CN101862751A - 钨铜合金薄板的冷轧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钨铜合金薄板的冷轧方法。该方法包括如下步骤：将0.4mm～2.0mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到0.1mm～1.5mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.01mm～0.2mm；轧制压力为0.1MPa～100MPa；轧制速度为0.01m/s～0.1m/s。该方法能显著提高钨铜合金的冷加工塑性、连续生产周期短、能耗低、生产效率高、设备投资小、占用场地小，适用于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种钨铜合金薄板的冷轧方法。
背景技术
钨铜合金材料既具有钨的高强度、高硬度、低膨胀系数等特性，同时又具有铜的高塑性、良好的导电和导热性等特性，在大规模集成电路和大功率微波器件中，钨铜合金材料作为基片、嵌块、连接件和散热元件得到迅速发展。但是，钨铜合金在作为电子封装材料使用时，密度需大于98％理论密度，才能保证高的导热性，因此提高钨铜合金的致密度是保证钨铜合金材料性能的关键。
现有的钨铜合金材料加工的主要技术包括以下几种：
(1)热煅+冷锻处理法；该方法利用锻压机械对钨铜合金坯料施加压力，加工温度高于铜的再结晶温度使其产生塑性变形以获得高密度合金材料，然后按照产品要求再经过常温锻压得到所需规格材料。
(2)热压+复压精整处理法；该方法在钨铜合金烧结同时施加单向压力，得到相对密度较高的合金，之后为达到所需尺寸，再对烧结合金材料进行复压。
(3)热轧+复压精整处理法；该方法通过在高于铜的再结晶温度时，对钨铜烧结合金在热轧机上进行轧制来提高合金的密度，然后再根据要求尺寸对钨铜合金进行复压。
然而，仔细分析上述处理方法技术可知，现有钨铜合金的加工处理方法均存在一系列问题，首先涉及的问题就是生产周期过长，一般有2～3道生产工序，以生产厚度为1mm以下的钨铜合金薄板为例，其生产周期至少在2～5天以上；二是能耗高：热锻、热轧、退火等工序须采用大功率的高温加热炉，能耗较高；并且现有技术方法的成品率低，在高温加工时极易产生开裂报废，以生产1mm厚度的钨铜合金薄板为例，其综合成品率仅约50％；另外，现有技术方法的使用设备投资大，种类和数量较多，而且多数为大功率和大吨位的加工设备，需要较大的加工场地。
分析上述现有各技术方法存在以上诸多缺陷的主要原因在于钨铜合金材料的塑性较低，当对其热加工变形时，由于钨铜两相的强度、硬度、塑性和热膨胀系数差异较大，热加工时易产生塑性变形不协调，并产生界面开裂；而与此同时，当对其冷加工变形时，首先钨铜合金表面受力产生加工硬化，随着表面强度的提高带动内部受力从而提高其密度，但当表面受力增大到其极限应力时合金材料会产生界面开裂；另外一点还在于，当钨铜合金用作电子封装材料时，钨铜合金材料的厚度较薄，而现有烧结所得合金板坯一般较厚，在制备板坯的烧结过程中其坯料内部杂质元素难以通过挥发和氢气还原彻底去除，导致其塑性较差，而且较厚的板坯需要多次热加工工序来达到所需厚度，这样也使得板坯在加工过程中易产生加工硬化并导致材料开裂。
因此，如何采用适当的方法使钨铜合金避开热加工工序，并且能够直接通过冷加工得到所需厚度是克服现有技术缺陷的关键，也是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术中钨铜合金薄板生产周期过长、能耗高、成品率低、在高温加工时极易产生开裂报废，并且设备投资大，种类和数量较多，多数为大功率和大吨位的加工设备，需要较大的加工场地等缺陷。提供了一种钨铜合金薄板的冷轧方法。该方法能显著提高钨铜合金的冷加工塑性、连续生产周期短、能耗低、生产效率高、设备投资小、占用场地小，适用于大规模工业化生产。
本发明的钨铜合金薄板的冷轧方法，其包括如下步骤：将0.4mm～2.0mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到0.1mm～1.5mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.01mm～0.2mm；轧制压力为0.1MPa～100MPa；轧制速度为0.01m/s～0.1m/s。
本发明中，所述的多道次没有特别的限定，本领域技术人员应该知道并可以根据钨铜合金薄板的目标厚度、以及实际选用的具体工艺参数等条件按照本领域常规方式确定轧制的具体道次，轧制道次一般为几到几十道次，在某些极端条件下，可能会达到上百道次，实现本发明的最终目的。
本发明中，所述的多道次冷轧加工使用的设备为本领域常规设备，一般为板材轧机。
本发明中，所述的0.4mm～2.0mm厚度的钨铜合金薄板，由下述方法制得：在氢气保护气氛中，将0.4mm～2.0mm厚度的钨铜合金生板坯进行连续推舟液相烧结即可；其中，所述的连续推舟液相烧结的条件中推舟速度为0.15cm/min～0.5cm/min；烧结温度为1250℃～1550℃；保温时间为1～4小时。
本发明中，所述的0.4mm～2.0mm厚度的钨铜合金生板坯可按照本领域常规方法制备，一般为模压或冷等静压等方法，也市售可得。本发明中对于0.4mm～2.0mm厚度的选择，是发明人经过大量实验研究发现，在此特别选择的范围内，将该合金生板坯用于制备钨铜合金薄板，配合烧结方法的其他条件，非常有利于烧结时铜相的扩散和气孔的排出，并且直接简化烧结方法的后续加工程序。其中，所述的钨铜合金生板坯中金属钨和金属铜的含量为本领域常规钨铜合金材料中各成分的含量，一般钨含量为50wt％～90wt％；铜含量为10wt％～50wt％。
本发明中，所述的氢气保护气氛在本发明的烧结方法中，氢气能够还原被氧化的钨和铜，使钨铜两相的比表面能增大，进一步有利于钨铜两相的结合。
本发明中，所述的连续推舟液相烧结为本领域常规操作，一般是将合金坯料在高温炉中进行连续推舟液相烧结，具体至本发明，结合本发明特别优选的具体条件，连续推舟液相烧结能使钨铜合金板坯中的铜相自前至后熔化，先熔化的铜相可以充分渗透钨骨架，使气孔更有利排出，进一步提高烧结产品致密度。
其中，所述的连续推舟液相烧结的烧结温度为1250℃～1550℃，当钨铜合金生板坯在此温度范围内进行高温液相烧结时，该优选的温度特别有利于减小钨铜两相的润湿角，使钨铜两相分布均匀，且提高烧结致密度。
本发明的钨铜合金薄板的烧结方法一较佳实例，其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将0.8mm～1.1mm厚度的钨铜合金生板坯进行连续推舟液相烧结即可；其中，所述的连续推舟液相烧结的条件中推舟速度为0.2cm/min～0.45cm/min；烧结温度为1350℃～1450℃；保温时间为2～3小时。
本发明的钨铜合金薄板的烧结方法又一较佳实例，其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将1.2mm～1.5mm厚度的钨铜合金生板坯进行连续推舟液相烧结即可；其中，所述的连续推舟液相烧结的条件中推舟速度为0.15cm/min～0.35cm/min；烧结温度为1400℃～1470℃；保温时间为2.5～3.5小时。
本发明的钨铜合金薄板的烧结方法再一较佳实例，其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将0.5mm～0.7mm厚度的钨铜合金生板坯进行连续推舟液相烧结即可；其中，所述的连续推舟液相烧结的条件中推舟速度为0.2cm/min～0.5cm/min；烧结温度为1320℃～1360℃；保温时间为1.0～1.5小时。
本发明的钨铜合金薄板的烧结方法再一较佳实例，其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将1.5mm～1.8mm厚度的钨铜合金生板坯进行连续推舟液相烧结即可；其中，所述的连续推舟液相烧结的条件中推舟速度为0.15cm/min～0.2cm/min；烧结温度为1440℃～1500℃；保温时间为2.5～3.5小时。
本发明的钨铜合金薄板的烧结方法再一较佳实例，其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将1.8mm～2.0mm厚度的钨铜合金生板坯进行连续推舟液相烧结即可；其中，所述的连续推舟液相烧结的条件中推舟速度为0.15cm/min～0.2cm/min；烧结温度为1500℃～1550℃；保温时间为2.0～2.5小时。
在符合本领域常识的基础上，本发明中上述的各技术特征的优选条件可以任意组合制得本发明中所要求具体厚度的钨铜合金薄板。
本发明特别设计的钨铜合金薄板冷轧方法涉及的钨铜合金薄板塑性较好，可以直接进行冷加工；同时烧结板坯较薄，钨铜合金内部比较容易被材料表面应力带动而提高密度，降低表面硬化压力，从而进一步提高冷加工塑性，而且特别设计的轧制工艺在轧制过程中变形量小，有利于精确控制板坯的厚度，减小板差，并能制得致密的钨铜合金薄板。
本发明的钨铜合金薄板的冷轧方法一较佳实例，其包括如下步骤：将1.5mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到0.9mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.05mm；轧制压力为30MPa；轧制速度为0.05m/s。
本发明的钨铜合金薄板的冷轧方法又一较佳实例，其包括如下步骤：将1.1mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到0.8mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.03mm；轧制压力为20MPa；轧制速度为0.08m/s。
本发明的钨铜合金薄板的冷轧方法再一较佳实例，其包括如下步骤：将1.9mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到1.0mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.08mm；轧制压力为60MPa；轧制速度为0.03m/s。
本发明的钨铜合金薄板的冷轧方法再一较佳实例，其包括如下步骤：将0.9mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到0.5mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.06mm；轧制压力为50MPa；轧制速度为0.04m/s。
本发明的钨铜合金薄板的冷轧方法再一较佳实例，其包括如下步骤：将0.6mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到0.25mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.05mm；轧制压力为80MPa；轧制速度为0.02m/s。
本发明的钨铜合金薄板的冷轧方法再一较佳实例，其包括如下步骤：将0.4mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到0.1mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.01mm；轧制压力为100MPa；轧制速度为0.01m/s。
本发明中，所述的钨铜合金薄板在本发明冷轧方法处理之后，一般都按照本领域常规方法对合金薄板进行退火处理工序。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
在符合本领域常识的基础上，本发明中上述的各技术特征的优选条件可以任意组合得到较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供了一种钨铜合金薄板的冷轧方法。该方法对钨铜合金薄板直接进行多道次冷轧加工，冷加工塑性高；生产周期短，以生产厚度为0.5mm以下的薄板为例，能在1天内完成；并且该方法可根据成品要求，灵活调整烧结合金尺寸，消除热加工时易产生塑性变形不协调并产生界面开裂的缺陷，以生产0.5mm厚度的钨铜合金薄板为例，其综合成品率可达95％以上；并且该方法使用的生产设备投资小、占用场地小，特别适用于工业化生产。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
下述实施例中产品的相对密度测量依据GB3580-83所规定方法测定。
实施例1
一种钨铜合金薄板的冷轧方法，其包括如下步骤：将1.5mm厚度的钨铜合金薄板进行10～15道次冷轧加工，得到0.9mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.05mm；轧制压力为30MPa；轧制速度为0.05m/s。
其中，所述的1.5mm厚度的钨铜合金薄板由下述方法制得：1.9mm厚的钨铜合金薄板生坯(钨80wt％，铜20wt％，市售可得，下述实施例同此处)，将其在氢气保护气氛中，高温炉中进行连续推舟液相烧结，其中，推舟速度为0.15cm/min；烧结温度为1450℃；保温时间为2.5小时。
经计算，本实施例中制备产品的相对密度达到99.5％，一次成品率达到96％，生产周期为1天。
实施例2
一种钨铜合金薄板的冷轧方法，其包括如下步骤：将1.1mm厚度的钨铜合金薄板进行9～13道次冷轧加工，得到0.8mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.03mm；轧制压力为20MPa；轧制速度为0.08m/s。
其中，所述的1.1mm厚度的钨铜合金薄板由下述方法制得：1.4mm厚的钨铜合金薄板生坯，将其在氢气保护气氛中，高温炉中进行连续推舟液相烧结，其中，推舟速度为0.3cm/min；烧结温度为1400℃；保温时间为2小时。
经计算，本实施例中制备产品的相对密度达到99.5％，一次成品率达到97％，生产周期均1天。
实施例3
一种钨铜合金薄板的冷轧方法，其包括如下步骤：将1.9mm厚度的钨铜合金薄板进行12～16道次冷轧加工，得到1.0mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.08mm；轧制压力为60MPa；轧制速度为0.03m/s。
其中，所述的1.9mm厚度的钨铜合金薄板由下述方法制得：2.4mm厚的钨铜合金薄板生坯，将其在氢气保护气氛中，高温炉中进行连续推舟液相烧结，其中，推舟速度为0.15cm/min；烧结温度为1450℃；保温时间为2.5小时。
经计算，本实施例中制备产品的相对密度达到99.5％，一次成品率达到97％，生产周期为1天。
实施例4
一种钨铜合金薄板的冷轧方法，其包括如下步骤：将0.9mm厚度的钨铜合金薄板进行15～20道次冷轧加工，得到0.5mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.06mm；轧制压力为50MPa；轧制速度为0.04m/s。
其中，所述的0.9mm厚度的钨铜合金薄板由下述方法制得：1.1mm厚的钨铜合金薄板生坯，将其在氢气保护气氛中，高温炉中进行连续推舟液相烧结，其中，推舟速度为0.45cm/min；烧结温度为1350℃；保温时间为1.5小时。
经计算，本实施例中制备产品的相对密度达到99.5％，一次成品率达到96％，生产周期均为1天。
实施例5
一种钨铜合金薄板的冷轧方法，其包括如下步骤：将0.6mm厚度的钨铜合金薄板进行18～23道次冷轧加工，得到0.25mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.05mm；轧制压力为80MPa；轧制速度为0.02m/s。
其中，所述的0.6mm厚度的钨铜合金薄板由下述方法制得：0.75mm厚的钨铜合金薄板生坯，将其在氢气保护气氛中，高温炉中进行连续推舟液相烧结，其中，推舟速度为0.35cm/min；烧结温度为1350℃；保温时间为2小时。
经计算，本实施例中制备产品的相对密度达到99.5％，一次成品率达到86％，生产周期均为2天。
实施例6
一种钨铜合金薄板的冷轧方法，其包括如下步骤：将0.4mm厚度的钨铜合金薄板进行30～36道次冷轧加工，得到0.1mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.01mm；轧制压力为100MPa；轧制速度为0.01m/s。
其中，所述的0.4mm厚度的钨铜合金薄板由下述方法制得：0.5mm厚的钨铜合金薄板生坯，将其在氢气保护气氛中，高温炉中进行连续推舟液相烧结，其中，推舟速度为0.5cm/min；烧结温度为1350℃；保温时间为1.5小时。
经计算，本实施例中制备产品的相对密度达到99.5％，一次成品率达到58％，生产周期均为2天。
实施例7
一种钨铜合金薄板的冷轧方法，其包括如下步骤：将2.0mm厚度的钨铜合金薄板进行6～9道次冷轧加工，得到1.5mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.2mm；轧制压力为0.1MPa；轧制速度为0.1m/s。
其中，所述的2.0mm厚度的钨铜合金薄板由下述方法制得：2.0mm厚的钨铜合金薄板生坯，将其在氢气保护气氛中，高温炉中进行连续推舟液相烧结，其中，推舟速度为0.5cm/min；烧结温度为1350℃；保温时间为1.5小时。
经计算，本实施例中制备产品的相对密度达到99.5％，一次成品率达到95％，生产周期均为1天。
Claims (7)
1.一种钨铜合金薄板的冷轧方法，其包括如下步骤：将0.4mm～2.0mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到0.1mm～1.5mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.01mm～0.2mm；轧制压力为0.1MPa～100MPa；轧制速度为0.01m/s～0.1m/s。
2.如权利要求1所述的钨铜合金薄板冷轧方法，其特征在于：其包括如下步骤：将1.5mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到0.9mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.05mm；轧制压力为30MPa；轧制速度为0.05m/s。
3.如权利要求1所述的钨铜合金薄板冷轧方法，其特征在于：其包括如下步骤：将1.1mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到0.8mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.03mm；轧制压力为20MPa；轧制速度为0.08m/s。
4.如权利要求1所述的钨铜合金薄板冷轧方法，其特征在于：其包括如下步骤：将1.9mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到1.0mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.08mm；轧制压力为60MPa；轧制速度为0.03m/s。
5.如权利要求1所述的钨铜合金薄板冷轧方法，其特征在于：其包括如下步骤：将0.9mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到0.5mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.06mm；轧制压力为50MPa；轧制速度为0.04m/s。
6.如权利要求1所述的钨铜合金薄板冷轧方法，其特征在于：其包括如下步骤：将0.6mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到0.25mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.05mm；轧制压力为80MPa；轧制速度为0.02m/s。
7.如权利要求1所述的钨铜合金薄板冷轧方法，其特征在于：其包括如下步骤：将0.4mm厚度的钨铜合金薄板进行多道次冷轧加工，得到0.1mm厚的钨铜合金薄板即可；其中，所述的多道次冷轧加工道次压下量为0.01mm；轧制压力为100MPa；轧制速度为0.01m/s。
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