CN113634598A - 提高铝箔表面自由能的铝加工用油及铝制品的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高铝箔表面自由能的铝加工用油及铝制品的制备方法，涉及金属材料加工方法技术领域。一种提高铝制品表面自由能的铝加工用油，所述铝加工用油的水含量为200～350PPmg。通过将铝加工用油中水含量控制在200～350PPmg范围内，从而对铝制品表面的微颗粒产生明显的吸附作用，将铝粉微颗粒及铁粉微颗粒从铝制品表面带走，减小了油膜层厚度，从而提高铝制品的表面自由能，铝制品的表面自由能最高能达到41mN/m，可满足需要对表面涂覆其他材料介质的使用情景，如要求苛刻的锂电池用集电体铝制品的涂布过程。

Description

提高铝箔表面自由能的铝加工用油及铝制品的制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料加工方法技术领域，更具体地，涉及一种提高铝箔表面自由能的铝加工用油及铝制品的制备方法。
背景技术
铝加工用油是铝制品轧制过程中起润滑作用以保证铝制品轧制的顺利进行，经过轧制后的铝制品表面残留有油膜，油膜的存在导致了铝制品的表面自由能降低，使得铝制品经过铝制品轧制后的表面自由能≤30mN/m，导致降低了铝制品对液体的吸附能力，从而影响到了铝制品的应用范围，对于需要直接将材料涂覆在铝制品表面进行使用的领域就会受限，例如要求苛刻的锂电池用集电体铝制品的涂布过程。
为了提高铝制品的表面自由能，锂电池行业的通常做法是通过退火方式去除铝制品表面的油膜，从而改善铝制品对液体的吸附能力。但是采用退火方式会使铝制品的强度明显降低，强度降低后会导致铝制品在拉伸过程中宽度产生缩减，铝制品板形发生变化，无法达到集电体用铝制品苛刻的使用要求。
CN107099702A的发明公开了一种8021A合金锂离子电池用铝制品轧制工艺，该轧制工艺在铝制品的冷轧步骤和铝制品轧制步骤中，水分均小于200PPm，单张和成品道次中，水分小于200PPm。虽然该发明也涉及铝加工用油中水含量的控制，但是主要用于提高油膜强度。但是针对铝制品表面自由能低的问题，该发明的轧制油无法解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有铝制品在传统铝加工用油的影响下导致油膜层厚度偏高，从而导致的铝制品表面自由能低的缺陷和不足，提供一种铝加工用油，通过提高铝加工用油的水含量，利用一定含量的水对铝制品表面的颗粒物产生吸附作用，从而将铝制品表面的颗粒物带走，降低了油膜层厚度，从而提高铝制品的表面自由能。
本发明的另一目的在于提供一种铝加工用油在铝制品制备中的应用。
本发明的另一目的在于提供一种铝制品的制备方法。
本发明的又一目的在于提供一种铝制品。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种铝加工用油，所述铝加工用油的水含量为200～350PPm。
其中，需要说明的是：本发明的铝制品原料的化学成分满足国家标准中1XXX系、3XXX系及8XXXX系铝合金任一型号的成分范围，例如1235、1070、3003、8021、8079、1060等型号。
材料的表面自由能是物体表面分子间作用力的体现，传统的铝加工用油在铝制品表面形成的油膜层，相当于在铝制品与气态或其他液态物质之间产生间隔，降低了铝制品对液体的吸附能力。同时，在铝制品的轧制过程中，铝制品表面会产生大量的铝粉微颗粒及铁粉微颗粒，这些微颗粒与油膜一起附着在铝制品的表面，增大了油膜层的厚度，进而降低了铝制品的表面自由能。
铝制品行业生产中，一般要求水含量越低越好，保证铝制品轧制过程中的润滑效果，以及保证铝制品与工作辊之间的润滑稳定性，降低铝制品的轧制难度，但是本发明通过将铝加工用油中的水含量控制在200～350PPm范围内，水含量的要求较传统铝加工用油的水含量增大，利用水的极性远比油的极性高及水的表面张力远大于油的表面张力的特性，对铝制品表面的微颗粒产生明显的吸附作用，将铝粉微颗粒及铁粉微颗粒从铝制品表面带走，减小了油膜层厚度，从而提高铝制品的表面自由能，提高了铝制品对液体的吸附能力。且当铝加工用油的水含量低于200PPm时，反而导致铝制品的表面自由能偏低，降低铝制品对液体的吸附能力。当铝加工用油中的水含量高于350PPm时，将导致铝制品的轧制过程中的润滑性不足，增加了铝制品的轧制难度，从而增加铝制品生产过程中的能耗。
优选地，所述铝加工用油的水含量为250～300PPm。
优选地，铝加工用油中的水以雾化的方式加入。
由于油与水的相容性极低，直接将水大量添加到铝加工用油中难以实现水含量的控制及均匀分布在铝加工用油中的效果，本发明通过首先对水进行雾化处理，雾化后的水液体尺寸细小均匀，然后均匀分布喷洒于铝加工用油中，雾化后的水就会均匀的进入油中，从而避免了直接将水加入铝加工用油中造成的油水分层问题。
本发明提供一种上述铝加工用油在铝制品制备中的应用。
本发明同时还具体保护一种铝制品的制备方法，采用铝加工用油进行轧制。
其中，需要说明的是，铝制品轧制的工艺是：
1、将原铝熔炼成铝液；
2、将第1步熔炼后的铝液冷却凝固后制成板坯或铝液通过铸轧的方式做成5.0～7.5mm厚度的铸轧坯料；
3、将第2步的板坯或铸轧坯料进行再次轧制减薄为铝制品毛料；
4、最后将铝制品毛料轧制为目标厚度的铝制品。
其中需要说明的是，本发明的铝制品毛料厚度控制在0.2～0.3mm，从而便于控制铝制品的最终厚度。
在铝制品的轧制过程中，均与铝制品产生接触的是第3步和第4步中箔轧机的工作辊及用于润滑作用的铝加工用油，根据不同铝合金箔的变形能力以及不同的压延道次使得铝制品减薄至目标厚度。本发明制得的铝制品最终厚度在0.010～0.025mm范围内。
优选地，铝制品最终成品道次的工作辊的磨削粗糙度Rz为0.26μm～0.53μm，Ry为0.30μm～0.58μm。
通过选择磨削粗糙度Rz为0.26μm～0.40μm、Ry为0.30μm～0.45μm的工作辊，减小了工作辊的表面粗糙度，从而减小了工作辊与铝制品之间的摩擦力，起到减少铝制品在轧制过程中产生铝粉微颗粒及铁粉微颗粒的作用，从而减小油膜层的厚度，进而提高铝制品表面自由能。
优选地，铝制品最终成品道次的工作辊的磨削粗糙度Rz为0.30μm～0.36μm，Ry为0.36μm～0.42μm。
优选地，铝制品最终成品道次的压下量控制在18％～35％。
压下量指铝制品轧制前的厚度与箔轧制后的厚度之差。压下量影响铝制品成品的光亮度和平整度，通过控制铝制品最终成品道次轧制时压下量为20％～35％，有利于提高铝制品表面的光亮度和平整度，从而起到提高铝制品表面自由能的作用。
优选地，铝制品最终成品道次的压下量控制在22％～24％。
优选地，铝制品最终成品前一个道次的压下量控制在48％～52％。
通过将铝制品最终成品前一个道次的相对压下量控制在48％～52％，有利于最终成品道次压下量的实现，有利于最终成品道次的所有轧制参数的合理实施，从而起到有利于提高铝制品表面表面自由能的效果。
本发明提供一种铝制品，由上述铝制品的制备方法制备而得。
优选地，所述铝制品表面的油膜层厚度为≤140nm。
油膜层的厚度越厚，油膜层中附着的微细颗粒物越多，而由于固体与液体之间的表面界面不同，油膜层中的固体微细颗粒过多将导致油膜液体有更大的界面能，从而有更大的收缩倾向，进而导致铝制品表面的自由能的降低。因此，油膜层中的细微固体颗粒物越少，铝制品的表面自由能就越高，通过将铝制品表面的油膜层厚度控制在≤140nm的范围内，可以有效减少铝制品表层油膜中的固体细微颗粒物，达到提高铝制品表面自由能的目的。
优选地，所述铝制品表面的油膜层厚度为70～120nm。
优选地，所述铝制品表面的油膜层厚度为70～90nm。
与现有技术相比，本发明包括以下有益技术效果：
1.通过将铝加工用油中的水含量控制在200～350PPm范围内，利用水的极性远比油的极性高及水的表面张力远大于油的表面张力的特性，对铝制品表面的微颗粒产生明显的吸附作用，将铝粉微颗粒及铁粉微颗粒从铝制品表面带走，减小了油膜层厚度，从而提高铝制品的表面自由能，提高了铝制品对液体的吸附能力。
2.进一步通过雾化的方式以使水分更均匀的分布于铝加工用油中以控制铝加工用油中的水含量，避免了直接将水加入铝加工用油中造成的油水分层问题，有利于铝加工用油中的水含量高效发挥提高铝制品表面自由能的效果。
3.通过本发明的铝制品制备方法，铝制品在不经过退火的情况下，通过控制铝制品最终成品道次的工作辊的磨削粗糙度、铝制品最终成品道次轧制时的压下量和油膜层厚度，有效减少了铝制品表层油膜中的固体细微颗粒物，最终达到提高铝制品表面自由能的目的，最高能达到41mN/m，从而提高铝制品表面的吸附性，可满足需要对表面涂覆其他材料介质的使用情景，如要求苛刻的锂电池用集电体铝制品的涂布过程。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
对以下实施例的铝加工用油原料进行如下说明：铝加工用油中酯的质量百分含量为3.1％、醇的质量百分含量5.5％％，酸值0.10mgKOH/g，基础油的闪点为80℃。
铝制品表面自由能测量方法具体包括以下步骤：
(1)准备好27～45号达因液；
(2)取铝制品3～5层；确保中间层不打开，平铺在检测位置；
(3)先打开上层，打开铝制品后，等待约10s左右的时间，然后在中间层上用棉花沾上达因液后沿箔面横向画线；
(4)2s内达因液的线不凝成水珠，则使用达因值更高的达因液在铝制品上画线；直到2S内达因液画的线凝成水珠，则上一次画线的达因液对应的达因值为该铝制品的达因值，由达因值衡量铝制品的表面自由能。
油膜厚度测量方法具体包括以下步骤：
(1)铝制品的取样面积为100mm2作为待测样品；
(2)用电子天秤在30s内完成待测样品的称重，得到G1；
(3)将称重完成的铝制品迅速放入烘干炉中进行烘干，烘干时间为20min，烘干温度为80～100℃；
(4)将烘干后的铝制品再次用电子天秤进行称重，得到G2；
(5)油膜的厚度＝(G1-G2)/(100mm2*铝加工用油密度)，铝加工用油密度为0.792g/mL。
实施例1
一种铝制品的制备方法，铝制品轧制过程中使用铝加工用油，铝加工用油的水含量为300PPm。
铝加工用油中的水以雾化的方式加入。
铝制品最终成品道次的工作辊的磨削粗糙度Rz为0.33μm，Ry为0.42μm。
铝制品最终成品前一个道次的相对压下量控制在51％，铝制品最终成品道次(成品道次指的是铝制品从某一厚度经过箔轧机轧至最终铝制品目标厚度的生产道次)压下量控制在22％。
铝制品为国家标准中的1235。
通过使用上述铝加工用油以及铝制品的制备方法得到的铝制品，铝制品表面的油膜层厚度为70nm。
本实施例制得的铝制品表面自由能为41mN/m。
实施例2～7
实施例2～7和实施例1的不同之处在于，铝加工用油的水含量不同。具体数值参见表1。
表1实施例1～7中铝加工用油水含量汇总
Figure BDA0003138923810000061
实施例8～22
实施例8～22和实施例1的不同之处在于，成品前一道次压下量和最终成品道次压下量不同、铝制品最终成品道次的工作辊的磨削粗糙度以及油膜层厚度不同。具体数值参见表2。
表2实施例8～22中道次压下量、工作辊磨削粗糙度和油膜层厚度汇总
Figure BDA0003138923810000062
Figure BDA0003138923810000071
对比例1～3
对比例1～3和实施例1的不同之处在于，铝加工用油的水含量不同。具体数值参见表3。
表3对比例1～3中铝加工用油水含量汇总
Figure BDA0003138923810000072
结合对比例1～3以及结合表3可知，铝加工用油中的水含量偏低或偏高，均导致铝制品表面自由能偏低。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高铝制品表面自由能的铝加工用油，其特征在于：所述铝加工用油的水含量为200～350PPm。
2.根据权利要求1所述铝加工用油，其特征在于：所述铝加工用油的水含量为250～300PPm。
3.一种权利要求1～2任一项所述铝加工用油在铝制品制备中的应用。
4.一种铝制品的制备方法，其特征在于：采用权利要求1～2任一项所述的铝加工用油进行轧制。
5.根据权利要求4所述铝制品的制备方法，其特征在于：铝制品最终成品道次的工作辊的磨削粗糙度Rz为0.26μm～0.53μm，Ry为0.30μm～0.58μm。
6.根据权利要求5所述铝制品的制备方法，其特征在于：铝制品最终成品道次的工作辊的磨削粗糙度Rz为0.30μm～0.36μm，Ry为0.36μm～0.42μm。
7.根据权利要求4所述铝制品的制备方法，其特征在于：铝制品最终成品道次的压下量控制在18％～35％。
8.一种铝制品，由权利要求4～7任一项所述铝制品的制备方法制备得到。
9.根据权利要求8所述铝制品，其特征在于：所述铝制品表面的油膜层厚度为≤140nm。
10.根据权利要求9所述铝制品，其特征在于：所述铝制品表面的油膜层厚度为70～120nm。
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