1、鋁合金中氧化膜缺陷特征分析,目錄,一、文獻中關于氧化膜缺陷的論述 二、幾種氧化鋁的典型特征 三、模擬熔體氧化膜形貌 四、典型的氧化膜、夾雜缺陷 五、異物壓入 六、氧化膜夾雜對市場的影響 七、西南鋁氧化膜夾雜產生原因簡析,一、文獻中關于氧化膜缺陷的論述,鋁合金半成品的組織與性能多巴特金著，冶金工業(yè)出版社，1984年6月第1版 1非金屬夾雜引起的表面缺陷 這類缺陷的出現(xiàn)和外形，與夾雜相對于鑄錠和板材表面深度的分布有關。如果在鑄錠的表面層存在有爐襯和鑄造工具的脫落碎塊、熔劑、熔渣、玻璃絲網(wǎng)、氧化膜等非金屬夾雜，以及氣泡和很深的冷隔時，將會在板材的表面上形成暗帶(圖87，a)。,圖87暴露在板材表面上

2、的夾雜 a-暗帶 b-起皮,2內部缺陷：分層、氧化膜、夾雜分布在接近于鑄錠厚度中心的非金屬夾雜、聚集的金屬間化合物和由于氣體收縮所引起的嚴重疏松，是鋁及鋁合金板材產生分層的原因。分層是一種不連續(xù)式的缺陷，這種缺陷沿軋制方向被拉長，其長寬之比很大（圖88、89）。,圖89 AMr6合金板材的分層 圖88 硬鋁板材分層區(qū)的顯微組織 (該分層是由于存在熔渣引起的) 200,鋁箔：其典型質量問題及產生原因Ozgul Keles，MuratDundar。Journalof MaterialsProcessingTechnology 186 (2007) 125137。,圖5 AA1200合金12m箔由氧

3、化鋁夾雜引起的針孔,圖4 由氧化鎂夾雜引起的針孔,圖7 由金屬壓入引起的針孔。,圖9 由劃傷引起的針孔,圖10 印痕,“鋁壓鑄件中的硬質點及非金屬夾雜物”陸樹蓀、樂書華等，特種鑄造及有色合金 2000 年第5 期 研究硬質點中的非金屬夾雜物后可發(fā)現(xiàn)：其中多數(shù)是氧化鋁(Al2O3) ,有相當數(shù)量的硅酸鋁(Al O xSiO2 ) ，并有少量的MgAl2O4 (即MgOAl2O3 )化合物。 2.1 氧化鋁(Al2O3) 其組織形貌基本上可分為二種類型 ,一種是多孔狀的Al2O3 (見圖1 a 和圖 2) ,另一種為深色無孔的 Al2O3(見圖3) 。2 種Al2O3 夾雜物的顯微硬度測定結果見表

4、1 ,由表1 可看到:2 種Al2O3 的顯微硬度不同 ,但它們都比鋁基體的顯微硬度(平均為 HV68)高得多 ,分別為鋁基體的10 倍和20 倍 ,它們的出現(xiàn)會使合金的切削性能顯著降低 ,以至發(fā)生崩刀的現(xiàn)象。除了上述二種基本形態(tài)外 ,硬質點處還存在有折疊膜片狀(見圖 4) 、團絮狀Al2O3 夾雜物。,鋁及鋁合金表面缺陷分類日本輕金屬學會研究委員會，1980，8,夾雜特征：板材、卷材的表面暴露夾雜物或因夾雜物引起裂紋，觀察裂開處的表面可以發(fā)現(xiàn)夾雜物的存在,壓入特征：工作輥有異物掉入時單面出現(xiàn)，卷材卷曲時掉入則在兩面出現(xiàn)。鋁屑掉入時，隨著壓延的進行可能成為“起皮”狀。,“Die Casting

5、 Defects:Identifying the Causes & Determining the Solutions” DIE CASTING ENGINEER， 1 January 2008 壓鑄件缺陷：原因分析和解決措施，壓鑄工程師，2008.01.01,壓鑄鋁合金中的缺陷,a氧化膜 b剛玉,c 難熔夾雜物 d化合物偏析,壓鑄鋁合金中夾雜物缺陷的種類及其特征,二、幾種氧化鋁的典型特征,1.剛玉（Al2O3晶體）壓入 軋輥磨削的砂輪是剛玉顆粒粘接而成的，磨削過程中剛玉顆粒不斷損耗脫落，如果清洗不干凈，會隨著乳液附著在軋輥表面，在軋制過程中壓入板面，形成非金屬壓入。剛玉硬度極高（僅次于金剛石

6、），具有致密的晶體結構。,樣品：西南鋁3104罐體料,顆粒物與外界為完全開放狀態(tài)，由于顆粒硬度遠高于金屬，致使其附近金屬變形流線發(fā)生隨動變化。,2 陶瓷過濾板碎渣 陶瓷過濾板經(jīng)過高溫燒結，硬度高但多孔,樣品：西南鋁3104板錠成品帶材,破碎顆粒沿軋向分布，造成局部分層，除個別直徑超過板厚的顆粒造成局部金屬破裂而露出表面外，其余小尺寸顆粒被金屬完全封閉，是由熔體中帶來。,經(jīng)過5%NaOH溶液浸蝕,硬度高劃傷軋輥,碎片能譜分析結果,從軋輥上刨下的鐵性金屬,從陶瓷過濾板上取下的碎渣 成分、形貌與前述陶瓷碎片一致,3 熔體氧化膜,樣品：西南鋁3104板錠成品帶材。 與剛玉、陶瓷比，是Al2O3MgO（

7、尖晶石）混合體，硬度低、疏松易碎，金屬變形后破碎產物在金屬內部呈帶狀分布，造成局部分層。大塊氧化膜在軋制金屬厚度減薄,采用低加速電壓（10kV），可以反映出鋁板表面的自然氧化現(xiàn)象，能譜分析結果表明板材表面有氧化鋁，但無法看到其形貌，說明自然氧化膜極薄。資料介紹一般僅為數(shù)十到一百余埃。 樣品：3104板材。,三、模擬熔體氧化膜形貌,為明確熔體氧化膜的典型特征，取3104和1050合金在實驗室重熔，觀察表面氧化膜。,3104合金重熔樣品,氧化膜,5%NaOH溶液浸蝕后,局部放大圖像,3104合金,1050重熔樣品,氧化膜,5%NaOH溶液浸蝕后,1050合金,四、典型的氧化膜、夾雜缺陷,西南鋁51

8、82罐蓋 缺陷宏觀形貌 20X,西南鋁5052罐蓋,樣品：西南鋁2D70鍛件,樣品：西南鋁7A52厚板,樣品：0.24mm5052罐蓋料,裂紋,裂紋,樣品：西南鋁5182罐蓋料，表面可見橫向小裂口,a,b,點狀物,點狀物,a樣品截面及能譜譜圖,點狀物,點狀物,b樣品截面及能譜譜圖,樣品：西南鋁5182罐蓋料，橫截面,5182罐蓋及板材,3104罐體針孔,3104罐體針孔截面形貌,罐體針孔能譜分析結果（1）,罐體針孔能譜分析結果（2）,3104罐體料破杯,3104罐體料斷罐樣品,引起斷罐的缺陷能譜分析結果（1）,引起斷罐的缺陷能譜分析結果（2）,夾雜物引起1235合金鋁箔串孔缺陷,五、異物壓入,

9、3104罐體料熱軋過程中的大面積金屬壓入,由裂邊引起的熱軋板材邊部金屬壓入,金屬壓入,裂邊,冷軋時，3104合金板材表面單點狀壓入，壓入物已脫落,由于軋制油油污引起的雙合箔針孔缺陷,PS板表面的非金屬壓入,夾雜的形貌及存在狀態(tài)與壓入有明顯區(qū)別：輪廓與周邊金屬處于同一平面，夾雜物清晰可見，表皮金屬撕裂特征明顯，缺陷部位無因異物翻滾造成的劃痕和坡道、金屬堆積。,PS板夾雜缺陷,六、氧化膜夾雜對市場的影響,2008年，西南鋁3104罐料退貨2000噸。其中90%屬冶金質量問題（主要是氧化膜夾雜）造成斷罐缺陷，致使國內近半市場的喪失。 2009年初，西南鋁因氧化膜夾雜問題，造成近700噸罐蓋料退貨，1000余噸壓庫，300余噸鑄塊改投向。市場形象嚴重受損。 1235鋁箔毛料斷帶、針孔超標 多項厚板、鍛件探傷不合格，影響軍工產品進度。,七、西南鋁氧化膜夾雜產生原因簡析,作為鋁加工企業(yè)，西南鋁板錠生產中出現(xiàn)的夾雜物缺陷主要有以下幾個類型： 鋁氧化膜夾雜金屬紊流造成 氧化鋁顆粒夾雜原材料質量差，金屬翻滾 尖晶石（MgOAl2O3）加鎂時操作不當，熔體暴露于高溫狀態(tài)下（如火焰直接噴射到熔體表面） 晶粒細化劑夾雜晶粒細化劑質量低劣，使用過量或不當 熔劑夾雜精