一種超微細銅絲的生產工藝的製作方法

2023-10-04 17:49:59 2

專利名稱：一種超微細銅絲的生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種超微細銅絲的生產工藝，屬於有色金屬加工技術領域。
背景技術：
超微細銅絲廣泛應用於家用電器、微電子、IT產品中，如微電機、繼電器、小型變壓器、電感、振蕩線圈、音頻線圈等。一般要求超微細銅絲導電率高，單線長度超過5000米以上，由於超微細銅絲在加工過程中容易出現斷線等問題，一般成材率低，目前國內只能生產中低檔產品，線徑較粗，在O. 05mm以上，單線長度在3千米以內。目前製備超微細銅絲的生產工藝主要有以下三種1、連鑄連軋低氧銅杆-軋制-拉拔-退火-拉拔；2、上引無氧銅杆-軋制-拉拔-退火-拉拔；3、連續定向凝固-軋制-拉拔-退火-拉拔。·通過生產實踐發現這三種工藝均存在缺點第一種工藝採用連鑄連
軋低氧銅杆，其銅杆氧含量較高，一般在200ppnT400 ppm ;同時連鑄連軋工藝需通過保溫爐、溜槽、中間包轉運銅液，相對容易造成耐火材料的剝落，熱軋制過程需通過軋輥，造成鐵質的脫落，這會給銅杆帶來外部夾雜。而熱軋中皮上和皮下氧化物的軋入，會給低氧杆的拉絲造成不利的影響。第二種工藝採用上引無氧銅杆為鑄態組織，生產過程中沒有經過熱加工，上引無氧銅杆容易產生氣孔、縮松，而且表面粗糙，在後續的拉絲過程中容易產生斷線。第三種工藝採用定向凝固技術，將柱狀單晶體與後續的塑性加工結合，存在生產效率較低，能耗較大等缺點。發明的內容
本發明的目的在於提供了一種超微細銅絲的生產工藝，使用本發明得到的超微細銅絲直徑為O. 0Γ0. 05mm，單根銅絲長度達到三十萬米以上，銅含量大於99. 99%，氧含量小於5ppm，導電率大於101%IACS，具有工藝流程短、生產效率高、斷線率低等特點。為達到上述目的，本發明的技術方案是
一種超微細銅絲的生產工藝，包括如下步驟1)上引無氧銅杆將電解銅預熱烘乾後置於熔煉裝置中熔化，採用木炭及石墨鱗片覆蓋銅液表面，經在線除氣裝置除氣、脫氧後，用牽引機組離合式真空上引銅杆，然後銅杆進入收線裝置；2)連續擠壓將步驟I)所得的無氧銅杆連續擠壓成銅線，且銅線經真空防氧化管及水槽冷卻、吹乾至20°C 30°C ；3)拉拔將步驟2)所得的銅線採用多道次拉拔，且拉拔過程中採用乳液進行潤滑和冷卻，先大拉至直徑為I 3mm,接著小拉至直徑為O. I O. 5mm,並採用電阻內熱式連續退火,最後微拉至直徑為O. 01 O. 05mm，得到直徑為O. 01 O. 05mm超微細銅絲。所述的步驟I)中電解銅採用高純陰極銅；所述的熔煉裝置中熔煉爐的溫度為1150°C 1160°C，熔煉爐中的銅液採用木炭覆蓋；所述的熔煉裝置中保溫爐的溫度為1140°C 1150°C，採用石墨磷片覆蓋；所述的在線除氣裝置使用的惰性氣體是採用99. 996%的氬氣或99. 996%氮氣中的一種，氣源出口壓力為O. 5MPa，流量為I I. 25Nm3/h,轉子轉速為50 150r/min ;所述的牽引機組的引杆速度為500 1500mm/min,引杆直徑為Φ9· 5mm Φ30mm，冷卻循環出水溫度35°C 50°C。所述的木炭的粒度為30mm 50mm,覆蓋厚度IOOmm 150mm ;所述的石墨磷片的覆蓋厚度30_ 40_。所述的步驟2)中連續擠壓機的轉速為5 20r/min，銅線的擠出速度為5 30m/min，擠壓過程中銅線的溫度為500°C 750°C，擠壓腔內的壓力為1000 1200MPa，經擠壓工序得到的銅線直徑為Φ5πιπι Φ16πιπι。所述的步驟3)中大拉工序中乳液的濃度為6% 8%，溫度為36°C 42V ;小拉工序中乳液的濃度為4% 5%，溫度為32°C 35°C ;微拉工序中乳液的濃度控制在2% 3%，溫度控制在25°C 28°C;所述的小拉工序中退火的電壓為25 V 30V，速度為1500 1800m/min。本發明的有益效果是通過使用本發明提供的一種超微細銅絲的生產工藝，具有 以下優點I.本發明利用過濾除渣、在線除氣脫氧裝置和帶有隔倉結構的上引爐，保證了上引無氧銅杆的高純度、高導電率和低含氧量，同時將有害雜質過濾和除渣後，消除了這些雜質對拉拔過程中產生斷線的影響。2.本發明採用連續擠壓技術，將上引連鑄銅杆經過動態再結晶，使粗大的鑄造組織，轉變為細小均勻、緻密的再結晶組織，晶粒尺寸小於
0.005_ O. 015 _，組織細小緻密具有良好的屈服強度和加工韌性，為後續大加工率變形提供了保證，在生產過程中只採用一次中間退火，降低了能耗和生產成本。3.本發明採用上引無氧銅杆與連續擠壓技術相結合的工藝，充分利用了上引連鑄與連續擠壓技術的優勢，使用本發明得到的超微細銅絲直徑為O. 01 O. 05mm，單根銅絲長度達到三十萬米以上，銅含量大於99. 99%，氧含量小於5ppm，導電率大於101%IACS，具有工藝流程短、生產效率高，斷線率低等特點。
具體實施例方式實施例I
I)上引無氧銅杆以表面無「銅豆」、酸跡等缺陷的高純陰極電解銅切除掛耳為原料，經預熱烘乾後置於熔煉裝置中熔化(熔煉裝置包括熔煉爐、保溫爐，在熔化爐與保溫爐之間設有隔倉，隔倉由依次排列的第一隔倉、第二隔倉、第三隔倉組成，熔化爐、隔倉和保溫爐之間通過流溝相連，流溝高出爐底200_，可促進銅液流動的均勻性，也可以起到除渣的效果)，熔煉爐的溫度為1155°C，熔煉爐中的銅液採用木炭覆蓋，木炭的粒度為40mm，覆蓋厚度為125mm，保證熔煉爐的還原氣氛；通過熔煉爐熔化後的銅液通過流溝流入第一隔倉，再通過流溝流入第二隔倉，在第二隔倉內安裝有在線除氣裝置，通過在線除氣裝置向銅液內充入99. 996%的氬氣，並通過受控的旋轉石墨軸和轉子，將計量的氬氣壓入銅液中並打散成微小氣泡，使其均勻的分散在銅液中，從而達到除氣、脫氧的目的，氣源出口壓力O. 5MPa，流量
1.15Nm3/h，轉子轉速控制在lOOr/min ;銅液經第二隔倉除氣、脫氧後經流溝流入第三隔倉，再經流溝流入保溫爐，保溫爐的溫度為1145°C，採用石墨磷片覆蓋，覆蓋厚度為35mm;用牽引機組離合式真空上引銅杆，牽引機組的引杆速度為1000mm/min，引杆直徑為Φ 16mm，經冷卻循環水冷卻，冷卻循環出水溫度40°C，然後銅杆進入收線裝置，所得無氧銅杆的直徑為Φ16mm。2)連續擠壓採用連續擠壓工藝生產銅線，將步驟I)所得的無氧銅杆經過矯直後，送入壓實輪與擠壓輪之間，擠壓輪槽內的銅杆在摩擦力的作用下被連續送入擠壓腔，在腔體擋料塊前面沿圓周運動，經過摩擦剪切變形區、鐓粗變形區、粘著區、直角彎曲擠壓區等區域，最後進入腔體後，連續擠壓成銅線，連續擠壓機的轉速為15r/min，銅線的擠出速度為20m/min，擠壓過程中銅線的溫度為600°C，擠壓腔內的壓力為IlOOMPa ;且銅線擠出模具後採用真空水冷裝置冷卻，使銅線在高溫擠出後進入真空管冷卻，在整個變形過程中隔斷了與氧的接觸，避免吸氧，保證銅線低氧含量；銅線擠出模具後經過真空防氧化管及水槽冷卻、吹乾至25°C，得到的銅線直徑為Φ8πιπι。3)拉拔將步驟2)所得的無氧銅線採用多道次拉拔，拉拔分為大拉、小拉和微拉等；且拉拔過程中採用乳液進行潤滑和冷卻，先大拉至直徑為I. 2mm，大拉工序中乳液的濃度8%，溫度為38°C ;接著小拉至直徑為O. 2mm,小拉工序中乳液的濃度為5%，溫度為32°C，並採用電阻內熱式連續退火，退火的電壓為26V 28V，速度為1600m/min ;最後微拉至直徑為O. 02mm，微拉工序中乳液的濃度控制在2%，溫度控制在28°C，得到直徑為O. 02mm超微細銅絲。本實施例將在線除氣裝置安裝在第二隔倉內，通過第一隔倉、第二隔倉、第三隔倉 的流溝連通，不僅可保證充分的除氣和脫氧效果，還可以保證保溫爐液面的穩定性。由於銅液中存在非金屬等雜質可能會對產品的純度和性能造成影響，本實施例通過在結晶器前端安裝過濾裝置，可在上引銅杆時有效地起到除渣的效果，從而提高產品的純度。通過本實施例製得的超微細銅絲的直徑為O. 02mm,銅含量大於99. 99%，氧含量小於5ppm，導電率大於101%IACS。通過使用本實施例提供的一種超微細銅絲的生產工藝，具有以下優點I.本實施例利用過濾除渣、在線除氣脫氧裝置和帶有隔倉結構的上引爐，保證了上引無氧銅杆的高純度、高導電率和低含氧量，同時將有害雜質過濾和除渣後，消除了這些雜質對拉拔過程中產生斷線的影響。2.本實施例採用連續擠壓技術，將上引連鑄銅杆經過動態再結晶，使粗大的鑄造組織，轉變為細小均勻、緻密的再結晶組織，晶粒尺寸小於O. 005mm O. 015mm，組織細小緻密具有良好的屈服強度和加工韌性，為後續大加工率變形提供了保證，在生產過程中只採用一次中間退火，降低了能耗和生產成本。3.採用上引無氧銅杆與連續擠壓技術相結合的工藝，充分利用了上引連鑄與連續擠壓技術的優勢，單根銅絲長度達到三十萬米以上，銅含量大於99. 99%，氧含量小於5ppm，導電率大於101%IACS，具有工藝流程短、生產效率高，斷線率低等特點。
實施例2
O上引無氧銅杆以表面無「銅豆」、酸跡等缺陷的高純陰極電解銅切除掛耳為原料，經預熱烘乾後置於熔煉裝置中熔化(熔煉裝置包括熔煉爐、保溫爐，在熔化爐與保溫爐之間設有隔倉，隔倉由依次排列的第一隔倉、第二隔倉、第三隔倉組成，熔化爐、隔倉和保溫爐之間通過流溝相連，流溝高出爐底100_，可促進銅液流動的均勻性，也可以起到除渣的效果)，熔煉爐的溫度為1150°C，熔煉爐中的銅液採用木炭覆蓋，木炭的粒度為30mm，覆蓋厚度為100mm，保證熔煉爐的還原氣氛；通過熔煉爐熔化後的銅液通過流溝流入第一隔倉，再通過流溝流入第二隔倉，在第二隔倉內安裝有在線除氣裝置，通過在線除氣裝置向銅液內充入99. 996%的氮氣，並通過受控的旋轉石墨軸和轉子，將計量的氮氣壓入銅液中並打散成微小氣泡，使其均勻的分散在銅液中，從而達到除氣、脫氧的目的，氣源出口壓力O. 5MPa，流量INmVh，轉子轉速控制在50r/min;銅液經第二隔倉除氣、脫氧後經流溝流入第三隔倉，再經流溝流入保溫爐，保溫爐的溫度為1140°C，採用石墨磷片覆蓋，覆蓋厚度為30mm ;用牽引機組離合式真空上引銅杆，牽引機組的引杆速度為500mm/min，引杆直徑為Φ9. 5mm，經冷卻循環水冷卻，冷卻循環出水溫度35°C，然後銅杆進入收線裝置，所得無氧銅杆的直徑為Φ9. 5 mm。2)連續擠壓採用連續擠壓工藝生產銅線，將步驟I)所得的無氧銅杆經過矯直後，送入壓實輪與擠壓輪之間，擠壓輪槽內的銅杆在摩擦力的作用下被連續送入擠壓腔，在腔體擋料塊前面沿圓周運動，經過摩擦剪切變形區、鐓粗變形區、粘著區、直角彎曲擠壓區等區域，最後進入腔體後，連續擠壓成銅線，連續擠壓機的轉速為5r/min，銅線的擠出速度為5m/min，擠壓過程中銅線的溫度為500°C，擠壓腔內的壓力為IOOOMPa ;且銅線擠出模具後採用真空水冷裝置冷卻，使銅線在高溫擠出後進入真空管冷卻 ，在整個變形過程中隔斷了與氧的接觸，避免吸氧，保證銅線低氧含量；銅線擠出模具後經過真空防氧化管及水槽冷卻、吹乾至20°C，得到的銅線直徑為Φ5πιπι。3)拉拔將步驟2)所得的無氧銅線採用多道次拉拔，拉拔分為大拉、小拉和微拉等；且拉拔過程中採用乳液進行潤滑和冷卻，先大拉至直徑為2mm，大拉工序中乳液的濃度為7%，溫度為36°C ;接著小拉至直徑為O. 1mm，小拉工序中乳液的濃度為4%，溫度為33°C，並採用電阻內熱式連續退火，退火的電壓為25 V 27V，速度為1500m/min ;最後微拉至直徑為O. 01mm，微拉工序中乳液的濃度控制在3%，溫度控制在25°C，得到直徑為O. Olmm超微細銅絲。
本實施例將在線除氣裝置安裝在第二隔倉內，通過第一隔倉、第二隔倉、第三隔倉的流溝連通，不僅可保證充分的除氣和脫氧效果，還可以保證保溫爐液面的穩定性。由於銅液中存在非金屬等雜質可能會對產品的純度和性能造成影響，本實施例通過在結晶器前端安裝過濾裝置，可在上引銅杆時有效地起到除渣的效果，從而提高產品的純度。通過本實施例製得的超微細銅絲的直徑為O. 02mm,銅含量大於99. 99%，氧含量小於5ppm，導電率大於101%IACS。通過使用本實施例提供的一種超微細銅絲的生產工藝，具有以下優點I.本實施例利用過濾除渣、在線除氣脫氧裝置和帶有隔倉結構的上引爐，保證了上引無氧銅杆的高純度、高導電率和低含氧量，同時將有害雜質過濾和除渣後，消除了這些雜質對拉拔過程中產生斷線的影響。2.本實施例採用連續擠壓技術，將上引連鑄銅杆經過動態再結晶，使粗大的鑄造組織，轉變為細小均勻、緻密的再結晶組織，晶粒尺寸小於O. 005mm O. 015mm，組織細小緻密具有良好的屈服強度和加工韌性，為後續大加工率變形提供了保證，在生產過程中只採用一次中間退火，降低了能耗和生產成本。3.採用上引無氧銅杆與連續擠壓技術相結合的工藝，充分利用了上引連鑄與連續擠壓技術的優勢，單根銅絲長度達到三十萬米以上，銅含量大於99. 99%，氧含量小於5ppm，導電率大於101%IACS，具有工藝流程短、生產效率高，斷線率低等特點。
實施例3I)上引無氧銅杆以表面無「銅豆」、酸跡等缺陷的高純陰極電解銅切除掛耳為原料，經預熱烘乾後置於熔煉裝置中熔化(熔煉裝置包括熔煉爐、保溫爐，在熔化爐與保溫爐之間設有隔倉，隔倉由依次排列的第一隔倉、第二隔倉、第三隔倉組成，熔化爐、隔倉和保溫爐之間通過流溝相連，流溝高出爐底400_，可促進銅液流動的均勻性，也可以起到除渣的效果)，熔煉爐的溫度為1160°C，熔煉爐中的銅液採用木炭覆蓋，木炭的粒度為50mm，覆蓋厚度為150mm，保證熔煉爐的還原氣氛；通過熔煉爐熔化後的銅液通過流溝流入第一隔倉，再通過流溝流入第二隔倉，在第二隔倉內安裝有在線除氣裝置，通過在線除氣裝置向銅液內充入99. 996%的氬氣，並通過受控的旋轉石墨軸和轉子，將計量的氬氣壓入銅液中並打散成微小氣泡，使其均勻的分散在銅液中，從而達到除氣、脫氧的目的，氣源出口壓力O. 5MPa，流量I. 25Nm3/h，轉子轉速控制在150r/min ;銅液經第二隔倉除氣、脫氧後經流溝流入第三隔倉，再經流溝流入保溫爐，保溫爐的溫度為1150°C，採用石墨磷片覆蓋，覆蓋厚度為40mm ;用牽引機組離合式真空上引銅杆，牽引機組的引杆速度為1500mm/min，引杆直徑為Φ30πιπι，經冷卻循環水冷卻，冷卻循環出水溫度50°C，然後銅杆進入收線裝置，所得無氧銅杆的直徑為Φ30ι πι。2)連續擠壓採用連續擠壓工藝生產銅線，將步驟I)所得的無氧銅杆經過矯直·後，送入壓實輪與擠壓輪之間，擠壓輪槽內的銅杆在摩擦力的作用下被連續送入擠壓腔，在腔體擋料塊前面沿圓周運動，經過摩擦剪切變形區、鐓粗變形區、粘著區、直角彎曲擠壓區等區域，最後進入腔體後，連續擠壓成銅線，連續擠壓機的轉速為20r/min，銅線的擠出速度為30m/min，擠壓過程中銅線的溫度為750°C，擠壓腔內的壓力為1200MPa ;且銅線擠出模具後採用真空水冷裝置冷卻，使銅線在高溫擠出後進入真空管冷卻，在整個變形過程中隔斷了與氧的接觸，避免吸氧，保證銅線低氧含量；銅線擠出模具後經過真空防氧化管及水槽冷卻、吹乾至30°C，得到的銅線直徑為Φ16πιπι。3)拉拔將步驟2)所得的無氧銅線採用多道次拉拔，拉拔分為大拉、小拉和微拉等；且拉拔過程中採用乳液進行潤滑和冷卻，先大拉至直徑為3mm，大拉工序中乳液的濃度為6%，溫度為42°C ;接著小拉至直徑為O. 5mm,小拉工序中乳液的濃度為5%，溫度為35°C，並採用電阻內熱式連續退火，退火的電壓為28 V 30V，速度為1800m/min ;最後微拉至直徑為O. 05_，微拉工序中乳液的濃度控制在3%，溫度控制在27°C，得到直徑為O. 05mm超微細銅絲。本實施例將在線除氣裝置安裝在第二隔倉內，通過第一隔倉、第二隔倉、第三隔倉的流溝連通，不僅可保證充分的除氣和脫氧效果，還可以保證保溫爐液面的穩定性。由於銅液中存在非金屬等雜質可能會對產品的純度和性能造成影響，本實施例通過在結晶器前端安裝過濾裝置，可在上引銅杆時有效地起到除渣的效果，從而提高產品的純度。通過本實施例製得的超微細銅絲的直徑為O. 02mm,銅含量大於99. 99%，氧含量小於5ppm，導電率大於101%IACS。通過使用本實施例提供的一種超微細銅絲的生產工藝，具有以下優點I.本實施例利用過濾除渣、在線除氣脫氧裝置和帶有隔倉結構的上引爐，保證了上引無氧銅杆的高純度、高導電率和低含氧量，同時將有害雜質過濾和除渣後，消除了這些雜質對拉拔過程中產生斷線的影響。2.本實施例採用連續擠壓技術，將上引連鑄銅杆經過動態再結晶，使粗大的鑄造組織，轉變為細小均勻、緻密的再結晶組織，晶粒尺寸小於O. 005mm O. 015mm，組織細小緻密具有良好的屈服強度和加工韌性，為後續大加工率變形提供了保證，在生產過程中只採用一次中間退火，降低了能耗和生產成本。3.採用上引無氧銅杆與連續擠壓技術相結合的工藝，充分利用了上引連鑄與連續擠壓技術的優勢，單根銅絲長度達到 三十萬米以上，銅含量大於99. 99%，氧含量小於5ppm，導電率大於101%IACS，具有工藝流程短、生產效率高，斷線率低等特點。
權利要求
1.一種超微細銅絲的生產工藝，其特徵在於包括如下步驟1)上引無氧銅杆將電解銅預熱烘乾後置於熔煉裝置中熔化，採用木炭及石墨鱗片覆蓋銅液表面，經在線除氣裝置除氣、脫氧後，用牽引機組離合式真空上引銅杆，然後銅杆進入收線裝置；2)連續擠壓將步驟I)所得的無氧銅杆連續擠壓成銅線，且銅線經真空防氧化管及水槽冷卻、吹乾至20°C 30°C ；3)拉拔將步驟2)所得的銅線採用多道次拉拔，且拉拔過程中採用乳液進行潤滑和冷卻，先大拉至直徑為I 3mm,接著小拉至直徑為O. I O. 5mm,並採用電阻內熱式連續退火，最後微拉至直徑為O. Ol O. 05mm,得到直徑為O. 01 O. 05mm超微細銅絲。
2.根據權利要求I所述的一種超微細銅絲的生產工藝，其特徵在於所述的步驟I)中電解銅採用高純陰極銅；所述的熔煉裝置中熔煉爐的溫度為1150°C 1160°C，熔煉爐中的銅液採用木炭覆蓋；所述的熔煉裝置中保溫爐的溫度為1140°C 1150°C，採用石墨磷片覆蓋；所述的在線除氣裝置使用的惰性氣體是採用99. 996%的氬氣或99. 996%氮氣中的一種，氣源出口壓力為O. 5MPa，流量為I I. 25Nm3/h，轉子轉速為50 150r/min ;所述的牽引機組的引杆速度為500 1500mm/min,引杆直徑為Φ9. 5mm Φ30mm,冷卻循環出水溫度35 50°C。
3.根據權利要求2所述的一種超微細銅絲的生產工藝，其特徵在於所述的木炭的粒度為30mm 50mm,覆蓋厚度IOOmm 150mm ;所述的石墨磷片的覆蓋厚度30mm 40mm。
4.根據權利要求I所述的一種超微細銅絲的生產工藝，其特徵在於所述的步驟2)中連續擠壓機的轉速為5 20r/min，銅線的擠出速度為5 30m/min，擠壓過程中銅線的溫度為500°C 750°C，擠壓腔內的壓力為1000 1200MPa，經擠壓工序得到的銅線直徑為①5mm ①l&nrn。
5.根據權利要求I所述的一種超微細銅絲的生產工藝，其特徵在於所述的步驟3)中大拉工序中乳液的濃度為6% 8%，溫度為36°C 42°C ;小拉工序中乳液的濃度為4% 5%，溫度為32°C 35°C ;微拉工序中乳液的濃度控制在2% 3%，溫度控制在25°C 28°C ;所述的小拉工序中退火的電壓為25 V 30V，速度為1500 1800m/min。
全文摘要
本發明公開了一種超微細銅絲的生產工藝，包括如下步驟1)上引無氧銅杆將電解銅預熱烘乾後置於熔煉裝置中熔化，採用木炭及石墨鱗片覆蓋銅液表面，經在線除氣、脫氧後，用牽引機組離合式真空上引銅杆，然後銅杆進入收線裝置；2)連續擠壓將無氧銅杆連續擠壓成銅線，且銅線經真空防氧化管及水槽冷卻、吹乾；3)拉拔將銅線採用多道次拉拔，且拉拔過程中採用乳液進行潤滑和冷卻，先大拉至直徑為1～3mm，接著小拉至直徑為0.1～0.5mm，並採用電阻內熱式連續退火，最後微拉至直徑為0.01～0.05mm的超微細銅絲。本發明具有工藝流程短、生產效率高，斷線率低等特點。
文檔編號B21C37/04GK102886390SQ201210411819
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月25日 優先權日2012年10月25日
發明者徐高磊 申請人:徐高磊