潘 禎，劉 鉞

（中鋁西南鋁板帶有限公司，重慶 401326）

陽極氧化用5052鋁合金基材軋制表面質(zhì)量控制淺析

潘 禎，劉 鉞

（中鋁西南鋁板帶有限公司，重慶 401326）

摘要：分析了熱連軋和冷軋過程中影響5052鋁合金陽極氧化效果的主要表面缺陷，如黑條、壓過劃痕、粘傷、印痕和黑點等產(chǎn)生原因，并制定了相應的解決措施。

關鍵詞：陽極氧化；黑條；壓過劃痕；粘傷

0 前言

鋁合金材料硬度低、耐磨性差，常發(fā)生磨蝕破損，在工業(yè)上越來越廣泛地采用陽極氧化的方法在鋁表面形成厚而致密的氧化膜層，以顯著改變鋁合金的耐蝕性，提高硬度、耐磨性和裝飾性能。由于5052鋁合金材料強度適中、易加工成型及優(yōu)異的陽極氧化性能，廣泛應用于高檔IT產(chǎn)品外殼，如筆記本電腦、超級本、平板電腦、數(shù)碼相機和影音播放器等。2012年各大筆記本廠商推出不同型號的超級本，因輕薄化和快速散熱的需要，其外殼大量采用經(jīng)陽極氧化處理的5052鋁合金制造。

鋁及鋁合金經(jīng)陽極氧化可在其表面形成一層Al2O3膜，氧化膜厚度通常情況下在10～30μm。陽極氧化時，鋁表面的氧化膜的成長包含兩個過程：膜的電化學生成和化學溶解過程，只有膜的成長速度大于溶解速度時，氧化膜才能生成、加厚，所以鋁合金基材表面淺表層質(zhì)量制約陽極氧化效果（見圖1）。DELL、HP等品牌產(chǎn)品在A面驗收時，要求LOGO周邊50mm范圍內(nèi)無條狀缺陷，APPLE要求表面完全無條狀缺陷。本文主要分析了熱連軋和冷軋過程中主要表面缺陷如黑條、壓過劃痕、粘傷、印痕等產(chǎn)生原因，并制定了相應的解決措施。

圖1 黑條缺陷陽極前效果

1 熱連軋表面質(zhì)量控制

熱軋產(chǎn)品質(zhì)量是冷軋最終成品的基礎和保障。熱連軋工序少，自動化程度高，要求工藝設計細致、完善，工藝穩(wěn)定性強。熱連軋工序產(chǎn)品質(zhì)量直接決定鋁基材能否適用于陽極氧化生產(chǎn)，其表面黑條和粘鋁成為影響冷軋產(chǎn)品品質(zhì)的關鍵缺陷。

1.1 軋輥粘鋁控制

5052鋁合金熱連軋一般在500℃左右高溫軋制，粘性大，軋輥容易產(chǎn)生粘鋁，嚴重影響IT用高性能陽極氧化鋁基材表面質(zhì)量。在熱連軋機組工作輥上采用絲密度高的鋼刷輥或高強度尼龍刷輥，利用不同厚度氧化膜的導熱特性及潤滑特性，使軋輥表面氧化膜厚度及其均勻性得到有效控制。刷輥配置于熱粗軋機和熱精軋機的上、下工作輥的出口側(cè)，如圖1所示。

圖1 刷輥位置及旋轉(zhuǎn)方向

在實際使用過程中，總是出現(xiàn)過刷或者未刷到等情形，如圖2所示，過刷造成單面或單側(cè)工作輥輥表面光亮，使卷材上下或單側(cè)表面光澤不一致；未刷到則導致工作輥易粘鋁，卷材表面易產(chǎn)生劃傷、黑條類缺陷。

圖2 使用刷輥的工作輥表面

根據(jù)5052合金的特點，經(jīng)過多輪次反復試驗，最終確定工作輥刷輥采用400～500rpm的轉(zhuǎn)速，300N的壓靠力，以及竄動頻率為20～30次/min的工藝參數(shù)進行清刷。此外，清刷輥在工作時需要對其噴射一定量的乳化液來冷卻和清洗清刷輥的鋼絲、尼龍絲上的鋁屑，乳化液流量為乳化液總流量的3%～5%，噴射壓力為0.3～0.6MPa。通過開發(fā)以上清刷輥的調(diào)配和使用技術，使軋輥表面粘鋁層厚度及其均勻性得到有效控制，輥面質(zhì)量處于穩(wěn)定狀態(tài)，獲得了良好的帶材表面質(zhì)量。

1.2 軋制介質(zhì)對表面質(zhì)量的影響

熱連軋直接接觸的軋制介質(zhì)為乳化液，乳化液要實現(xiàn)鋁及鋁合金在高溫、高速、大變形條件下良好的冷卻、潤滑和咬入的良好協(xié)同和獲得高表面質(zhì)量難度大，乳化液的各項參數(shù)對熱軋卷材表面質(zhì)量影響顯著。而影響乳液品質(zhì)的主要有清潔度和潤滑能力兩大方面。

1.2.1 提高乳液潔凈度

在檢測打開的熱卷表面時，表面有一層“發(fā)黑”的“鋁灰”殘留，經(jīng)檢測主要成分主要為鋁粉、三氧化二鋁、鋁皂和機械油等的混合物，混合物中油的含量較多。在冷軋開卷檢查表面時，在卷材表面上依然殘留一層發(fā)黑的油灰混合物。對試樣進行清洗前后的稱重實驗，換算表面殘留的“油灰”重量達到0.5g/m2以上。殘留的鋁灰經(jīng)冷軋后，會進入鋁基材表層，從而形成黑條缺陷，影響陽極氧化效果。

通過中間箱的浮筒式撇油方式和靜置吹掃撇油相搭配的綜合撇油方式，使得乳液潔凈度得到大幅提高，工作輥軸承箱上和機架內(nèi)“油泥”大幅降低，乳液中灰份含量從1000×10-6以上將至600×10-6左右；熱軋卷材表面油灰殘留下降到0.1g/m2以內(nèi)。

1.2.2 增強乳液潤滑能力

通過深入對乳化液性能研究發(fā)現(xiàn)，在乳液中添加適當?shù)奶囟櫥梢蕴岣呷橐簼櫥芰Γ鴰缀醪挥绊懭橐浩渌焚|(zhì)，通過多次選型試驗，最終選定好富頓公司生產(chǎn)的TA5581作為添加劑進行調(diào)整，經(jīng)FTIR測試，將乳液經(jīng)蒸餾后的原油脂含量由20%調(diào)整到23%～24%之間，乳液濃度控制在7.0%～7.5%之間，陽極氧化用5052鋁合金基材熱軋卷表面質(zhì)量大幅提高，有效解決了表面陽極氧化后黑條和色差缺陷。

1.3 卷取粘傷控制

為獲得無卷取粘傷的熱軋卷材表面，經(jīng)過跟蹤分析，通過采集公司全部現(xiàn)有產(chǎn)品規(guī)格的機架間張應力、卷取張應力和輥縫值等參數(shù)，通過大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的計算和開卷實物粘傷比對，根據(jù)張應力的設置原理和現(xiàn)場生產(chǎn)實際，將一組組預設數(shù)據(jù)代入已編輯好的每一個合金規(guī)格的程序中進行反復計算，最終逐一得到5052合金品種規(guī)格的四個機架間和卷取都相適應的張應力值，再將計算值編入二級計算機模型，實現(xiàn)自動設定，確保卷取時不產(chǎn)生粘傷。5052陽極材機架間和卷取張應力值如表1所示。

表1 5052合金陽極材機架間和卷取張應力

2 冷軋表面質(zhì)量控制

5052陽極基材冷軋生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品既繼承了熱軋表面質(zhì)量，又會新產(chǎn)生壓過劃痕、點狀損傷、矯直印痕等。所以需要根據(jù)冷軋設備特點和產(chǎn)品使用要求，制定相應表面質(zhì)量控制措施。

2.1 控制壓過劃痕缺陷

由于5052合金變形抗力大，熱軋卷取及冷軋開卷張力匹配適應范圍小，坯料開卷時層間粘連損傷明顯，經(jīng)軋制后生成壓過劃痕缺陷（見圖3），影響產(chǎn)品的正常使用。通過多輪次試驗，在穩(wěn)定熱連軋卷取張力的前提下，規(guī)范冷軋第一道次的開卷張力，減少表面壓過劃痕缺陷。

圖3 開卷損傷

2.2 表面黑點、印痕控制

鋁材經(jīng)軋制后，表面不可避免地存在一定的鋁灰，在拉矯清洗不徹底，經(jīng)矯直后表面易形成小黑點及印痕缺陷，影響產(chǎn)品最終使用。在實際生產(chǎn)中，我們盡可能減少拉矯輥系的使用，并通過優(yōu)化矯直單元使用規(guī)范，有效控制拉矯后表面缺陷。

2.2.1 矯直噴油

拉矯矯直輥軸承采用高粘度的油霧潤滑，開啟矯直噴油后，油霧潤滑用機械油溶入清洗油中，殘留在帶材表面不能揮發(fā)，最終影響產(chǎn)品陽極效果。所以很長一段時間內(nèi)矯直輥是在無潤滑的條件下工作，鋁合金帶材與矯直輥處于干摩擦狀態(tài)，輥面及帶材表面都極易損傷。通過大量試驗，采用黃甘油代替油霧潤滑，解決了矯直清洗油與油霧潤滑混合污染的問題，矯直噴油常開，在良好潤滑條件下，陽極產(chǎn)品表面質(zhì)量得到明顯提升。

2.2.2 減少矯直輥數(shù)量

輥系使用越多，表面損傷的幾率就越大。根據(jù)用戶板形質(zhì)量需求，在生產(chǎn)過程中，將現(xiàn)有的五輥矯直改為三輥矯直，最大限度地減少表面損傷。

2.3 精整卷取粘傷控制

由于陽極用鋁基材表面粗糙度低，拉矯卷取時隨卷徑的增大，易出現(xiàn)卷取粘傷缺陷。卷取粘傷缺陷因帶材卷層間壓力過大造成板、帶表面呈點狀、片狀或條狀的傷痕。粘傷產(chǎn)生時往往上下板片（或卷層）呈對稱性，有時呈周期性。這種表面損傷性缺陷在陽極后無法消除，直接導致產(chǎn)品報廢。

2.3.1 卷取張力匹配

針對5052產(chǎn)品特點，根據(jù)合金狀態(tài)及寬度為拉矯制定了合適的卷取張力（見表2）。

表2 拉矯卷取張力選擇

2.3.2 卷取裝置優(yōu)化

由于陽極產(chǎn)品鋁基材表面粗糙度細，卷取時層間輕微錯動均會損傷表面，國內(nèi)拉矯普遍存在這樣的問題，很多生產(chǎn)廠通過表面噴油增加層潤滑的方式來消除卷取粘傷缺陷，但這樣為用戶后續(xù)生產(chǎn)帶來諸多的問題：（1）大部分用戶需先分切再加工成型，在分切過程中由于表面殘油，分切后表面油灰及油條多，降低產(chǎn)品表面質(zhì)量；（2）潤滑油縮短用戶膠輥的使用壽命；（3）潤滑油或分切后表面油灰及油條增多，增加用戶清洗成本，不利于電解腐蝕。通過大量實驗論證，優(yōu)化了拉矯機列卷取裝置，輔助帶材收卷，增大板片之間正壓力，保證卷取穩(wěn)定性，避免層間錯動、打滑，可有效解決卷取粘傷及錯層。

2.4 清潔生產(chǎn)

為了減少表面異物進入或損傷鋁合金基材表面的可能性，各工序均應做好清潔要素控制。

（1）熱軋坯料進入冷軋工序后全部進入高架庫，并要求在2天內(nèi)開坯，所有道次全部進入高架庫，道次之間停留不能超過2天。

（2）嚴格控制帶材頭尾清潔衛(wèi)生。

（3）軋機導路清理后全部用軋制油沖洗。（4）各道次軋制油透光率＞90%。

（5）軋輥磨削時使用一定壓力的磨削液沖洗。

（6）打造拉矯專用生產(chǎn)線，減少粉塵及異物附著在帶材上。

3 結(jié)束語

本文通過對熱連軋黑條、卷取粘傷原因分析，通過引入軋輥清刷輥、調(diào)整乳液指標和各機架間張力分配，有效解決了熱連軋5052鋁合金表面黑條和粘傷。通過優(yōu)化冷軋道次粗糙度、張力分配、拉矯矯直參數(shù)和規(guī)范清潔生產(chǎn)，極大地提升了冷軋陽極用5052鋁基材的表面質(zhì)量。

（編輯：楊毅）

中圖分類號：TG335.5+5，TG178.2

文獻標識碼：A

文章編號：1005-4898（2014）06-0038-04

doi:10.3969/j.issn.1005-4898.2014.06.09

基金項目：重慶市科技計劃項目（cstc2012gg-yyjsB50001）

作者簡介：潘禎（1979-），男，四川南充人，工程師。

收稿日期：2014-09-20

Rolled Surface Quality Control of Anodized 5052 Aluminum Alloy Base Material

PAN Zhen, LIU Yue
(Southwest Aluminum(Group)Co.,LTD., Chongqing 401326,China)

Abstract:Main surface defects, such as black streak, scratch, sticky, impression and black spot which affect anodized effect of 5052 aluminum alloy during hot tandem and cold rolling are analyzed in the paper. And corresponding measures are established.

Keywords:anodization; black streak; scratch; sticky