高質量雙零鋁箔工藝技術及其發展趨勢

1. 熔鑄工藝技術

高質量鋁箔的生產開始于軋制坯料的鑄造。坯料是鋁箔生產的基礎，是高質量、低成本的先決條件。例如，國內某鋁加工廠使用進口鋁箔毛料生產的雙張鋁箔針孔數普遍在50個/m2以下，最好時能達到10個/m2，而用國內坯料生產的雙張鋁箔針孔數則高得多，基本在100～200個/m2。因此，鋁箔坯料的質量必須予以充分注意。

通常情況下，鋁箔坯料的生產工藝過程有兩種：一種經熱軋—冷軋生產成鋁箔坯料；另一種是經鑄軋—冷軋生產成鋁箔坯料。鋁箔坯料的冶金質量、板型和表面質量對鋁箔的生產有著重要影響，坯料的質量低，鋁箔軋制不能穩定進行，降低生產效率、成品質量和成品率，故鑄造坯料質量應考慮滿足下列要求：

1.1合金化因素

鋁箔坯料的化學成分和內在纖維組織直接決定著雙零箔的軋制性能和力學性能。鋁箔坯料應保證在軋制和使用過程中具有足夠的強度和韌性，以便在外力作用下承受減薄變形，防止斷帶或破碎，并達到光亮均勻的表面質量。

雙張鋁箔坯料通常采用1×××系合金牌號。其主要影響因素有Fe/Si比、固溶Si含量及化合物相的尺寸等。近來，Fe、Si含量有增大的趨勢，如美國用于生產鋁箔的工業純鋁牌號為1100、1145、1235和1350，日本用于加工鋁箔的工業純鋁牌號為1N30和1100。雙張鋁箔常用的1235合金牌號，一般Fe/Si比值控制在2.5～4.0之間，但增加Fe、Si含量，有利于細化晶粒，提高表面質量，改善軋制性能；鋁箔坯料中的化合物以α（FeSiAl）、β（FeSiAl）、FeAl3相為主。其中α（FeSiAl）是比較理想的鑄態化合物。由于雙張鋁箔厚度只有5～7μm，化合物尺寸應控制在1～5μm之間，大于5μm將使得針孔數增加，小于1μm將使得加工硬化率提高；固溶Si含量強烈地增大加工硬化率；{110}織構比例越高，越容易軋制較薄的鋁箔。分析某國進口坯料，AA1235H14  0.3mm，{110}織構比例達到40～50%，固溶Si含量為0.02%。

1.2冶金質量

隨著鋁箔厚度的減薄，軋制過程愈加困難，鋁箔開裂、斷帶、針孔數量增加。生產高質量的0.005~0.006mm鋁箔，對坯料的含氫量、非金屬夾雜物含量以及晶粒度指標提出了更加嚴格的要求。為確保達到金屬高純凈度，通常在鑄造工序要采取在線爐外精煉除氣和過濾方法。

殘存于晶體中的氫嚴重地影響鋁箔加工性能，是鋁箔產生針孔的主要原因之一，必須嚴格控制其含量。自從早期的Alcoa-622在線精煉除氣系統投入工業規模生產以來，鑄造工序能采用的除氣方法已經有了長足的發展。我們比較熟悉的、應用較為廣泛的方法，如SNIF系統、MINT系統和RDU系統等，常用的精煉氣體有氬氣、氮氣和氯氣，這些在線除氣系統在鋁熔體的除氣、堿金屬的控制以及在鑄造之前去除鋁熔體內未被浸潤的非金屬粒狀物方面都非常有效。氫氣控制水平達到0.08~0.12ml/100gAl。

鋁熔體夾雜物尺寸應小于5μm，含量不超過0.003%[4]。為了除去夾雜物，除了精煉除氣過程中，氣泡攜帶一部分外，最有效的辦法是采用過濾器過濾熔體。如采用孔隙度范圍在20～50ppi范圍內不同型號泡沫陶瓷過濾板以及粒度范圍為6～20號剛性介質粘結顆粒過濾裝置。對國內某鋁加工廠鋁熔體檢測表明，夾雜物的含量在泡沫陶瓷過濾板過濾后達0.0009～0.0036%，過濾效率約為50%。國外開發的將鋁除氣與過濾系統相結合的在線精煉系統，如DMC除氣多頭鑄造與Aludef鋁除氣與過濾系統，可獲得理想的除氣與雜質凈化效果。

鑄造過程中，要控制最佳晶粒尺寸，這對鋁箔軋制和精軋時的加工性能以及表面外觀都將產生決定性的影響。要求達到一級等軸晶粒度。據調查，7.0mm鑄軋板的晶粒尺寸一般≤70μm，進口某國的鋁箔坯料的平均晶粒尺寸為63.3μm。為了控制晶粒度，除配料時控制Fe/Si比值，嚴格執行熔煉工藝外，電磁鑄造法（EMC)可生產表面既光滑、無偏析、晶粒細小的鑄造扁錠，大大提高鑄錠質量。另外，添加AlTiB絲進行熔體變質處理也是目前鑄軋普遍應用的晶粒細化方法。

2.冷軋工藝技術

2.1表面質量

軋制坯料表面應無裂紋、擦劃傷、金屬及非金屬壓入物、油斑及其他污物。為使表面達到干凈，消除偏析層，并確保軋制表面的平整，用于加工鋁箔的鑄錠必須銑面；鑄軋坯料進行適當的熱處理，對改善組織結構，提高表面質量非常有利；精確地控制熱軋溫度對鋁箔坯料的纖維組織及力學性能有重要影響；保持軋輥、輥道清潔，及時清除粘附碎屑；選擇優質乳液、軋制油作為冷卻潤滑劑，并保持最佳理化指標，是防止粘鋁和劃傷表面的重要措施；而全自動化的運送和堆放裝置能有效地防止表面損傷現象的發生。

2.2厚度公差

軋機裝備AGC厚度在線測量和調整系統，可獲得精確的尺寸公差。鋁箔坯料的化學成份必須嚴格控制在規定的范圍內，因其變化對X射線測厚儀的精度會產生很大影響。阿爾康公司鑄軋板的縱向厚度公差：7.0±1.5%mm，理想凸度0.03～0.04mm（0.5～0.6%）；熱軋帶坯的中凸度小于0.5%，縱向厚度公差小于±0.8%；日本對冷軋鋁箔坯料的縱向厚度公差要求是0.3mm±5μm，橫向厚度公差為±1.7μm（0.56%）；南韓進口0.3mm厚鋁箔坯料厚度公差實測值小于2.7%；西馬克公司提供的冷軋機技術條件保證厚度公差：0.3mm±2～3%。

2.3板型質量

精湛的板型檢測和調節技術，能確保生產出平整的鋁箔坯料。AFC 系統、HC系統（高凸度）、VC系統（可變凸度）、CVC系統（連續可變凸度）、HSC系統（軋輥水平位移）、UPC系統（萬能板型控制）、TP系統（錐形柱塞）、DSR系統（動態凸度）的使用，使鋁箔坯料的板型控制水平越來越高。熱軋坯料的平直度偏差不超過30 I；西馬克冷軋機在線板面平直度可達到10～15 I。鑄軋坯料和熱精軋機軋出的帶坯應具有輕微的中凸度，而不宜具有中凹度，因為帶坯的中心部位能容納多于邊部的應力仍保持其平直度。對于純鋁系的材料，為防止邊部上翅并保證下一步冷軋和鋁箔軋制時具有良好的壓延性，往往要求熱軋后具有0.8～1.2%窄小范圍的板凸度率。對寬幅鋁箔坯料，為了使鋁箔的壓延性及分卷時卷材形狀的最佳化，要求坯料凸面率在0.5%以下。

3.箔軋工藝技術

鋁箔的軋制一般從0.3～0.6mm厚的冷軋坯料開始，經過粗、中、精軋到5～20μm的箔材，需要5～6道次，每個道次的加工率為50～60%，最后一個道次需進行雙合軋制。

鋁箔軋制的特征是無輥縫軋制和精軋機上的雙合軋制。鋁箔軋制中，當厚度軋制到0.05mm以下時，處于無輥縫軋制狀態，由此造成的軋制力及軋輥彈性壓扁很大。這時，欲控制鋁箔的厚度，主要靠調節軋制速度、張力、軋輥表面粗糙度和軋制油理化指標來進行。而調整壓下裝置已不能有效地改變鋁箔厚度。這與冷軋變形有非常明顯的區別和難點。

3.1板型控制

鋁箔軋制最重要的是板型控制。因鋁箔很薄，如果板型不良，軋制時張力不能均勻地加到寬度方向，引起斷帶、鋁箔打折或起皺，嚴重時卷取后仍保留下來，造成鋁箔軋制不能穩定進行，并導致板型指標不能滿足客戶的使用要求。

板型控制手段一般采用①冷卻液控制；②軋制壓力控制；③工作輥彎輥控制。以前是操作人員通過目視判斷軋制中的板型，根據經驗進行調整?，F在開發了各種控制板型的裝置和技術，特別是板型自動控制技術(AFC），用高靈敏度的傳感器檢測，為縮小實際板型和目標板型的偏差，綜合各種控制方法，形成閉環的板型自動控制系統。

隨著鋁箔厚度減薄，特別是在中精軋制，在無輥縫軋制狀態下，彎輥的作用對板型的控制已沒有實際意義；軋輥表面粗糙度影響到鋁箔的軋制速度和鋁箔厚度，因此，除輥型凸度和錐度外，工作輥表面粗糙度的均勻性也是影響板型的主要因素；考慮軋輥熱凸度的變化，在軋制過程中，軋制力的數值隨之發生變化；鋁箔很薄，在線板型與離線板型對應誤差較大，維持較小的出口張力，采用較小的道次壓下率，以利于鋁箔板型的觀察和控制；輥系及機械框架的平行度及同心度是造成離線板型和在線板型差異的一個因素，應及時對軋機部件的垂直度和水平度進行矯正；張力輥的適宜凸度、壓平輥的穩定性以及套筒的圓柱形精度都會對鋁箔的板型控制產生影響。

3.2表面質量

表面質量是高質量鋁箔的重要質量指標之一。由于雙張鋁箔的軋制特征是在精軋機上進行雙合軋制，因而形成了“光面”和“暗面”兩種表面質量。雙合軋制時，有在精軋機的入口側由兩臺開卷機將兩張合起來進行軋制的方法和用一臺重卷機重合后再在精軋機進行軋制的方法。精軋完成后，用分卷機將雙張分切成單張。分離后的鋁箔，精軋時接觸軋輥的面變成有光澤性的亮面，兩張鋁箔相結合的面，由于自由變形，表面粗糙度大，成為暗面。

雙合軋制的暗面很容易出現“亮點”缺陷以及顏色不均現象（習慣稱陰陽面）。亮點缺陷通常是由于軋制油和雙合油的理化指標不合理、工作輥表面粗糙度不均勻而引起鋁箔雙合軋制時局部的不均勻變形，使局部暗面顏色和亮度與基體不一致造成的；陰陽面缺陷表現為雙合的暗面光澤不均的帶狀條紋，退火處理后有減輕的趨勢，其產生原因是由于雙合油局部不足造成的。上述兩種缺陷是鋁箔軋制特有的；另外，由于坯料顯微組織結構以及晶粒度的不均勻，常常暗面造成細小的不均勻條狀缺陷，影響鋁箔檔次的提高；鋁箔光面常出現通長的白帶缺陷，這與軋輥磨削粗糙度的均勻性、軋制油的局部冷卻潤滑能力以及清輥器的材料和接觸壓力的大小有直接關系，改善清輥器的結構，提高軋輥（支撐輥和工作輥）的表面質量是生產高質量鋁箔表面的重要措施。

3.3針孔缺陷

針孔俗稱砂眼，是高質量雙張鋁箔重要的質量指標之一，產生的原因很多，也是比較難控制的缺陷。鋁箔坯料的冶金缺陷及軋制工序均能產生。如熔體的凈化程度，包括含氫量、夾渣量和化合物的尺寸及含量，熱軋的粘鋁，鑄軋時的氣道、生產環境和軋制油的污染，軋輥導路的表面擦劃傷都是生產針孔的因素。鋁箔越薄，針孔數量越多。鋁箔軋制工序的工藝參數對控制針孔的產生有重要作用，軋輥表面粗糙度越大，軋制速度和張力越大，板型不良，壓下率過大，針孔數量有增大的趨勢。因此，分清產生針孔的原因，采取相應的措施，是控制針孔缺陷的關鍵。

4.雙零箔軋制新技術的應用及其發展

4.1板型自動控制系統

板型AFC自動控制新技術正向鋁箔中精軋機普及，在現代高速軋機上已成為必不可少的裝備。ABB公司的stressmeter應力計系統[9]，以高靈敏度板型輥為特征（Φ200或303mm），在3000m/min的情況下能夠檢測2×0.005mm厚度鋁箔的平直度。意大利Comital公司的四重鋁箔軋機裝備ABB應力計平直度控制系統軋制后，在軋制速度最大為1500m/min狀態下，記錄的平直度偏差為8～10 I之間。

4.2板型控制手段多樣化

DSR（Dynamic Shaperoll）技術相對于VC和CVC技術的優勢，呈現較強的發展勢頭；而HES（Hot Edge Sparays）將補償帶材邊部的溫度降落，提供了新的板型控制技術方法。

4.3軋制油潤滑冷卻技術

窄餾分、低芳烴的高檔軋制油對提高軋制效率，確保鋁箔表面質量將發揮重要作用。軋制油凈化技術迅速發展，阿亨巴赫公司為加拿大Corus集團Reycan制造的軋機，其軋制油SUPERSTACKⅡ過濾器為水平板式，確保軋制油過濾后去除大于0.5μm的固體粒子及大部分鋁皂化合物；軋制油內雜質殘留量由CONDUSEN傳感不間斷監視，這些高精度傳感器安裝在過濾器的臟油回路和凈油回路上，過濾效果始終被監控。

4.4合金成分

鋁箔合金成份范圍逐漸擴大，特別是雙合軋制的單零鋁箔，8079、8011、8014、8021、8006牌號的鋁箔的生產和使用逐步擴展。這有利于減少雙零箔的針孔數量、提高力學性能和表面質量。

4.5晶粒細化技術新進展

新一代Al-Ti-C晶粒細化技術的研究與應用倍受重視。由于Al-Ti-B細化劑中的TiB2粒子容易聚集，損傷制品的表面質量，引起包裝鋁箔的針孔，而Cr和Zr能引起TiB2粒子中毒，導致早期明顯的效果衰減。

Al-Ti-C細化劑能克服上述缺點。國外知名的晶粒細化劑生產和鋁加工企業，如LSM、KBM、SMC、VAW等公司都先后開展了Al-Ti-C晶粒細化劑機理、生產和應用技術研究。Al-Ti-C在DC鑄造、薄板快速鑄軋、CC鑄造1XXX系產品的應用前景看好。