小鑄軋區(qū)的基礎(chǔ)上，冷軋工序退火工藝不當(dāng)導(dǎo)致鋁箔毛料晶界粗化，這種原因造成的第三類(lèi)針孔一般主要集中在頭部或者尾部，這要看冷軋中退后，鋁箔軋制的軋制道次如何安排；兩外一種情況是，如果鑄軋工序在生產(chǎn)鋁箔坯料時(shí)采取的是“小鑄軋區(qū)+冷軋高溫退火”的工藝路線，那么鋁箔工序成品前兩個(gè)道次的速度將對(duì)第三類(lèi)針孔的形成產(chǎn)生直接影響。需要特別說(shuō)明的一點(diǎn)是，如果第一類(lèi)針孔和第三類(lèi)針孔同時(shí)出現(xiàn)并集中在一條軋制線中從而形成串行針孔，那么基本可以斷定

12、其形成原因是鑄軋板軋制過(guò)程中由于鑄嘴掛渣或者劃傷而導(dǎo)致鑄軋板內(nèi)部組織均勻性喪失而導(dǎo)致組織缺陷形成所致。3.4第四類(lèi)和第五類(lèi)針孔的形成原因分析就其形貌特征即可以斷定，第四類(lèi)針孔形成原因?yàn)?，鋁箔毛料在雙合前道次或者雙合道次出現(xiàn)擦劃傷所致，故而可以成為“擦劃傷類(lèi)針孔”，而第五類(lèi)針孔則是由于雙合道次或者雙合前道次異物壓入造成微區(qū)組織在一定深度范圍內(nèi)開(kāi)裂，從而在雙合道次以裂口形勢(shì)變現(xiàn)出來(lái)，故而第五類(lèi)針孔可以稱之為“壓入型針孔”。就當(dāng)前業(yè)內(nèi)的鋁箔軋制控制過(guò)程和本人取樣統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，這兩類(lèi)針孔數(shù)目只是零星出現(xiàn)，并不構(gòu)成雙零箔針孔的主要組成類(lèi)別。4、熱軋毛料所生產(chǎn)雙零箔的針孔形貌特征 為了從不同角度確認(rèn)針孔形

13、成原因是否定型正確，本人找到同行熱軋鋁箔毛料在同一鋁箔軋機(jī)下生產(chǎn)雙零箔樣品，并對(duì)其針孔進(jìn)行形貌分析，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，熱軋毛料所生產(chǎn)雙零箔的針孔數(shù)目基本集中在2050個(gè)/，針孔特征形貌表現(xiàn)主要是如下四種：圖12：熱軋料針孔-1圖13：熱軋料針孔-2圖14：熱軋料針孔-3圖15：熱軋料針孔-4由于熱加工過(guò)程完全不同，以熱軋料為基礎(chǔ)的雙零箔針孔形貌（圖1215）與本公司鑄軋料的就完全不同，從熱軋毛料雙零箔的針孔形貌特征來(lái)看，不同于鑄軋板所生產(chǎn)的雙零箔以組織缺陷為針孔形成的基礎(chǔ)原因，除了熱軋板夾渣所造成的針孔外，熱軋板的針孔基本都形成于加工過(guò)程中，主要是異物壓入、擦劃傷等原因造成針孔形成，這也就是為

14、什么高檔雙零箔及藥箔等對(duì)針孔數(shù)目有嚴(yán)格要求的民用鋁箔使用熱軋毛料做雙零箔的原因。5、立足于針孔形成原因的缺陷解決方法以鑄軋坯料為基礎(chǔ)的雙零箔沒(méi)有辦法絕對(duì)消除針孔的出現(xiàn)，但是可以針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所出現(xiàn)的針孔的種類(lèi)采取針對(duì)性控制的方法限制其數(shù)量和尺寸。其一，加強(qiáng)鑄軋除氣除渣監(jiān)控，防止除氣不盡和大量夾渣的產(chǎn)生，規(guī)避缺陷遺傳給后繼加工工序，盡可能消除第一類(lèi)和第二類(lèi)針孔的形成基礎(chǔ)。其二，加強(qiáng)鑄軋、板帶和鋁箔加工的板型控制，合理設(shè)置壓下、速度、油膜強(qiáng)度與前后張力工藝參數(shù)配合，可以有效減少第三類(lèi)針孔的形成概率。第三，加強(qiáng)帶材與軋機(jī)各輥面接觸部的沖洗與維護(hù)，保證接觸輥面的清潔，保證除工作輥外的各運(yùn)行輥面與板材線速的一致；加強(qiáng)軋機(jī)防塵與沖洗，保證潤(rùn)滑油內(nèi)固態(tài)物含量和尺寸盡可能的小。以上措施可以有效減少第四和第五類(lèi)針孔的出現(xiàn)概率。第四，采取適當(dāng)方法（如提高鑄軋加工率、保障鑄嘴前沿物流場(chǎng)穩(wěn)定性）