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摘要：目前国内外传统的铝合金复合箔生产多采用热轧复合方法即铸锭、均匀化处理、热轧开坯、板坯铣面、组坯焊接，加热、热轧复合、冷轧，退火处理等一系列复杂工艺过程，在加热和多道次热轧复合过程中，由于温度的波动、润滑冷却条件变化都将影响铝合金复合箔的厚度精度，特别是包覆层的厚度精度，直接影响铝合金复合箔的焊接可靠性。加热和热轧复合过程在高温状态下进行，包覆层中硅元素很容易扩散到基体合金中，从而造成铝合金复合箔的高温强度下降，因为在制造热交换器过程中，铝合金复合箔需加热到590-620℃的高温，将引起翘片在高温时下垂变形，影响最终产品质量，另外，传统的铝合金复合箔生产工艺流程长、能耗大、效率低，不符合科学发展要求。
关键词：铝合金复合箔；工艺研究
1、试验材料及方法
选取的试验材料为：皮材（包覆材）4045铝合金铸轧板，厚度6.5mm，芯材3003铝合金铸轧板，厚度7.8mm。
板材预处理主要包括以下几个步骤：（1）对4045 皮材铝合金带卷以及3003 芯材铝合金带卷分别进行冷轧，控制冷轧后皮材与芯材的厚度比为1:8；（2）包覆材和芯材进行软化退火处理；（3）将退火后的4045 皮材铝合金和3003 芯材铝合金的表面清洗去油，用钢丝刷清理干净；（4）将清洗后的皮材铝合金和芯材铝合金于300℃进行轧制复合 ；（5）将铝合金复合带进行退火处理；
图1
冷轧选在四重不可逆冷轧机上进行，退火在箱式退火炉中进行，对三个铸轧卷分别采用的工艺流程如下：
方案一：
（1）对4343 皮材铝合金带卷和3003 芯材铝合金带卷分别进行冷轧，得到0.4mm 厚的4343 皮材铝合金冷轧带，3.6mm 厚的3003 芯材铝合金冷轧带，对冷轧后的皮材铝合金和芯材铝合金轧带于300℃退火6h ；
（2）将退火后的4343 皮材铝合金和3003 芯材铝合金轧带的表面清洗去油，用沙带或钢丝刷清理干净，清洗后皮材铝合金温度为20℃，将芯材铝合金加热到160℃，进行轧制复合，控制压下率为54.5%，得到2.0mm 厚的铝合金复合带；
（3）对铝合金复合带于300℃退火处理6h，控制冷轧总压下率为95%，冷轧3 道次到0.10mm 厚，冷轧后于300℃中间退火处理6h，进行再次冷轧，控制压下率为40%，精整后得到0.06mm 厚的成品铝合金复合箔。
方案二：
（1）对4045 皮材铝合金带卷和3003 芯材铝合金带卷分别进行冷轧，得到0.45mm 厚的4343 皮材铝合金冷轧带，4.0mm 厚的3003 芯材铝合金冷轧带，对冷轧后的皮材铝合金和芯材铝合金轧带于350℃退火4h ；
（2）将退火后的4045 皮材铝合金和3003 芯材铝合金轧带的表面清洗去油，用沙带或钢丝刷清理干净，将清洗后的皮材铝合金和芯材铝合金轧带于20℃进行轧制复合，控制压下率为57%，得到2.1mm 厚的铝合金复合带；
（3）对铝合金复合带于350℃退火处理4h，控制冷轧总压下率为94%，冷轧4 道次到0.12mm 厚，冷轧后于350℃中间退火处理4h，进行再次冷轧，控制压下率为33.3%，得到0.08mm 厚的成品铝合金复合箔。
方案三
（1）对4343 皮材铝合金带卷和3003 芯材铝合金带卷分别进行冷轧，得到0.4mm 厚的4343 皮材铝合金冷轧带，4.0mm 厚的3003 芯材铝合金冷轧带，对冷轧后的皮材铝合金和芯材铝合金轧带于450℃退火0.5h ；
（2）将退火后的4343 皮材铝合金和3003 芯材铝合金轧带的表面清洗去油，用沙带或钢丝刷清理干净，将清洗后的皮材铝合金和芯材铝合金轧带加热到50℃进行轧制复合，控制压下率为60%，得到2.0mm 厚的铝合金复合带；
（3）对铝合金复合带于300℃退火处理6h，控制冷轧总压下率为90%，冷轧3 道次到0.20mm 厚，冷轧后于450℃中间退火处理0.5h，进行再次冷轧，控制压下率为50%，得到0.10mm 厚的成品铝合金复合箔。
2、试验结果
将按照上述三种方案轧制的复合箔成品，其成品的最终力学性能如表1所示：
表1 三种试验方案下复合箔的性能
从表1结果中，可以看出，方案一与方案二对比，复合时温度低，扩散退火温度高，其所轧制得到复合箔，其抗拉强度适中，延伸率高，方案一与方案三对比，复合时温度高，复合轧制压下量大，其所轧制的复合箔成品后，其抗拉强度和延伸率的影响都不明显。
3、分析与讨论
根据柯肯达尔效应理论，扩散深度值与扩散时间的平方根成正比。要达到金属界面的冶金结合，必须使处在金属界面接触的原子或离子具有最低能量级，当原子或离子达到这个能量级时，原子键的方向性就会减弱，在两个表面的原子间就会形成金属键，相互接触的两金属表面就开始形成焊合。
从方案二的板材上切取10cm长试样，在电子显微镜下，观察结合界面的复合情况。
图2 电子显微镜下的组织情况
从图2可以看到复合界面结合非常紧密，已经看不到明显的分界线，芯材和包覆材只能通过组织的不同来区分。
350℃/4h的扩散退火温度正处于卡扎柯夫所提出的金属结合的扩散温度范围内，随着扩散退火时间的延长，界面两侧元素的扩散不断加剧，并具有一定扩散深度，使点结合转变为面结合，而且看不到机械式相互咬合的形貌，这说明此时结合界面上冶金结合方式占主导地位。在大轧制力作用下产生的大塑性变形和后续的扩散退火工艺，使得冷轧复合箔材可以达到等强复合，扩散机制在复合中起着重要的作用。
4、结论
（1）对组元金属预处理有利于冷轧复合，软化退火、酸碱洗后，对板材待复合面不经打磨也可以达到与打磨相同的复合质量，这样就可以减少生产工序，提高生产效率。
（2）冷轧复合的结合效果与扩散退火、压下量、轧制压力等因素有关，且它们之间相互影响、相互联系，使得轧制工艺复杂化。
（3）经350℃/4h等温扩散热处理，可明显提高冷轧复合板的结合强度，使界面达到冶金级结合。
论文作者:张莉,黎勇,陆佳
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/17
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