1、坯料質量
坯料作為箔材生產中的中間產品,其顯微組織、微觀結構、表面質量將會直接影響最終產品的結構和性能。產品越薄,還料組織結構影響更為明顯。與熱軋坯料相比,鑄軋還料軋製的變形量要小得多,其質量對最終產品影響更為直接。
（1）純度
絕大部分鋁箔都是採用99.0%-99.5%的工業純鋁加工製成,通常情況下,純度越高,抗拉強度越低,延伸率越大。而提高雜質含量可以提升招的抗拉強度,而伸長率減小。但是當鋁的純度過於偏低時,材料的脆性增加,壓延性能變差,容易產生針孔,不適合軋製薄的產品。純度過高也不利於進行加工,雖然提升了延伸率,但在軋製時,尤其是中間退火後軋製的第一道,容易產生較為嚴重的粘棍現象,導致輥面發白以及惡化潤滑條件,增加軋輥與軋件之間的摩擦係數,同樣會導致針孔的產生。因此有時候軋製高純鋁箔時,不需要對鋁箔坯料進行中間退火,直接加工到成品厚度(0.05mm)。
（2）雜質
工業純鋁中通常含有的雜質有Fe,Si, Cu, Mn, Ti, B, C等,有些雜質是本來固有的,而有些是刻意添加的,例如Ti, B等是作為晶粒細化劑添加進去的。雖然這些雜質的含量比較少,但是對產品的力學系能、加工性能等產生非常重要的影響。
a 、 Fe 和 Si
Fe和Si是工業純紹的主要雜質,Fe和Si在AL中的溶解度非常低,鑄軋時冷卻速率很大,容易產生Fe和Si的過飽和固溶體,二者在基體中的固溶度越高,尤其是Si,將嚴重導致加工硬化,不利於軋製性能和軋製出超薄的產品。Fe在鑄造鉛合金中通常是有害雜質,Fe和A1形成針狀硬質相FeAl3將會降低材料的塑性。Fe和Si、A1反應生成脆性薄片狀、金屬間化合物(3相(FeSiAl5),並且隨著Fe含量的增加,f相顆粒尺寸將會變大。P相與鋁基體的結合性差,將導致質量缺陷的產生。而Si過多時,其不與A1形成化合物,產生遊離態的Si,同樣會降低箱材的塑性,不利於鋁箔的軋製,甚至導致針孔產生。
b、其他雜質
H2是唯一大量溶解在15焰體的氣體,H在15中的溶解度隨著溫度和分壓的增加而增加,在每lOOg鋁液相及固相中的溶解度分別為0.65cm3和0.034 cm3,相差19倍。當溶體凝固時,溶解的H將會以氣體的形式析出產生孔洞,材料軋製變長時將會產生針孔。可以通過對溶體進行除氣精煉降低氧含量,消除氧氣的有害影響。鑄軋過程中供料嘴和過濾器有可能產生碎酸鹽的碎屑脫落,娃酸鹽雜質屬於硬質相,在軋製過程中,變形程度與基體不匹配,粒子周圍應力集中而產生針孔。鋁在大氣中及其容易發生氧化,而產生氧化招雜質;軋製的時候,箔材表面產生脫落的鋁屑。軋製時,這兩種雜質將會被壓入板帶中,隨著厚度的減薄,碎屑最後從箱材表面脫落分離,產生針孔。可以通過對擦體進行除澄過濾,消除鞋酸鹽、A1203、招肩的有害影響同時在軋製的過程中,有可能產生細小的,分佈在品界處的氧化招雜質,將會破壞晶粒間的結合力,降低軋製性能,加工時將會產生金屬分層、裂紋。Mn作為工業純紹中普遍存在的雜質元素,其可以促使a-FeSiAl的穩定,鄭璇認為,工業純招中添加適量的Mn或Mg (〈0.03%),可以減弱或消除Si、Fe的不利影響。
（3）第二相與化合物
工業純鋁中總是會存在Fe-Si-Al化合物,鑄態和均勻化後存在的第二相已接近平衡狀態,在冷札過程中難以發生類型、形態和數量的變化,將一直保存到最終的箔材產品中。而第二相的類型,顆粒大小、形狀、分佈、數量等將會對材料的強度、加工性能、耐疲勞性、耐腐燭性等性能產生重要的影響。尤其是雙零箔,晶粒通常比招箱厚度要大,品粒呈二維排布[56_58],晶粒相鄰的數目較少,晶界呈平面網狀分佈,與塊體材料相比,第二相更容易影響招箱的力學性能。對於第二相的類型而言,鑄態的a-FeSiAl在變形的過程中容易被破碎,析出的a-FeSiAl)呈細小球狀,對基體塑性變形的危害最小,所以a相是比較理想的化合物而針狀的e (FeAls)相、棒狀的P-FeSiAl屬於硬質相,不易破碎,容易引起應力集中,損害箱材的塑性,導致質量缺陷產生。也有研究者認為如果鋁以原始狀態存在,通常不利於材料的性能,但是作為共晶相存在時,其有害作用可以忽略,甚至有益於箱材的性能。FeAl6和FeAlm通常呈絲織狀,軋製過程中將會隨著基體的流動而變形散幵,相比而言其危害較小。在軋製過程中,鋁材的厚度接近或者小於硬質第二相化合物的尺寸時,尤其是在粗大化合物處容易產生針孔,甚至導致斷帶。並且粗大化合物引起針孔率的增加還與加工硬化程度相關,乳制過程中,如果加工硬化程度髙,變形抗力則增力口,塑性變差,很容易在粗大第二相周圍產生應力集中而形成裂紋擴展,最後形成針孔。所以如果固溶的Fe和Si過多,晶粒度細小,細小的第二相過多,將會使得粗大的第二相周圍產生針孔。對於雙零銀箱而言,第二相化合物的尺寸應該控制在l-5(Am的範圍內,大於5(xm將會使針孔增多,小於l _un則會使加工硬化率提高,最佳尺寸為2-3^ml之間。第二相化合物的形狀也會鍋箱的質量造成影響,例如長軸與短軸之比較大的化合物,如針狀、棒狀、不規則塊狀等,在其尖端容易引起應力集中,從而導致針孔等缺陷的產生所以第二相的最佳形狀應該是等軸、對稱、截面圓滑的顆粒,例如粒狀、球狀。
第二相的位置對鍋箱的力學性能也將產生很大的影響。由於第二相一般存在於晶界處,割裂了晶粒的連續性,導致品粒結合強度降低。與塊體材料不同,少量的存在於品界的化合物對材料的力學性能影響較小。而招範晶粒呈二維分佈,各個品粒相連的晶粒數目相對較少,晶界的分佈呈平面網狀,所以即使第二相化合物的含量較少,也會破壞晶界的連續性和整體性。劉楚明認為應該儘量避免第二相在晶界處析出,第二相化合物的形貌和位置與退火工藝相比,更能影響鋁箔的抗拉強度。金屬間化合物通常是作為強化相而引入的,通過控制合金的成分,設置合適的鑄造、札制參數,以及合理的退火工藝,可以達到控制第二相化合物。
總之,對於第二相的控制應該包含兩個方面:①儘可能使鉛基體中固溶的Fe、Si元素析出,以第二相化合物的形式存在於培基體中;②還應該設計適當的
合金成分以及優化工藝,控制第二相的種類、形狀、大小、分佈和數量。
（4）晶粒尺寸
當原始晶粒尺寸較為粗大時,尤其是孿晶,孿晶組織具有較強的方向性,冷軋時難以破碎,晶粒粗大區域加工硬化速率大,變形困難,使得箱材組織和性能不均勻性,軋製板形難以控制,甚至可能產生斷帶。粗大晶粒的鑄乳帶還經冷禮至0.5_退火後,晶粒將仍然粗大、組織不均勻,另外表面產生“白條”,並且增加產品的針孔率。因此一般對於晶粒平均尺寸要求是小於70^011[22]。但是並不是意味著晶粒尺寸越小越好,雖然晶粒細化可以增加材料的塑性,但是也增大變形抗力,乳制時硬化程度高,難以乳製出更薄的招箱。
通常鑄軋還錠中表面存在細小等軸晶,內部為柱狀晶,這兩種組織對性能的影響是不一樣的。柱狀晶容易導致中心層偏析加重,材料各向異性而產生裂紋。等軸晶組織緻密,具有較好的加工性能。故鑄還的理想狀態是大部分或整個內部形成均勾而緻密的等軸晶組織。影響鑄乳帶還的晶粒度的因素很多,從結晶理論來說,單位體積內晶粒數Zv取決於形核率N和長大速率Vg這兩個重要因素,它們之間的關係為:Zv=0.9 (N/Vg)輝。實際生產中的手段通常包括增加過冷度(快速冷卻法),增加異質形核(添加晶粒細化劑),動態形核處理(機械振動、超聲波振動、電磁攪拌)等方法。
（5）晶粒細化劑
對鍋溶體添加晶粒細化劑(Al-Ti-B或Al-Ti-C),引入異質結品形核,可以細化鑄徒的顯微組織,降低鑄錠的熱裂傾向,提高組織的均勻性尤其是對於用於軋製或擠壓的招型材,可以明顯提高其變形產品的表面質量和加工性能,降低表面缺陷。黨驚知等人對比了添加晶粒細化劑對Al-Mg-Si-Mn合金的
力學性能的影響,在添加晶粒細化劑以後,晶體結構由枝品狀轉變為等軸晶,抗拉強度可以提40%,延伸率提高11.97%。添加Al-Ti-B晶粒細化劑,細化晶粒的同時也會引入不溶解於招熔體的TiB2,由於TiB2的比重大,鑄造的過程中容易在溶體底部聚集沉澱,而且TiB2容易與氧化鉛發生反應會更加促進這種聚集t55,591。TiB2屬於硬質相,與基體力學性能的不匹配,軋製變形過程中,容易在粒子周圍應力集中而產生V型孔洞。通過改進晶粒細化劑的給料位置、給料速度、以及對熔體進行過濾淨化,可以防止這類針孔的產生。另外,添加Al-Ti-B晶粒細化劑時,微量的Zr、Cr和Mn等元素與Ti反應產生中毒現象,失去細化品粒的作用。採用替代品Al-Ti-C,TiC聚集傾向小,對Zr、Cr中毒免疫,可以獲得更好的細化效果。也可以採用多重電磁鑄札的方法,同樣達到晶粒細化的目的,而且避免添加晶粒細化劑引入的雜質汙染。
2、熱處理
通過設置合理的退火工藝制度對箱材進行熱處理,進一步實現對鑄錠質量的控制和改善。熱處理工藝與合金的化學成分、相組分密切相關。熱處理工藝的目的一般包括使合金中的硬化元素Si、Fe充分析出,並形成細小的質點(<5,),均勻分佈在招基體中,降低變形抗力和加工硬化率,提高禮制性能,從而降低缺陷的產生,提高成品率。招箱的熱處理一般包括均勻化退火、中間退火、成品退火。
需要注意的是,鍋箱生產流程包括溶鑄、熱乳、冷軋、熱處理、箱軋等多個工藝環節,各個工藝環節相互制約與銜接,前一個環節的特徵必定影響和遺傳下一個環節,所以不可孤立研究其中的某一個環節而卻制定工藝參數,要綜合考慮生產過程中加工變形和熱處理對組織變化影響,從而制定合理而又經濟的最佳工藝制度。均勻化退火的溫度一般為0.9-0.95Tm (溶點),目前國內大多數企業釆取在經歷一次冷亂以後,對鑄乳還錠再進行均勻化退火均勻化退火可以消除還澱中的枝品結構,使亞穩相向穩定相轉變過飽和固溶體分解,消除晶內偏析,同時使中間化合物球化,還可以消除激冷時鑄錠產生的內應力,明顯提高還料的加工性能和使用性能。也有人認為一般是熱軋還料需要進行均句化退火,鑄軋還料不需要。
中間退火是指在札制過程中,經歷了較大變形量的板還,在進行箔禮之前,一般要經歷一次高於再結晶溫度的中間退火,以消除加工硬化和內應力,使材料恢復塑性,中間退火的溫度通常大於34(rc,而當溫度達到38(rc時將會產生較多細小的析出物,析出相的尺寸通常較小,對鍋箔的性能影響不大。成品退火是指當招箔禮制到成品厚度時,往往需要進行最後一次退火,其目的是使招箔獲取良好的機械性能和清潔光亮的表面。成品退火的溫度通常根據再結品溫度和軋製油的溜程來確定。在實際生產中,成品退火的方法有兩種:一是在低溫下完全消除殘餘的乳制油然後再升溫,用溫度來改善箱材的力學性能;二是採取長時間較高溫度的退火,在消除軋製油的同時也可以改善力學性能按照生成方式的不同,鉛箱還料中的合金相可以分為初生合金相和沉澱析出相兩種,並且這些第二相在箔乳過程中幾乎不發生變化,具有遺傳性。析出相的尺寸通常較小,不會對箱材的塑性產生較大的危害,所以應該重點控制粗大的初生相。對於熱禮壞料而言,初生相在中溫區和高溫區的相變反應以及產物不同,可以通過控制相變反應的發生和相變程度,來實現細化初生相的目的。
目前關於工業純招的研究很多集中於鑄造態或鑄乳態中金屬間化合物類型與析出、鑄錠高溫均勻化等基礎性研究工作[36,39,69_72]。國內重慶大學的張靜、潘復生等人做了許多培箱的均勻化熱處理、中間退火、析出退火等熱處理工藝和乳制變形對箱材顯微組織和第二相析出的研究工作，發現中間退火後所謂的最佳固溶貧化點現象提出了利用第二相化合物相變來調整Fe和Si固溶度的工藝方法,利用箱材材質和規格的不同,制定最佳的工藝方案,以及從相轉變和組織遺傳性的角度提出優化的熱處理工藝。