賈志強，陳昊，孟志軍

1.西安諾博爾稀貴金屬材料股份有限公司 陜西西安 710201

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1 序言

銀具有優(yōu)異的導電性和導熱性，與此同時面心立方的晶體結構使其具有了優(yōu)良的延展性和可加工性[1-3]，被廣泛應用于航空航天、精密儀表、電氣電子、醫(yī)療及化工等領域。為了提升材料的性能，降低材料成本，通常在銀中添加微量合金化元素（如Mg、Cu、Ni、Pd、Cd、稀土元素等），其中添加Mg、Ni可增強材料的強度；添加Cu可提高材料強度，降低其熔點，并改善其可鑄性；添加Pd可增強其抗硫化性能；添加Cd可改善其電接觸性能。

憑借金屬中最高的導電率和導熱性，以及良好的加工性和穩(wěn)定的接觸電阻，銀及其合金被用于制作特種用途開關、繼電器，以及儀器儀表中的電接觸材料，其性能及穩(wěn)定性直接決定系統(tǒng)的功能性、穩(wěn)定性及壽命[4]。觸電材料對質(zhì)量要求非常高，因此銀合金表面及內(nèi)部不能出現(xiàn)任何明顯影響材料性能的缺陷。本文針對銀合金帶材中常見條帶狀缺陷的形貌、成分進行了分析，并結合生產(chǎn)流程對其形成機理進行了討論，提出并實施工藝改進試驗，以期在同類型銀合金帶材生產(chǎn)中杜絕此類缺陷的出現(xiàn)，進一步提升產(chǎn)品質(zhì)量和成品率。

2 試驗

在實際生產(chǎn)中純Ag、Ag-Mg、Ag-Mg-Ni等合金帶材均采用類似生產(chǎn)工藝進行加工，因此均會出現(xiàn)上述條帶狀缺陷。本研究以Ag-Mg-Ni合金為研究對象，介紹此類缺陷的形成原因和消除方法。

原料鑄錠通過提純處理、感應熔煉、鍛造開坯及軋制等關鍵工序最終生產(chǎn)成合金帶材。銀合金帶材中出現(xiàn)的常見條帶狀缺陷多為毫米級，因此首先對缺陷進行肉眼觀察，分析其宏觀規(guī)律。隨后采用化學成分分析（ICP-MS）和金相組織觀察（OM）方法，判斷和確定該缺陷對材料化學成分的影響及其存在位置與分布規(guī)律。再采用掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜分析（EDS）等手段，分別對其微觀組織特征和化學成分進行分析，隨后結合其生產(chǎn)加工過程對其形成原因進行反向追溯。在確定其形成機理的基礎上，改進和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，在確保不影響現(xiàn)有性能指標的基礎上，實現(xiàn)消除該缺陷的目的。

3 結果與討論

圖1所示為銀合金帶材中帶狀缺陷的宏觀形貌。從圖1可看出，此類缺陷由多個長約1.5mm、寬約0.5mm的“米?！睜钊毕輼嫵?，沿帶材的軋制方向（RD方向）規(guī)律分布。

圖1 銀合金中帶狀缺陷的宏觀形貌

從帶狀缺陷的分布特征可知，此類缺陷的產(chǎn)生與合金帶材的軋制過程密切相關，該缺陷軋制前可能就以塊狀存在于帶材中，并隨軋制過程的進行逐漸被拉長，最終表現(xiàn)出規(guī)律性的帶狀分布特征。但該缺陷是否由材料中的雜質(zhì)元素引起，以及是否僅存在于帶材表面，仍需進行試驗確認和驗證。

為了判斷該缺陷對材料化學成分的影響及其存在位置與分布規(guī)律，在缺陷附近部位分別取化學成分和金相試樣，化學成分分析結果見表1，金相組織如圖2所示。從表1可看出，材料化學成分滿足國家標準要求，未檢測出其他雜質(zhì)元素。從圖2可看出，帶材橫截面組織基本為均勻、細小的等軸晶粒，材料心部存在少量熱處理過程中未被內(nèi)氧化的粗大晶粒和部分退火孿晶。從材料微觀組織中未觀察到帶狀分布的缺陷。上述檢測表明，本文所討論的帶狀缺陷在材料中存量很低，且分布較為聚集，可能僅存在于材料表面。因此，這種規(guī)律性分布缺陷的產(chǎn)生基本排除是在原材料中混入、熔煉過程中引入的可能性，極有可能是在帶材加工生產(chǎn)過程中引入的。

表1 銀合金化學成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

圖2 銀合金帶材微觀組織

由于帶狀缺陷呈規(guī)律性分布，因此可能與軋輥上的異物或缺陷呈規(guī)律性分布有關，在軋制過程中，軋輥上的異物或缺陷印入材料后，也可能在帶材中造成此類規(guī)律性分布的缺陷（類似于輥?。榇?，對軋機上可能與銀合金帶材接觸的部位進行了全面檢查，未發(fā)現(xiàn)沾染有此類缺陷，同時在帶材其他部位也未發(fā)現(xiàn)此類規(guī)律性缺陷，因此該類帶狀缺陷的產(chǎn)生是由軋輥上規(guī)律分布的異物印入帶材的可能性基本排除。

為了研究帶狀缺陷的微觀形貌和化學成分，分別對缺陷部位進行了掃描電鏡（SEM）觀察和能譜（EDS）分析，對缺陷處微區(qū)的微觀組織特征和化學成分進行分析，結果如圖3、圖4所示。從圖3可看出，缺陷區(qū)域較其他正常區(qū)域的平整度明顯較差（見圖3a），材料表面呈現(xiàn)出凹凸不平的特征，且觀察到存在明顯的異物（見圖3b），異物尺寸為10～15μm。從異物與帶材間的關系可看出，異物深度嵌入合金帶材表面，也從另外一個角度證明此類異物是在成品軋制前引入的。圖4所示為缺陷部位的能譜分析結果。從圖4可發(fā)現(xiàn)，嵌入異物周圍的不平整區(qū)域雖然形貌特征較周邊正常區(qū)域有較大差異，但其化學成分與合金成分一致，僅存在Ag、Mg、Ni等合金主成分元素。而嵌入顆粒狀異物只包含Al、O元素，結合其形貌特征推斷其為Al2O3顆粒。由此可以推斷，肉眼可見的規(guī)律性分布的帶狀缺陷是由Al2O3顆粒嵌入后造成的缺陷影響區(qū)引起的。

圖3 缺陷部位的微觀組織形貌

圖4 缺陷部位能譜分析

要消除帶狀缺陷就必須確認異物的引入過程。通過對銀合金帶材全生產(chǎn)過程跟蹤，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，僅有成品軋制前的修磨過程可能會引入Al2O3顆粒，這是因為修磨用剛玉砂紙主要成分為Al2O3[5]。結合帶材生產(chǎn)過程及缺陷處顆粒狀異物的化學成分，對帶狀缺陷的形成機理進行分析和推斷，其形成機理如圖5所示。銀在熔煉過程中容易吸收一定量的氣體，此外其內(nèi)部也存在一定量的雜質(zhì)元素[6-8]。材料經(jīng)熔煉、開坯處理等加工后，內(nèi)部的氣體和雜質(zhì)等缺陷會逐漸聚集、形核、長大，并隨帶材厚度不斷降低，材料表面積急劇增加，越來越多的雜質(zhì)在帶材表面表現(xiàn)出來（見圖5a）。如任由此類缺陷不斷出現(xiàn)和存在，將嚴重影響帶材表面質(zhì)量和成品率，甚至會導致帶材完全報廢。因此，在銀合金帶材生產(chǎn)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)材料表面出現(xiàn)了此類缺陷，必須及時修磨干凈。為了消除修磨痕跡對后續(xù)軋制變形的影響，通常采用砂紙對修磨后帶材進行打磨。正常情況下，因銀合金具有優(yōu)良的塑性和流動性，通過軋制工藝的控制，經(jīng)砂紙打磨的修磨痕跡會在后續(xù)變形過程中消失。

圖5 銀合金中帶狀缺陷的形成機理

然而，當修磨產(chǎn)生明顯的凹坑時（見圖5b），雖然去除了帶材表面的缺陷，但表面的凹坑會成為后續(xù)砂紙修磨過程中Al2O3顆粒的聚集位置，這是因為修磨過程中從砂紙上脫落的、較硬的Al2O3顆粒會很容易嵌入到較軟銀帶的凹坑處（見圖5c），且修磨后的帶材表面較為粗糙，即便對修磨后的帶材進行了表面清潔處理，此類嵌入的Al2O3顆粒也不容易被發(fā)現(xiàn)和去除，最終會被帶入下一道次軋制過程。隨著軋制的不斷進行，帶材長度不斷增加，聚集了Al2O3顆粒的凹坑也在被不斷拉長，最終因嵌入顆粒的影響，產(chǎn)生了變形影響區(qū)，而形成了肉眼可見的、規(guī)律分布的帶狀缺陷（見圖5d）。

要從根本上消除此類缺陷，就需要減少Al2O3顆粒的“形核”位置和可能，這就要求修磨后產(chǎn)生的痕跡周圍過渡圓滑。此外，如不考慮貴金屬的損耗，可采用帶材修磨設備對整條帶材表面進行整體表面修磨和清洗。實際生產(chǎn)過程中，采用上述方法對帶材的修磨工藝進行優(yōu)化后，銀合金帶材中此類帶狀缺陷再未出現(xiàn)過。需要指出的是，由于僅對帶材進行表面處理，無論采用何種處理方法均不會引起材料微觀組織、力學性能的變化。將上述改進工藝推廣至純Ag、Ag-Mg等銀合金帶材的生產(chǎn)中，均取得了明顯的消除效果。

4 結束語

本文采用化學成分分析（ICP-MS）、金相（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）及能譜分析（EDS）等手段，對銀合金生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的規(guī)律性分布帶狀缺陷的化學成分、形貌特征及形成機理進行了分析。研究表明，帶狀缺陷僅存在于材料表面，是由于帶材修磨過程中嵌入Al2O3顆粒被拉長引起的。在缺陷形成原因確定的基礎上，提出了相應的工藝改進方案，并按照新工藝進行試生產(chǎn)。經(jīng)生產(chǎn)驗證，所采用工藝改進方案合理、有效，改進后在銀合金帶材及同類型產(chǎn)品中帶狀缺陷已完全消除。