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鋁合金薄板帶軋制工藝潤滑技術及挑戰

隨著現代工業技術的發展，對鋁合金薄板帶的質量要求越來越高。在中國經濟發展進入“新常態”下，高附加值、高技術含量的鋁合金薄板帶市場潛力巨大，特別是汽車輕量化用鋁板，航空航天用鋁合金薄板，食品飲料罐用鋁板帶、消費電子和建筑領域用鋁板帶^[1]PS版基鋁板帶等。鋁合金薄板帶通過熱、冷軋軋制達到相應尺寸規格、性能和表面質量的要求，可以概括為“尺寸精確板形好，表面光潔性能高”^[2]，要有效地達到這些要求，對軋制工藝潤滑技術提出了較高要求，需要選擇合適的軋制工藝潤滑劑，同時要對工藝潤滑劑進行合理的維護和管理，使潤滑劑的功能得到有效及穩定地發揮。

本文就部分鋁合金薄板帶軋制的特點，對相關工藝潤滑技術做簡要論述，同時對鋁薄板帶軋制工藝潤滑技術面臨的挑戰也做簡要說明。

一、鋁合金薄板帶軋制產品、特點和質量要求

鋁合金薄板鋁是鋁板帶中的主要產品，主要應用于易拉罐，汽車航空、PS版基，建筑幕墻等方面。其中，鋁罐體為3104，3004等合金，罐料為5083，5182等合金。鋁罐料要求非常嚴格，要求內在質量，深沖性能好，同時有很好的表面質量，熱軋終軋溫度高，基本在320℃以上，冷軋終軋厚度0.28——0.32mm，厚度公差和板型等要求高^[3]。PS版用電解磨板常用1050鋁合金，國內外刷磨板常采用3103鋁合金。PS版對鋁板基的質量要求很高，鋁板基的表觀質量，平整度，厚差等會影響PS版的砂目狀態等質量指標，印刷對PS版的質量要求很高，特別是高檔彩印要求印版不允許有一點弊病，要保證印刷版質量，PS板用鋁板表觀質量是最重要的^[4]。汽車用鋁合金板材，尤其是汽車外板是鋁合金板材生產中的頂級產品，目前鋁合金汽車板主要有兩個系列，5xxx和6xxx系^[5]，5xxx系鋁合金具有中等強度、加工性能好等，6xxx系鋁合金具有成形性好，強度較高等特性，在其研發中重點解決的是其成形性、表面光鮮均勻性、表面處理等7點性能要求^[6]。氧化鋁薄板用途廣，適用于天花板，幕墻板，電器面板，家具面板等多種，氧化鋁板具有裝飾性強，硬度適中，無需再進行復雜的表面處理等特點，氧化鋁薄板中1xxx，5xxx，6xxx系列合金較多，1xxx合金在光亮和保護性氧化具有好的特性，6xxx可陽極氧化著色，適用做建筑裝飾材料等。

鋁合金薄板帶除了對性能等方面有各自的高要求外，都對板帶表面質量提出很高要求，對表面缺陷如粘傷、劃傷、印痕、松枝花紋、金屬及非金屬壓入、油污、退火油斑、色差、亮條、桔皮等都有明確的要求和規定^[7][8]，這對工藝潤滑技術也就提出了較高要求。

二、鋁合金薄板帶軋制工藝潤滑技術

鋁合金薄板帶軋制工藝潤滑技術主要有三大類，水基潤滑技術、油基潤滑技術、油水分施兩相潤滑技術。

1、水基潤滑技術

水基潤滑技術分為乳化液技術、彌散液技術和合成液技術。

乳化液技術是通過引入乳化劑，乳化劑是表面活性物質，親油部分匯聚在油中，而親水端面在水中，形成油珠之間的保護屏障，大大地降低了油珠聚集長大的速率，降低了油珠表面的自由能，防止油珠之間聚集長大，維持了乳化液的動態平衡^[9]，如圖1所示。

鋁軋制乳化液常選用陰離子及非離子乳化技術。其中陰離子乳化技術在鋁軋制中應用較成熟和穩定，是應用較廣泛的技術，由于鋁板在軋制過程中表面常顯正電，采用陰離子技術有助于潤滑成分吸附，而且弱堿性條件，也有助于更好的清洗，防銹和防菌功能。

好富頓在水基工藝潤滑領域做了大量研發和應用工作，其中的Tandemol技術得到廣泛應用，Tandemol 62xx，63xx，68xx，67xx，69xx，5xxx系列產品分別在鋁熱軋和冷軋上有較好的使用。除了潤滑劑必須提供的潤滑，冷卻和清洗等特性外，在自凈化，可控性和穩定性等方面也有獨到的地方。

彌散液技術是乳化液技術的一種，該技術使用陽離子乳化劑。陽離子乳化劑除具有抑菌作用外，在一定的pH范圍內，油珠尺寸大且分布較均勻，如圖2所示。油粒的這一分布特點，不僅大幅地提高了彌散液的潤滑能力（因為油從乳液中析出是潤滑的前提），而且能夠提高潤滑均勻性和油珠在鋁板表面的潤濕能力，有助于改善軋后表面質量。

彌散液技術在鋁軋制方面應用較少，主要是陽離子技術的乳液穩定性差，潤滑和乳液較難控制，維護管理壓力大等原因。不過，好富頓的彌散液技術在鋼冷連軋方面已得到大量的運用。

合成液技術和乳化液技術不同，如圖3所示。合成液是單相產品，它非常穩定，清澈透明，清凈性較好，但合成液表面張力低，侵蝕性較強。水溶性聚合物常和水通過形成氫鍵而溶于水，氫鍵在溫度升高時消失，聚合物析出提升潤滑，這和乳化液在咬入區的潤滑機制有所不同[10]，該技術在鋁軋制中基本沒有應用。

2、油基潤滑技術

油基鋁冷軋油通常以溶劑為基礎油，配以添加劑（醇、酯及酸），是鋁冷軋最主要的工藝潤滑應用產品。油基軋制油技術成熟，基礎油和添加劑選擇、冷卻系統設置、維護管理及相關的設備工藝參數如軋制速度，壓下量，張力設置上等都有豐富的經驗和成熟的案例可資借鑒。

當前大多鋁冷軋添加劑技術基本上還是維持著使用C12-C18的醇、酯或酸。醇，酯按照一定比例混合后使用，有時軋制過程會輔助添加少量酸以求表面光亮或者提高潤滑。添加劑的設計和選擇關鍵在于平衡確定醇酯酸的碳鏈長短。碳鏈短，清潔性能好，但潤滑性能差，碳鏈長，潤滑性能好，但殘留多，如圖4所示�，F代鋁冷軋機的軋制速度越來越高，對軋制油的冷卻和潤滑能力要求較高，同時對表面殘留、退火油斑方面提出更高需求，如何保證潤滑和冷卻，同時保證表面清凈性是一個重要課題。

在解決潤滑和清凈性的矛盾方面，好富頓公司做了很多探索工作，并取得了很好的效果。例如引入Carrier技術、使用長鏈醇酯卻不會惡化表面清潔性、引入抗磨劑、使用短鏈醇酯在保證清潔性下，潤滑能力得到加強等。好富頓冷軋添加劑技術在全球得到廣泛使用，在中國Cindol 9xxx系列添加劑產品已在多個鋁冷軋機上得到好的應用，在鋁冷軋高速軋制、大壓下量、高表面要求、降低添加劑消耗等方面都有上佳表現。

3、油水分施兩相技術

綜合水基和油基技術的優點，盡量避免相應的不足，開發出了水油兩相分施技術，油相和水相分別施加在軋輥上，水冷卻，油相提供潤滑。圖5是兩相介質的供液示意圖^[11]，紅色代表供油，在入口供給，藍色代表水，入口和出口都有供給。該技術的突出優點是可根據需要通過改變油相數量和壓力調整潤滑，或者通過調整水相供給量改變冷卻。測試表明該種控制方法更能實現潤滑優化，提高軋制速度，更容易進行板形控制。

好富頓擁有該技術，特別是在鋼板帶軋制方面得到非常廣泛的應用。

三、鋁合金薄板帶軋制工藝潤滑技術的挑戰

1、如何選擇合適的工藝潤滑技術和產品

鋁合金薄板帶生產需要經過熱軋和冷軋軋制過程，熱軋和冷軋一般都采用工藝潤滑，對軋件和軋輥表面進行潤滑。軋機，工藝和工藝潤滑是保證生產和質量最重要的三個因素。軋機和工藝參數受限因素較多，而工藝潤滑劑作為一個動態的變量，需要設法與軋機和工藝參數相匹配。如何選擇合適的工藝潤滑技術和產品非常重要。面臨挑戰，如下幾個方面需重點考慮

考慮工藝潤滑的作用，潤滑、冷卻、清洗、改善表面質量、承擔載荷等。

考慮軋制重點，熱軋，冷軋重點不同，分別是降低內阻（板帶本身變形抗力）和降低外阻（減少外摩擦對金屬變形的阻力）^[12]。其中熱軋軋輥和軋件表面狀態，軋制溫度，工藝潤滑劑等，冷軋輥徑，張力，潤滑液等需重點考慮。

考慮軋制難點，熱軋包括表面缺陷，高溫軋制，終軋溫度，鋁粉去除等，冷軋包括表面清潔，速度和溫度，壓下率，板型，安全等需重點考慮。

考慮不同合金和工藝，如1xxx合金強度低，壓下率大，易粘鋁，3xxx合金強度不高，溫度高，易產生粗大晶粒，5xxx合金中鎂含量高的板強度高，軋制較困難，鎂含量低的板強度較低^[5]，終軋溫度范圍較寬等，6xxx合金中等強度，對退火性能要求高等也需充分考慮。

考慮軋機、工藝及潤滑的匹配，每個軋機、軋制工藝和工藝潤滑系統都有所不同，合金品種，生產質量，工藝潤滑液的運行狀況，管理和維護條件，需求都有所不同。

2、如何解決應用中面臨的一些問題與挑戰（如下列舉幾個）

如何提高表面清凈性：使用水基和油基產品都有可能出現殘留和退火油斑的問題。例如使用水基產品，水基介質和板面間有一層蒸汽障膜如圖6，，當溫度較低，蒸汽膜無法繼續維持，水基介質會直接潤濕板面，與板帶表面結合力大增，容易帶來殘留，也給吹掃帶來很大困難，這是挑戰之一。

如何提高自凈化和抗污染能力：軋制過程中存在著設備油泄露，氧化變質，鋁粉產生，鋁粉等固體污染，金屬皂基其它污染，水基還有乳化狀態，菌類滋生等情況，也是面臨的挑戰之一。

冷軋水基潤滑液：鋁冷軋油閃點低，有著火危險，安全性不好，若使用水基產品能彌補油基的不足，消除著火危險并提高冷卻能力，但水基冷軋液使用還不廣泛，有一些缺點或風險，如1）表面殘留多，2）微生物滋生風險，3）鋁板變色危險，4）潤滑和冷卻均勻性不如油，5）維護管理難度大，以上風險是水基產品的共同不足之處^[13]及面臨的挑戰。

面對挑戰，好富頓公司充分考慮并了解各方面因素，選擇最適合的工藝潤滑產品（做到量體裁衣），加之良好的服務和解決問題的能力，豐富的產品和應用經驗等，讓用戶達到滿意的生產和質量需要，好富頓眾多用戶是一個很好的說明。

四、小結

1、鋁合金薄板帶對性能等方面有各自的特點，但對表面質量都提出高要求，這也為工藝潤滑技術提出更高要求。

2、目前鋁合金薄板帶軋制工藝潤滑技術主要有水基潤滑技術（乳化液，彌散液，合成液）、油基潤滑技術、油水兩相分施技術等，它們各有特點，據需選擇。

3、好富頓在工藝潤滑領域做了大量的研發和應用工作，其中水基Tandemol技術（Tandemol 6xxx，5xxx系列產品）和油基Cindol技術（Cindol 9xxx系列添加劑產品）及其它配套產品在鋁熱軋和冷軋上都得到廣泛和較好的應用。除了提供好的潤滑，冷卻和清洗性能外，在自凈化、可控性和穩定性、大壓下量、高表面質量、降低消耗等方面都有上佳和獨特的表現。

4、鋁合金薄板帶軋制工藝潤滑技術面臨很多挑戰，如何選擇合適的工藝潤滑技術和產品，如何解決應用中的問題等都非常重要，好富頓通過工藝潤滑技術和產品選擇，應用，過程控制，問題解決，服務等方面做成努力，配合用戶在生產和質量上獲得滿意的結果。

（作者系好富頓（上海）高級工業介質有限公司王建寧）

參考文獻

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4、姚群，王世勤，王懷功，PS版對鋁板基的質量要求，輕合金加工技術，2006，Vol，34, No9

5、馬鳴圖，畢祥玉，游江海，路洪州，鋁合金汽車板性能及其應用的研究進展，機械工程材料，2010,6，Vol 34, No. 6

6、孫愛民，程曉農，汽車面板用鋁合金的研究現狀，輕合金及其加工，輕金屬，2008,9

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12、白星良，有色金屬壓力加工，冶金工業出版社