高温均匀化退火对1235双零铝箔毛料显微组织的影响

赵红亮，朱 帅，李怀武，任书卿

(1.郑州大学材料科学与工程学院，河南郑州450001;2.河南省银湖铝业有限责任公司，河南郑州450001)

0 引言

铝箔具有质轻、包覆性好、无毒无味、抗紫外线等特点，是当今世界三大包装材料之一.双零铝箔消费量占包装用铝箔总消费量的90%以上［1］，但它的主要缺陷在于针孔率高，而毛料中第二相化合物的尺寸对针孔率影响很大［2～3］，粗大的化合物增大双零铝箔的针孔率.铸轧法生产双零铝箔毛料具有工艺流程短、设备投资少、能耗低等优点，但铸轧板中心层化合物较粗大，增加双零铝箔的针孔数量.要降低针孔率，必须通过热处理，使双零铝箔毛料具有合理的组织和结构［4～5］，减少粗大化合物的数量.目前对铝箔毛料热处理工艺研究中，中温和低温退火的研究较多［6～8］，而高温均匀化退火研究还较少.笔者主要研究了1235双零铝箔毛料高温均匀化退火过程中，退火温度和保温时间对第二相化合物尺寸的影响，以期尽可能地减少毛料中粗大化合物数量，降低双零铝箔针孔率.

1 实验材料及方法

实验所用的1235铝合金毛料是7.0 mm厚的铸轧板坯经冷轧后得到的中间冷轧板，变形量为38.6%，均匀化退火温度为470～560℃，保温时间为6～12 h.1235合金的化学成分见表1.

表1 1235合金的化学成分Tab.1 Chemical composition of 1235 alloy %

对均匀化退火前和退火后的试样研磨、机械抛光和电解抛光后在Olympus BH2显微镜上进行显微组织观察，并采集金相组织.电解抛光液成分为高氯酸(HClO4)与乙醇(C2H5OH)体积比为1∶9.

2 实验结果与分析

2.1 1235铝合金冷轧板的显微组织

图1为38.6%变形量的1235铝合金冷轧板纵断面表层和中心层的显微组织.可看出未经均匀化退火的冷轧板表层第二相化合物较细小，呈颗粒状，而中心层含有较多的粗大骨骼状和条状化合物.在扫描电镜下可以看出条状第二相化合物长度达到了15～30 μm，如图2所示.铸轧时铝液从表层至中心层依次凝固，由于孔道效应［9］，富集Fe、Si等合金元素的铝液在轧辊压力作用下沿枝晶间隙从表层挤到中心层，生成的第二相化合物容易聚集为粗大的骨骼状或条状.在随后的冷轧过程中，表层和中心层的第二相化合物随着基体的变形而沿轧制方向分布，但中心层的第二相化合物尺寸仍然大于表层.

2.2 均匀化退火温度对1235冷轧板显微组织的影响

图3是38.6%变形量的冷轧板在470～560℃保温10 h后侧断面中心层的显微组织.可以看出，随着退火温度的升高，中心层骨骼状第二相化合物逐渐分解为圆颗粒状，同时条状化合物逐步分解为短棒状，第二相化合物尺寸减小.1235合金铸轧时冷却速度较大，铝箔坯料中的第二相化合物主要有α(AlFeSi)相、亚稳相βp(AlFeSi)相和FeAl3相.其中α(AlFeSi)相呈骨骼状或圆颗粒状，βp(AlFeSi)相呈片状或条状，而FeAl3相呈针状或针片状.

由图3(a)可以看出，均匀化退火温度为470℃时，铝箔毛料的中心层仍然有部分骨骼状α(AlFeSi)相和条状βp(AlFeSi)相存在，说明470℃时骨骼状α(AlFeSi)相并没有完全分解为圆颗粒状，条状βp(AlFeSi)相也分解不完全;当退火温度达到530℃时，骨骼状α(AlFeSi)相已经基本消失，基体中圆颗粒状α(AlFeSi)相和短棒状βp(AlFeSi)相含量最多，但毛料中仍然有少量条状βp(AlFeSi)相，其长度缩短为 8～10 μm，如图3(c);退火温度达到560℃时，条状βp(AlFeSi)相长度仍然为8～10 μm，进一步分解成短棒状的趋势不再明显，基体中出现了少量针状FeAl3相化合物，如图3(d).由于FeAl3相在后续的轧制过程中容易引起应力集中而产生裂纹，进而扩展成针孔，降低铝箔防潮性能，并降低铝箔的强度，所以为了避免FeAl3相的出现，38.6%变形量的冷轧板均匀化退火温度应该以530℃为宜.

图3 38.6%变形量的冷轧板在不同温度均匀化退火后的显微组织Fig.3 Microstructure of cold rolling plate under 38.6%deformation after different homogenization annealing temperature

2.3 保温时间对1235冷轧板显微组织的影响

图4为38.6%变形量的冷轧板在530℃保温不同时间后的显微组织.可以看出，当保温时间为6 h时，中心层无骨骼状α(AlFeSi)相，说明毛料中骨骼状的α(AlFeSi)相已经全部分解为圆颗粒状，而基体中仍然有部分条状βp(AlFeSi)相，如图4(a).继续延长保温时间至8 h时，由于Fe、Si原子扩散距离增加，中心层粗大的条状βp(Al-FeSi)相含量逐渐减少，短棒状βp(AlFeSi)相含量增加.当保温时间为10 h时，基体中的大部分条状βp(AlFeSi)相分解为短棒状，剩余的条状βp(AlFeSi)相长度为8～10 μm.继续延长保温时间至12 h，剩余条状βp(AlFeSi)相长度仍然为8～10 μm，进一步分解的趋势不再明显.所以38.6%变形量的冷轧板在530℃保温10 h比较合适.

图4 38.6%变形量的冷轧板在530℃保温不同时间后的显微组织Fig.4 Microstructure of cold rolling plate under 38.6%deformation after different homogenization annealing time at 530℃

3 结论

(1)铸轧1235铝箔毛料均匀化退火时，在530℃保温10 h后中心层粗大的骨骼状α(AlFe-Si)相已经分解为圆颗粒状，而大部分条状βp(Al-FeSi)相也分解为短棒状.继续延长保温时间，条状βp(AlFeSi)相分解趋势不再明显.

(2)退火温度升高到560℃时，基体中出现了针状FeAl3相，在后续的箔轧过程中容易引起应力集中而形成针孔，对铝箔产生不利的影响.

(3)38.6%变形量的1235铝箔毛料最佳的均匀化退火工艺为530℃×10 h.

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