章國華，湯波楷，陳登斌，陳祚啟，陳培顯

(浙江永杰鋁業(yè)有限公司，浙江 杭州 311222)

3C產(chǎn)品用5052鋁合金屬于熱處理不可強化的鋁合金，具有質(zhì)量輕、強度中等、塑性高、成型性能優(yōu)良、焊接性能良好、無磁性和導熱性好等優(yōu)點，廣泛應用在手機、平板和筆記本電腦中[1]。

陽極氧化是目前3C電子產(chǎn)品用鋁合金最常用的表面處理工藝。陽極氧化后的金屬表面不僅能呈現(xiàn)出一種科技感十足的美觀效果，而且陽極氧化膜本身還能起到增強鋁合金外殼表面硬度和提高其耐蝕性的作用[2]。鋁合金卷材經(jīng)陽極氧化后，表面缺陷會更明顯，堪稱缺陷放大器，因此對鋁合金原材料的表面質(zhì)量提出非常高的要求。

1 試驗材料及檢測方法

試驗材料為厚度為0.25 mm的5052-H32鋁合金帶材，其主要化學成分見表1。生產(chǎn)工藝流程：熔鑄-鋸切-銑面-加熱-熱軋-冷軋-清洗-中間退火-冷軋-清洗-穩(wěn)定化退火-精整拉矯。

表1 5052鋁合金的化學成分(質(zhì)量分數(shù)/%)Table 1 5052 aluminum alloy chemical composition(wt/%)

采用電解拋光腐蝕儀拋光試樣，金相顯微鏡觀察晶粒度及第二相粒子，粗糙度儀檢測粗糙度，XRF熒光光譜分析微量元素，掃描電鏡觀察微觀形貌、進行EDS能譜成分分析。

2 發(fā)白色差缺陷形貌

圖1為5052-H32鋁合金帶材發(fā)白色差宏觀形貌圖。發(fā)白色差在帶材兩邊部均有，色差界線較筆直；發(fā)白色差區(qū)域比正常區(qū)域的粗糙度大Ra0.03 μm～0.05 μm；發(fā)白色差在中間退火后不明顯，小加工率軋制后明顯顯現(xiàn)，繼續(xù)軋制其色差可消除；通過強堿堿洗5 min～10 min后發(fā)白色差消失。圖2及圖3分別為發(fā)白色差區(qū)域與正常區(qū)域晶粒度以及第二相粒子金相圖，可以看出無明顯差異。圖4為發(fā)白色差區(qū)域與正常區(qū)域分別在50倍及500倍掃描電鏡微觀形貌對比圖，可以看出發(fā)白色差區(qū)域“溝痕”更深，對光的反射異常，顯現(xiàn)發(fā)白色差。

圖1 發(fā)白色差宏觀形貌圖 Fig.1 Macroscopic morphology images of white aberration

圖4 正常及發(fā)白色差區(qū)域掃描電鏡微觀形貌圖 Fig.4 SEM images of normal and white aberration area

從以上現(xiàn)象可知，發(fā)白色差為表面質(zhì)量缺陷，非內(nèi)部組織缺陷。需要深入研究導致鋁合金帶材兩邊部與中部發(fā)白色差的原因，并提出改善措施。

3 發(fā)白色差缺陷產(chǎn)生原因分析

3.1 季節(jié)天氣對發(fā)白色差缺陷產(chǎn)生的影響

鋁及鋁合金化學性質(zhì)活潑，在干燥空氣中也能形成一層均勻的氧化膜，但這層氧化膜相對陽極氧化膜而言是不致密的，不能有效保護鋁表面，易被潮濕空氣或者水浸濕氧化腐蝕。

圖5為不同季節(jié)月份對發(fā)白色差缺陷的影響。統(tǒng)計結(jié)果顯示，夏季7月份及8月份出現(xiàn)色差卷材的比例明顯高于冬季12月及1月份的。主要的區(qū)別在于南方夏季處于雨水豐沛時期，鋁卷邊部暴露在高溫、高濕度的空氣中，極易加劇氧化腐蝕，而中部則相對影響較小，帶材經(jīng)過軋制與軋輥的接觸摩擦，邊部與中部粗糙度不均勻而導致發(fā)白色差。

圖5 季節(jié)天氣對發(fā)白色差的影響Fig 5 Effect of seasonal weather on white aberration

3.2 退火工藝對發(fā)白色差缺陷的影響

5052-H22鋁合金帶材退火溫度一般在300 ℃以下，未發(fā)現(xiàn)發(fā)白色差缺陷，但鋁卷發(fā)生不完全再結(jié)晶，得到的金相組織為部分纖維狀組織及部分完全再結(jié)晶組織，力學性能不穩(wěn)定。因此必須采用H32工藝生產(chǎn)3C產(chǎn)品用鋁合金帶材。H32狀態(tài)中間退火為完全再結(jié)晶退火，可以得到完全再結(jié)晶組織，退火溫度一般在320 ℃以上，極易導致Mg元素偏析，氧化生成MgO；經(jīng)EDS能譜檢測發(fā)現(xiàn)發(fā)白色差區(qū)域較正常區(qū)域的w(Mg)高0.02%～0.04%，此種差異會導致帶材軋制后邊部與中部粗糙度差異，從而導致發(fā)白色差缺陷。

3.3 軋制油油品對發(fā)白色差的影響

帶材發(fā)白區(qū)域與正常區(qū)域經(jīng)XRF熒光光譜儀檢測結(jié)果如表2所示。由表2可知，帶材發(fā)白區(qū)域的S、P以及Cl元素含量較高，而在軋制油基礎(chǔ)油及添加劑中不含有這些元素或者含量極微，軋制油基礎(chǔ)油中w(S)一般控制在5×10-6以下。S、P以及Cl元素主要來源于液壓油、軸承潤滑油等機械用油。這些元素極性極強，吸附在鋁卷表面，即使經(jīng)過堿洗清洗也不易去除。5052鋁合金中的Mg元素較活潑，易與S、P以及Cl等極性元素發(fā)生化學反應，形成化學反應膜，造成表面殘留[3]。在高溫退火時，不能有效揮發(fā)出去，呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，會分解腐蝕鋁帶材兩邊部，導致繼續(xù)冷軋后出現(xiàn)發(fā)白色差。

表2 XRF元素檢測結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)/10-6)Table 2 Results of XRF element detection(wt/10-6)

其次軋制潤滑油油膜強度偏低，潤滑能力不足，鋁粉剝落量增大，相對中部，兩邊部更易殘留鋁粉；潤滑不足同樣會導致軋制力加大，軋輥的彈性變形加劇，導致鋁卷兩邊部與軋輥之間變形區(qū)接觸狀態(tài)更為復雜，當油膜破裂時，軋輥與鋁卷直接接觸，嚴重則會導致鋁卷粘鋁。

軋制油理化指標不合理，也會加重帶材邊部與中部表面質(zhì)量差異，導致邊部帶材粗糙化，形成發(fā)白色差缺陷。因此，一方面需要嚴格控制機械油泄漏，另一方面需提高軋制油油膜強度，使軋輥與帶材間形成穩(wěn)定均勻的化學吸附膜[4]，使軋制帶材表面顏色一致。

4 改善措施及效果評價

針對5052-H32鋁合金帶材雙邊發(fā)白色差質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的原因，采取相應的改善措施：

1)在高溫潮濕季節(jié)，加快生產(chǎn)鋁卷的流轉(zhuǎn)，采用防腐蝕包裝膜包裝鋁卷，減輕鋁卷在高溫高濕空氣中的氧化腐蝕，可有效防控發(fā)白色差缺陷。

2)優(yōu)化退火工藝。降低退火溫度10 ℃～15 ℃，減輕高溫Mg析出。采用爐內(nèi)旁冷技術(shù)，旁冷時間不小于10 h，使帶卷溫度降至200 ℃以下再出爐，軋制后未發(fā)現(xiàn)發(fā)白色差。圖6為帶卷在箱式退火爐內(nèi)中間退火后繼續(xù)在爐內(nèi)采用氮氣氣氛保護冷卻情況下，出爐帶卷溫度對發(fā)白色差的影響。由圖6可以看出，隨著帶卷出爐溫度不斷降低，發(fā)白色差嚴重程度也隨之減輕。

圖6 帶卷出爐溫度對發(fā)白色差的影響Fig 6 Effect of discharging temperature on white aberration

3)對軋制油進行優(yōu)化。一方面定期檢查軋機機械油的泄漏，以防污染軋制油，嚴格控制軋制油中w(S)<0.3×10-4。另一方面提高軋制油中添加劑的質(zhì)量分數(shù)至8.0%～8.5%，優(yōu)化長碳鏈C14以及C16的分布，加入脂肪酸添加劑等措施，保證軋制油油膜強度不小于最大無卡咬負荷340 N，改善軋制油的承載能力及摩擦性能，使軋制的帶材表面均勻細膩。圖7為提高軋制潤滑油的油膜強度對軋制帶材表面的影響?？梢钥闯觯湍姸扔?00 N提高至340 N后，軋制帶材表面更為均勻細膩。生產(chǎn)5052-H32鋁合金帶材發(fā)白色差缺陷減少了92%，改善效果明顯。

圖7 不同軋制油油膜強度軋制帶材表面掃描電鏡圖Fig.7 SEM images of rolling strip surfaces with different rolling oil film strength

5 結(jié)束語

對3C電子產(chǎn)品用5052-H32鋁合金帶材兩邊部的發(fā)白色差表面質(zhì)量缺陷，主要從預防帶材邊部在高溫高濕度的空氣中氧化腐蝕、優(yōu)化退火工藝減輕高溫氧化、改善軋制油油品等三個方面進行改善，出現(xiàn)雙邊發(fā)白色差質(zhì)量缺陷的不良5052-H32鋁合金帶卷比例已下降至1%以下，改善效果顯著。