Алюминиевая фольга: технология

Толщина алюминиевой фольги

Алюминиевая фольга – это один из видов плоского алюминиевого проката. Толщина алюминиевой фольги составляет от 5 до 150 микрометров (от 0,005 до 0,15 миллиметров). Плоский алюминиевый прокат толщиной свыше 0,15 мм – это уже ленты, листы и плиты.

Как делают алюминиевую фольгу

Алюминиевую фольгу делают в четыре основных этапа:

• горячая прокатка алюминиевой ленты;
• холодная прокатка алюминиевой ленты;
• холодная прокатка фольги;
• резка и перемотка фольги в рулоны для потребителей.

Горячая прокатка алюминиевой полосы из слябов

Обычная технология производства плоского алюминиевого проката – листов, полос и фольги – начинается с отливки расплавленного алюминия в большие алюминиевые прямоугольные слитки в форме трапеции – алюминиевые слябы – весом от 10 до 25 тонн и длиной до 10 м. Это происходит в специальных вертикальных литейных машинах полунепрерывного действия.

Слябы подвергают предварительному отжигу при температуре 350-450 ºС и затем подвергают горячей прокатке на ленты в прокатных станах – одноклетевых или тандемных – на полосы толщину от 6 до 2,5 мм и сматывают в рулоны при температуре около 300 ºС (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема технологии производства алюминиевой ленты из слябов

Непрерывная разливка и прокатка алюминиевой ленты

Более экономичным по затратам энергии является технология прямой непрерывной разливки расплавленного алюминия в ленту толщиной от 12 до 20 мм и непрерывной горячей прокатке на тандемном прокатном стане. Однако применение этого процесса ограничено небольшим количеством алюминиевых сплавов, которые не подвержены сегрегации легирующих элементов при быстром охлаждении, которое возникает при непрерывной разливке. К таким сплавам в первую очередь относятся все марки нелегированного алюминия.

Третьим – самым экономичным – способом является разливка ленты толщиной полосы на выходе от 6 до 3 мм прямо из алюминиевого расплава между двумя валками двухвалковых литейных агрегатов (рисунок 2). Недостаток этого способа – довольно малая производительность.

Рисунок 2 – Двухвалковый литейный агрегат
для производства алюминиевой полосы.

Этот метод литья также годится только для чистого алюминия или алюминиевых сплавов с низким содержанием легирующих элементов.

Все три этих способа производства горячекатаной алюминиевой полосы имеют свои преимущества и недостатки по отношению к качеству материала полос, производительности, расхода энергии и потребности в рабочей силе. Поэтому объемы инвестиций и расходы на обслуживание оборудования являются ключевыми факторами при выборе оптимального решения для каждого конкретного производителя.

Холодная прокатка алюминиевой ленты

После окончания этапа горячей прокатки начинается этап холодной прокатки ленты.

Процесс холодной прокатки алюминиевых лент может выполняться на различных типах прокатных станов. Для малых рулонов весом до 5 тонн часто применяют одноклетевые реверсивные прокатные станы (рисунок 3).

Рисунок 3 – Реверсивный стан для прокатки алюминиевой ленты

Для работы с рулонами весом от 10 до 15 тонн обычно применяют нереверсивные одиночные прокатные клети (рисунок 4).

Рисунок 4 – Нереверсивный стан для прокатки алюминиевой ленты

 

Для больших рулонов – свыше 25 тонн – и при больших объемах производства применяют многоклетевые тандемные прокатные станы (рисунок 5).

Рисунок 5 – Тандемный стан для прокатки алюминиевой ленты

Хотя прокатка полос на этом этапе и называется «холодной», в ходе каждого прохода лента нагревается примерно до 100 ºС. Поэтому требуется подавать на ролики большое количество охлаждающей водо-масляной эмульсии, чтобы поддерживать термическое равновесие процесса. После каждых трех или четырех проходов рулоны охлаждают до комнатной температуры в течение нескольких часов.

Деформационное упрочнение материала

В ходе каждого прохода через прокатный стан материал алюминиевой ленты подвергается значительной пластической деформации и поэтому получает деформационное упрочнение – наклеп, который также называют нагартовкой. В технологический процесс холодной прокатки включают один или два отжига для рекристаллизации зеренной структуры материала ленты. Степень влияния холодной прокатки на зеренную структуры материала зависит от химического состава применяемой марки алюминия или алюминиевого сплава.

Прокатка тонкой алюминиевой ленты

Заключительной прокатной операцией почти для всех видов плоского алюминиевого проката является обработка на нереверсивных одноклетевых прокатных станах. На этом этапе получают тонкую ленту, которая идет не только на дальнейшее изготовление фольги, но и, в частности, на изготовление алюминиевых банок для напитков, в том числе, алюминиевых пивных банок. Эта тонкая лентв требует жестких допусков по толщине и плоскостности. Кроме пивных банок из тонкой алюминиевой ленты изготавливают также литографические пластины, которые, требуют повышенного качества ее поверхности.

Прокатка алюминиевой фольги

Технологии прокатки алюминиевой фольги требует особой точности выставления зазоров между валками и параметров натяжения фольги. Все прокатные станы для производства фольги снабжены специальными приспособлениями, чтобы обеспечивать жесткие требования по ее качеству.

На последнем проходе фольгу прокатывают в два слоя. Для этого на предпоследнем проходе ее складывают вдвое, а после последнего прохода опять разделяют и сматывают в две отдельных бухты. Именно поэтому у готовой фольги одна сторона, наружная при прокатке, блестящая, а другая, внутренняя -матовая.

Резка и перемотка алюминиевой фольги

Последний этап производства фольги – резка широких и больших рулонов фольги с перемоткой их в рулоны различных размеров и объемов – таких, которые нужны промышленным переработчикам или конечным потребителям.

Сплавы для алюминиевой фольги

Основными сплавами для производства алюминиевой фольги являются:

• марки технического алюминия: 1100, 1145, 1050, 1235;
• малолегированные сплавы серии Al-Mn: 3003 и 3102;
• сплавы Al-Si-Fe с повышенным содержанием железа: 8006, 8011, 8011А, 8111, 8079.

Похоже, единственным алюминиевым сплавом серии 7ххх, из которого изготавливают фольгу является сплав 7072. В этом сплаве номинальное содержание цинка составляет всего 1,0 % при содержании меди не более 0,10 %. Эту фольгу применяют для изготовления автомобильных радиаторов. Ребра из сплава 7072 устанавливаются на трубке, например, из сплава 3003, по которой проходит охлаждающая жидкость, и обеспечивают ей катодную защиту от коррозии.

Железо в алюминиевой фольге

Тонкая алюминиевая фольга (6 мкм) является самым легким «абсолютным барьером» для упаковки жидких продуктов, когда ее устанавливают на бумажной или пластиковой основе. В самом начале коммерческого применения фольги она была из чистого первичного алюминия Al 99,5 (1050), который поступал непосредственно с электролиза алюминия, а также из марки технического алюминия 1200 с несколько более высоким содержанием железа. Фольговые сплавы с высоким содержанием железа серии 8ххх были введены для повышения прочности фольги в готовых изделиях.

Традиционные фольговые алюминиевые «сплавы» – марки алюминия 1050 и 1200 содержат железо и кремний, которые являются для них основными примесями в количестве от 0,1 до 0,4 %. Эти марки технического алюминия имеют относительно низкий уровень прочностных свойств по сравнению с другими термически неупрочняемыми алюминиевыми сплавами, например, легированными магнием и марганцем. Только 0,05 % железа может раствориться в алюминии вблизи температуры плавления и намного меньше – в твердом растворе при комнатной температуре. Влияние железа основано на следующем [2]:

• взаимодействие с дислокациями, что дает повышение прочностных свойств;
• подавление роста зерна и создание центров рекристаллизации.

На рисунке 6 показано упрочняющее влияние железа на прочностные свойства , а также значительное повышение формуемости (относительного удлинения). На рисунке 7 показана зеренная структура после окончательного отжига сплавов с различным содержанием железа.

Рисунок 6 – Влияние содержания железа в отожженном техническом алюминии
на его прочностные свойства и относительное удлинение [2]
(фольга 50 мкм, отжиг в бухте при 350 ºС)

Рисунок 7 – Влияние содержания железа в отожженном техническом алюминии
на размер рекристаллизованного зерна [2]

При увеличении содержания железа происходит измельчение зерна, что объясняет благоприятное влияние железа на способность фольги к формовке. Высокое содержание железа в фольге несколько осложняет ее последующую переплавку – рециклинг. Повышенное содержание железа в алюминиевой фольге может быть причиной загрязнения железо другие алюминиевые сплавы, в которых его содержание ограничено.

Источники:

1. Материалы компании Аchenbach (Германия)
2. Aluminium Alloys: The Physical and Mechanical Properties /ed. Jürgen Hirsch, Birgit Skrotzki, Günter Gottstein – 2002