CN105063620B - 一种光电材料用Zn/Cu‑Ag/Cu‑Au复合镀层钢带的生产方法 - Google Patents
一种光电材料用Zn/Cu‑Ag/Cu‑Au复合镀层钢带的生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种光电材料用Zn/Cu‑Ag/Cu‑Au复合镀层钢带的生产方法:以08Al冷轧钢板作为原料,进行冷轧;经常规脱脂后开卷、分条、去毛刺;热镀Zn;热喷涂Cu‑Ag;在全氢保护气氛下进行第一次退火;热喷涂Cu‑Au;在全氢保护气氛下进行第二次退火;空冷至室温并卷取。本发明抗拉强度为250~300 MPa,延伸率为42~48%;表面生成一层Zn/Cu‑Ag/Cu‑Au复合镀层,在室内常规大气条件下放置960 d后,镀层失光率不超过0.3%,表面腐蚀面积不超过0.3%;产品的导电和导热性能良好;在300~350 °C下保持960 h后,表面氧化面积不超过0.2%,硬度值变化率不超过0.2%;还具有良好的焊接及加工成型性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢带的生产方法,具体地属于一种光电材料用Zn/Cu-Ag/Cu-Au复合镀层钢带的生产方法。
背景技术
近年来,随着电子信息技术和材料加工工艺的迅猛发展,极薄镀层钢带越来越多地被应用于制备精密半导体、电子芯片、IC卡、电位计、电阻计、电流计、整流器和LED光源等产品。
就目前来说,生产光电材料用极薄镀层钢带主要是在冷轧钢带表面连续分层电镀Cu、Ni、Ag或Au等单金属,形成Cu/Ni/Ag或者Cu/Ni/Au复合镀层。其存在以下几个不足:一是镀层以Cu为基底,由于Cu容易发生氧化,造成镀层的稳定性差。此外,在生产中,复合镀层有时会产生裂纹和针孔,容易造成腐蚀介质通过Ag或Au层的裂纹和针孔,穿过Ni和Cu的孔隙到而达进入Fe基体,由于Fe基体是腐蚀电偶的阳极,很快就会出现锈蚀现象;二是在连续电镀Ag或Au的过程中,必须要使用剧毒的氰化物做电镀液,而这会严重污染环境;三是钢带经过连续电镀后,表面容易钝化,使所得复合镀层的综合性能较难控制;并且连续电镀过程会导致生产能耗大,废液多,特别是要使用大量的贵重金属Ni、Ag和Au,致使生产成本高。
为解决现有技术存在的不足,本申请人进行了不断的研究和探索。例如:
中国专利申请号为201510231636.1的文献,公开了一种Cu-Ni/Ni-Ag双复合镀层极薄钢带的生产方法。该文献以SPHC热轧酸洗卷为原料,采用二次冷轧+一次退火+电镀Cu-Ni+热喷涂Ni-Ag+二次退火的工艺进行生产。所得钢带的厚度为0.2~0.3 mm,抗拉强度为330~380 MPa,延伸率为34~38%,表面生成了一层均匀致密、附着力强、厚度为7~10 µm的Cu-Ni/Ni-Ag双复合镀层,镀层表面硬度为90~100 HV,粗糙度为0.15~0.30 µm,镜面反射率为88~95%,电阻率为6.5~8.7 µΩ∙cm,热导率为6~10 W/cm∙°C。产品的导电和导热性能良好。但是,由于Ni-Ag合金中的Ag长时间暴露在空气中后容易失去金属光泽,导致钢带的镜面反射率不超过95%,其表面性能还不能完全满足制备传输光信号的特殊光源、电子探针光源等高端光电材料的需要。
中国专利申请号为201510360432.8的文献,公开了一种Cu-Sn/Sn-Au双复合镀层极薄钢带的生产方法。该文献以SPCC冷轧钢板作为原料,采用一次退火+一次冷轧+热喷涂Cu-Sn+二次退火+热喷涂Sn-Au+三次退火的工艺进行生产。所得钢带的厚度为0.1~0.2 mm,抗拉强度为300~350 MPa,延伸率为38~45%。表面生成了一层均匀致密、附着力强、厚度为8~12 µm的Cu-Sn/Sn-Au双复合镀层,镀层呈现光亮的金黄色,表面硬度为100~120 HV,粗糙度为0.1~0.2 µm,镜面反射率为94~99%,在常规环境下放置720 d后,镀层失光率不超过0.5%,电阻率为14~18 µΩ∙cm,热导率为60~75 W/m∙°C,在350~400 °C下保持480 h后,表面氧化面积不超过0.1%,硬度值变化率不超过0.3%。虽然产品的表面性能、导电性能、导热性能良好,但是, 由于Au-Sn二元合金是由许多脆硬性的中间相组成,在制备CPU芯片、LED光源等小规格光电材料时,产品的加工成型性能及焊接性能存在不足。
相对而言,如果形成Ag-Au复合镀层,则可以有机结合并充分发挥Ag和Au各自高反射性、高导电性、高导热性、高耐蚀性、高耐热性的特点,从而制备出性能更加优越的高端光电材料。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足,提供一种在保证力学性能的前提下,表面硬度为65~75 HV,粗糙度为0.07~0.12 µm,镜面反射率不低于99%;在室内常规大气条件下放置960 d后,镀层失光率不超过0.3%,表面腐蚀面积不超过0.3%;电阻率为8~12 µΩ∙cm,热导率为80~90 W/m∙°C;在300~350 °C下保持960 h后,表面氧化面积不超过0.2%,硬度值变化率不超过0.2%;焊接及加工成型性能良好的光电材料用Zn/Cu-Ag/Cu-Au复合镀层钢带的生产方法。
实现上述目的的措施:
一种光电材料用Zn/Cu-Ag/Cu-Au复合镀层钢带的生产方法,其步骤:
1) 以08Al冷轧钢板作为原料,进行7或8道次冷轧轧制,冷轧总压下率为87~95%;
2) 冷轧原料经常规脱脂后开卷、分条、去毛刺;
3) 进行热镀Zn,镀锌温度为400~450 °C;
4) 进行热喷涂Cu-Ag,Cu与Ag的重量比例为1:2~3;Cu及Ag粉末粒径为0.15~0.25µm,并混合均匀;喷涂速度为200~250 m/s,沉积率为0.15~0.25 kg/h;
5) 在全氢保护气氛下进行第一次退火,退火温度为370~400 °C,保温时间为30~40 min;
6) 进行热喷涂Cu-Au,Cu与Au的重量比例为1:3.5~4.5;Cu及Au粉末粒径为0.08~0.18 µm,并混合均匀;喷涂速度为240~280 m/s,沉积率为0.12~0.22 kg/h;
7) 在全氢保护气氛下进行第二次退火,退火温度为410~440 °C,保温时间为35~45 min;
8) 空冷至室温并卷取。
本发明进行了大量的试验分析及优化选择,采取如下措施以实现其目的:
本发明中,采用普通的08Al冷轧钢板作为原料,是因为:与其它普通的合金钢相比,其完全可以保证钢带的力学性能。由于08Al不含合金元素,因而保证了原料钢种成本较低。此外,08Al中C、Mn、Si含量较低,可以保证基材的表面质量和涂镀性能;同时,钢中较低的P和S含量,可以保证基材不发生脆断而使其具有良好的焊接及冲压成型性能。
本发明中,之所以在冷轧后,首先采用热镀Zn工艺,用成本较低的镀Zn层来替代成本较高的Cu/Ni双镀层,其既可以提高基材的耐蚀性能,又能调节产品的力学性能。
本发明中,之所以先在镀Zn层上热喷涂一层Cu-Ag镀层,继而再热喷涂一层Cu-Au镀,一是用廉价的Cu来替代部分贵金属Ag和Au,分别形成Cu-Ag镀层和Cu-Au镀层,以保证性能的前提下,降低生产成本;二是中间的Cu-Ag镀层既能和内部的Zn镀层形成稳定的Cu-Ag-Zn合金,又能和外部的Cu-Au镀层形成稳定的Cu-Ag-Au合金,从而使Zn/Cu-Ag/Cu-Au复合镀层的整体稳定性得到很大提高;Cu-Ag/Cu-Au双复合镀层兼顾了Ag和Au镀层各自的优点,使其表面性能、耐蚀性能、导电性能、导热性能和耐热性能同样优良。三是无需使用剧毒的氰化物,保护了环境;四是热喷涂过程速度快、原料浪费少,镀层厚度精确可控;五是Cu-Ag合金是内镀层,可以防止Ag因长时间接触空气引起光泽度下降,保证了镀层的镜面反射率;作为外镀层的Cu-Au合金,其在无序固溶体状态时塑性好,脆性低,保证了产品的焊接及加工成型性能。
本发明中,之所以在热喷涂过程中进行两次退火处理,其既可以调节产品的力学性能,降低镀层的内应力,又能将镀层表面残存的氧化物去除,保证镀层的表面光洁度,还能促进镀层的合金化过程,提高镀层的表面性能。
本发明与现有普通钢带相比,本发明产品的厚度为0.30~0.40 mm,抗拉强度为250~300 MPa,延伸率为42~48%。表面生成了一层均匀致密、附着力强、厚度为10~15 µm的Zn/Cu-Ag/Cu-Au复合镀层,镀层表面硬度为65~75 HV,粗糙度为0.07~0.12 µm,镜面反射率不低于99%,在室内常规大气条件下放置960 d后,镀层失光率不超过0.3%,表面腐蚀面积不超过0.3%,产品的表面性能和耐蚀性能良好。电阻率为8~12 µΩ∙cm,热导率为80~90 W/m∙°C,产品的导电和导热性能良好。在300~350 °C下保持960 h后,表面氧化面积不超过0.2%,硬度值变化率不超过0.2%,产品的耐热性能良好。此外,产品的焊接及加工成型性能良好。产品性能完全满足制备光电材料的要求。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述:
表1为本发明各实施例和对比例的冷轧及制带工艺参数;
表2为本发明各实施例和对比例的产品性能列表。
本发明各实施例按照以下工艺生产:
一种光电材料用Zn/Cu-Ag/Cu-Au复合镀层钢带的生产方法,其步骤:
1) 以08Al冷轧钢板作为原料,进行7或8道次冷轧轧制,冷轧总压下率为87~95%;
2) 冷轧原料经常规脱脂后开卷、分条、去毛刺;
3) 进行热镀Zn,镀锌温度为400~450 °C;
4) 进行热喷涂Cu-Ag,Cu与Ag的重量比例为1:2~3;Cu及Ag粉末粒径为0.15~0.25µm,并混合均匀;喷涂速度为200~250 m/s,沉积率为0.15~0.25 kg/h;
5) 在全氢保护气氛下进行第一次退火,退火温度为370~400 °C,保温时间为30~40 min;
6) 进行热喷涂Cu-Au,Cu与Au的重量比例为1:3.5~4.5;Cu及Au粉末粒径为0.08~0.18 µm,并混合均匀;喷涂速度为240~280 m/s,沉积率为0.12~0.22 kg/h;
7) 在全氢保护气氛下进行第二次退火,退火温度为410~440 °C,保温时间为35~45 min;
8) 空冷至室温并卷取。
表1 本发明各实施例和对比例的冷轧及制带工艺参数
续表1
表2 本发明各实施例和对比例的产品性能
续表2
从表2可以看出,本发明申请的钢带,其厚度为0.30~0.40 mm,抗拉强度为250~300 MPa,延伸率为42~48%。表面生成了一层均匀致密、附着力强、厚度为10~15 µm的Zn/Cu-Ag/Cu-Au复合镀层,镀层表面硬度为65~75 HV,粗糙度为0.07~0.12 µm,镜面反射率不低于99%,在室内常规大气条件下放置960 d后,镀层失光率不超过0.3%,表面腐蚀面积不超过0.3%,产品的表面性能和耐蚀性能良好。电阻率为8~12 µΩ∙cm,热导率为80~90 W/m∙°C,产品的导电和导热性能良好。在300~350 °C下保持960 h后,表面氧化面积不超过0.2%,硬度值变化率不超过0.2%,产品的耐热性能良好。此外,产品的焊接及加工成型性能良好。产品性能完全满足制备光电材料的要求。
本具体实施方式仅为最佳例举,并非对本发明技术方案的限制性实施。
Claims (1)
1.一种光电材料用Zn/Cu-Ag/Cu-Au复合镀层钢带的生产方法,其步骤:
1) 以08Al冷轧钢板作为原料,进行7或8道次冷轧轧制,冷轧总压下率为88.5~95%;
2) 冷轧原料经常规脱脂后开卷、分条、去毛刺;
3) 进行热镀Zn,镀锌温度为400~450 °C;
4) 进行热喷涂Cu-Ag,Cu与Ag的重量比例为1:2~3;Cu及Ag粉末粒径为0.15~0.25 µm,并混合均匀;喷涂速度为200~250 m/s,沉积率为0.15~0.25 kg/h;
5) 在全氢保护气氛下进行第一次退火,退火温度为370~400 °C,保温时间为30~40min;
6) 进行热喷涂Cu-Au,Cu与Au的重量比例为1:3.5~4.5;Cu及Au粉末粒径为0.08~0.18µm,并混合均匀;喷涂速度为240~280 m/s,沉积率为0.12~0.22 kg/h;
7) 在全氢保护气氛下进行第二次退火,退火温度为410~440 °C,保温时间为36~45min;
8) 空冷至室温并卷取。
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