CN110252972A - 高强高导微合金铜箔及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强高导微合金铜箔及其加工方法，上述的微合金铜箔，该铜箔为Cu‑Cr‑Sn‑Zn，其重量百分比为：Cr0.080‑0.20%，Sn0.005‑0.015%，Zn0.008‑0.02％，余量为Cu。其加工方法主要是采用水平连铸工艺，然后分三次冷轧，并在每两次冷轧之间均设有退火工序。该微合金铜箔厚度薄，抗拉强度和抗软化能力得到提高，电导率及硬度高，并且为Cr合金化加工方法简单，具有高强度、高的导热性和屏蔽性，尤其适用于5G手机散热和屏蔽的使用，满足其制造工艺的要求。

Description

高强高导微合金铜箔及其加工方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种高强高导微合金铜箔及其加工方法。
背景技术
微合金铜箔是一种制造汽车水箱的高效散热器材料，目前市场上用于管带式的汽车水箱散热器微合金铜箔合金有TSn0.08-0.01（T14405）、TSn0.12（C14415）、TSn0.1-0.3（C14420）和TTe0.02-0.02（C14530），主流产品是TSn0.08-0.01，产品集中在0.045-0.06mm，用TSn0.08-0.0制作的管带式散热器体积小、重量轻、散热面积大、散热效率高，但还存在重量不够轻，减薄后弹性不够和抗软化不够问题。
《上海有色金属》1998年第一期的《超薄水箱铜带TOA合金的研制》一文中反映的带材合金元素重量百分比Sn（0.10-0.16%）、P(0.005%)、Zn(0.02-0.07%)、Ni(0.2%)，带材厚度为0.06mm，软化温度为大于380℃，显微硬度HV110-140，导电率为80%，抗拉强度≥380Mpa，该TOA合金铜箔实际生产中合金化元素Sn、Ni、Zn含量偏高，Sn、Ni均高于1000ppm；通过冷轧加工率50%后抗拉强度仅400Mpa，性能改善效果不佳；最终产品也偏厚，最薄0.06mm。
第01133597.1号发明专利超薄强化紫铜带的加工方法中公开的带材重量百分比Sn0.03-0.09％、Zn0.03-0.12％、P0.002-0.008％，厚度为0.045mm，公差为-0.004mm，导电率不小于85％，软化温度不小于380℃，抗拉强度在380-420Mpa之间，硬度HV在110-130，只是该铜箔存在抗拉强度不足，低于420Mpa，成型后箔材回弹不够耐压性能不好，产品厚度最薄0.045mm，抗软化温度390℃不适应较高温度的服役条件。
而在《有色金属加工》2008第一期一文中反映的铜箔：TG1（Cu-Sn-Cr-P），重量百分比Sn0.08-0.4%，Cr0.01-0.04%，P0.005-0.0090%；TG2（Cu-Sn-Te-P），重量百分比Sn0.04-0.1%，Te0.006-0.012%，P0.005-0.0090%；TG1和TG2抗拉强度＞400MPa、软化温度>400℃ 、电导率>85％IACS、HV115-140。实际应用中：TG1产品厚度0.05mm，冷轧加工率61.5%的抗拉强度410Mpa，硬度HV131，抗软化温度420℃，导电率85.9%；TG2产品厚度0.05mm，冷轧加工率61.5%的抗拉强度394Mpa，硬度HV118，抗软化温度400℃，导电率90.5%。
《有色金属加工》2014年第二期一文公开的中山市天乙铜业采用Cu-0.02Fe-0.025P，Cu-Fe-P抗腐蚀性不如Cu-Sn-P等其他合金。
上述铜合金的合金化和加工方法存在成本偏高、抗软化温度偏低、铜箔厚度偏厚等综合性能不佳问题（见下表），Sn、Te、Cr等合金化元素贵重，除Cu-Fe-P外抗拉强度均无法高于450Mpa，弹性、耐压能力不够，无法满足材料减薄的需要，存在软化温度低于420℃，在材质减薄趋势下无法满足高温抗软化。因此利用现有铜合金生产5G智能手机铜带箔产品存在抗拉强度弹性不够、散热不好的不足。
发明内容
本发明为了解决上述现有铜合金生产5G智能手机铜带箔产品存在抗拉强度弹性不够、散热不好，提供一种具有高强度、高硬度、高散热，适用于5G智能手机的微合金铜箔及其加工方法。
本发明是通过以下方案实现的：
上述的微合金铜箔，该铜箔为Cu-Cr-Sn-Zn，其重量百分比为：Cr0.080-0.20%，Sn0.005-0.015%，Zn0.008-0.02％，余量为Cu。
上述的微合金铜箔的加工方法，主要是采用水平连铸工艺，然后分三次冷轧，并在每两次冷轧之间均设有退火工序。
所述的高强高导微合金铜箔的加工方法，其工艺流程为：
配料-水平连铸-铣面-粗轧-切边-第一次退火+清洗-中轧-第二次退火+清洗-精轧-纵剪切-包装。
所述的高强高导微合金铜箔的加工方法，其工艺流程的具体内容如下：
首先配料，按配比将铜铬合金、锡、H65黄铜分别称重；
第二，进行水平连铸，将原材料进行熔化升温后倒入保温炉进行拉铸；即
向熔化炉加入阴极铜和覆盖剂，升温熔解阴极铜，温度达到H65黄铜℃后，依次加入铜铬合金、锡、锌、H65黄铜并充分搅拌，最后将上述熔融的铜水通过连体炉联通管道进入保温炉，进行拉铸；其中加入铜铬合金十分钟后充分搅拌，接着加入锡充分搅拌后，再加入锌，最后加入H65黄铜充分搅拌；
拉铸采用拉-反推-停-反推的程序，其中：引程为5~9mm，用时0.5~1s，反推Ⅰ0.8-1mm，用时0.2~0.4s停顿2.2-3s，反推Ⅱ0.5-0.8mm用时0.2~0.4s拉铸速度为1.5~2.2mm/s，铸造温度保持在1160-1190℃；要求冷却水进水温度控制在25-35℃的范围，冷却水出水温度控制在40-50℃的范围；
水平连铸得到的带坯规格为17 mm×410mm；
第三铣面，铣后得到的带坯规格为15.5 mm×410 mm；
第四冷轧，冷轧包括粗轧、中轧、预精轧和精轧四次工序，并在该三次工序中依次经历二次退火工序，其中
第一次粗轧并切边，进行第一次退火并清洗；第一次退火温度为500℃，时间6h；
第二次中轧后进行第二次退火并清洗，第二次退火温度为450℃，时间6h；
第三次精轧后进行清洗，最后对精轧后的带材进行纵剪切并包装。
所述的高强高导微合金铜箔的加工方法，其中：所述第一次粗轧按9道次轧制至1.1mm，然后切边至400 mm；
第二次中轧，按4道次轧制至0.4mm×400mm；
第三次精轧，按3道次轧制至0.1 mm×400mm；
所述的高强高导微合金铜箔的加工方法，其中：所述第一次粗轧9道次压下分配为15.5-13-10.2-7.9-5.7-4.1-2.8-1.9-1.4-1.1；
第二次中轧3道次压下分配为1.1-0.8-0.6-0.48-0.4；
第三次预精轧3道次压下分配为0.4-0.2-0.12-0.1。
有益效果：
本发明的微合金铜箔具有以下特征：抗拉强度500-600MPa、 、导热系数330~360W/mk、硬度HV150-180，铜箔厚度0.1±0.003mm，解决了现有铜合金生产铜带箔产品存在抗拉强度弹性不够的问题，具有高强度、高的导热性和屏蔽性，尤其适用于5G手机散热和屏蔽的使用，满足其制造工艺的要求。
具体实施方式
本发明的高强高导微合金铜箔，该铜箔为Cu-Cr-Sn-Zn，其重量百分比为：Cr0.080-0.20%，Sn0.005-0.015%，Zn0.008-0.02％，余量为Cu。
该微合金铜箔的加工方法主要是采用水平连铸工艺，然后分三次冷轧，并在每两次冷轧之间均设有退火工序。其工艺流程为：
配料-水平连铸-铣面-粗轧-切边-第一次退火+清洗-中轧-第二次退火+清洗-精轧-纵剪切-包装。
该工艺流程的具体内容如下：
首先配料，按配比将铜铬合金、锡、H65黄铜分别称重；
第二，进行水平连铸，将原材料进行熔化升温后倒入保温炉进行拉铸；即
向熔化炉加入阴极铜和覆盖剂，升温熔解阴极铜，温度达到1250℃后，依次加入铜铬合金、锡、锌、H65黄铜并充分搅拌，最后将上述熔融的铜水通过连体炉联通管道进入保温炉，进行拉铸；其中加入铜铬合金十分钟后充分搅拌，接着加入锡充分搅拌后，再加入锌，最后加入H65黄铜充分搅拌；
拉铸采用拉-反推-停-反推的程序，其中：引程为5~9mm，用时0.5~1s，反推Ⅰ0.8-1mm，用时0.2~0.4s停顿2.2-3s，反推Ⅱ0.5-0.8mm用时0.2~0.4s拉铸速度为1.5~2.2mm/s，铸造温度保持在1160-1190℃；要求冷却水进水温度控制在25-35℃的范围，冷却水出水温度控制在40-50℃的范围；
水平连铸得到的带坯规格为17 mm×410mm；
第三铣面，铣后得到的带坯规格为15.5mm×410 mm；
第四冷轧，冷轧包括粗轧、中轧、预精轧和精轧四次工序，并在该三次工序中依次经历二次退火工序，其中
第一次粗轧，按9道次轧制至1.1mm，9道次压下分配为15.5-13-10.2-7.9-5.7-4.1-2.8-1.9-1.4-1.1；然后切边至400 mm、进行第一次退火并清洗；第一次退火温度为500℃，时间6h；
第二次中轧，按4道次轧制至0.4mm×400mm，4道次压下分配为1.1-0.8-0.6-0.48-0.4；然后进行第二次退火并清洗，第二次退火温度为450℃，时间6h；
第三次精轧，按3道次轧制至0.1 mm×400mm，3道次压下分配为0.4-0.2-0.12-0.1；然后进行清洗；
最后对精轧后的带材进行纵剪切并包装。
采用上述工艺加工的微合金铜箔有以下特征：抗拉强度500-600MPa、 、导热系数330~360W/mk、硬度HV150-180，铜箔厚度0.1±0.003mm，解决了现有铜合金生产铜带箔产品存在抗拉强度弹性不够的问题，具有高强度、高的导热性和屏蔽性，尤其适用于5G手机散热和屏蔽的使用，满足其制造工艺的要求。
实施例1
首先按Cr0.1、Sn0.0/9、Zn0.02、余量为Cu的重量百分比进行配料；
然后向熔化炉加入阴极铜和覆盖剂，升温熔解阴极铜，温度达到1250℃后，加入铜铬合金，十分钟后充分搅拌，接着加入锡充分搅拌，再加入锌充分搅拌，最后加入H65黄铜充分搅拌；将上述熔融的铜水通过连体炉联通管道进入保温炉，进行拉铸；
拉铸引程为9mm，用时1s，反推Ⅰ1mm，用时0.4s，停顿2.2s，反推Ⅱ0.6mm，用时0.3s，拉铸速度为1.9mm/s，铸造温度保持在1170℃；冷却水进水温度控制在29-31℃的范围，冷却水出水温度控制在48-50℃的范围；
水平连铸得到的带坯规格为17 mm×410mm；
第三铣面，铣后得到的带坯规格为15.5mm×410 mm；
第四冷轧，冷轧包括粗轧、中轧和精轧三次工序，并在该三次工序中依次经历二次退火工序，其中
第一次粗轧，按9道次轧制至1.1mm，9道次压下分配为15.5-13-10.2-7.9-5.7-4.1-2.8-1.9-1.4-1.1；然后切边至400 mm、进行第一次退火并清洗；第一次退火温度为500℃，时间6h；
第二次中轧，按4道次轧制至0.4mm×400mm，4道次压下分配为1.1-0.8-0.6-0.48-0.4；然后进行第二次退火并清洗，第二次退火温度为450℃，时间6h；
第三次精轧，按3道次轧制至0.1 mm×400mm，3道次压下分配为0.4-0.2-0.12-0.1；然后进行清洗；
最后对精轧后的带材进行纵剪切并包装。
采用上述工艺加工的高强高导微合金铜箔有以下特征：抗拉强度520MPa、导热系数338W/mk、硬度HV170，铜箔厚度0.1±0.003mm，解决了现有铜合金生产铜带箔产品存在抗拉强度弹性不够的问题，具有高强度、高的导热性和屏蔽性，尤其适用于5G手机散热和屏蔽的使用，满足其制造工艺的要求。
实施例2
首先按Cr0.15，Sn0.011，Zn0.012，余量为Cu的重量百分比进行配料；
然后向熔化炉加入阴极铜和覆盖剂，升温熔解阴极铜，温度达到1250℃后，加入铜铬合金，十分钟后充分搅拌，接着加入锡充分搅拌，再加入锌充分搅拌，最后加入H65黄铜充分搅拌；将上述熔融的铜水通过连体炉联通管道进入保温炉，进行拉铸；
拉铸引程为6mm，用时0.7s，反推Ⅰ0.8mm，用时0.2s，停顿3s，反推Ⅱ0.7mm，用时0.4s，拉铸速度为2.0mm/s，铸造温度保持在1180℃；冷却水进水温度控制在27-30℃的范围，冷却水出水温度控制在47-49℃的范围；
水平连铸得到的带坯规格为17 mm×410mm；
第三铣面，铣后得到的带坯规格为15.5mm×410 mm；
第四冷轧，冷轧包括粗轧、中轧和精轧四次工序，并在该三次工序中依次经历二次退火工序，其中
第一次粗轧，按9道次轧制至1.1mm，然后切边至400 mm、进行第一次退火并清洗；第一次退火温度为500℃，时间6h；
第二次中轧，按4道次轧制至0.4mm×400mm，然后进行第二次退火并清洗，第二次退火温度为450℃，时间6h；
第三次精轧，按3道次轧制至0.1 mm×400mm，然后进行清洗；
最后对精轧后的带材进行纵剪切并包装。
采用上述工艺加工的微合金铜箔有以下特征：抗拉强度570MPa、导热系数350W/mk、硬度HV160，铜箔厚度0.1±0.003mm，具有高强度、高的导热性和屏蔽性，尤其适用于5G手机散热和屏蔽的使用，满足其制造工艺的要求。
实施例3
首先按Cr0.080，Sn0.012，Zn0.01，余量为Cu的重量百分比进行配料；
然后向熔化炉加入阴极铜和覆盖剂，升温熔解阴极铜，温度达到1250℃后，加入铜铬合金，十分钟后充分搅拌，接着加入锡充分搅拌，再加入锌充分搅拌，最后加入H65黄铜充分搅拌；将上述熔融的铜水通过连体炉联通管道进入保温炉，进行拉铸；
拉铸引程8mm，用时0.8s，反推Ⅰ0.9mm，用时0.2s，停顿2.8s，反推Ⅱ0.5mm，用时0.2s，拉铸速度为2.2mm/s，铸造温度保持在1190℃；冷却水进水温度控制在25-27℃的范围，冷却水出水温度控制在42-45℃的范围；
水平连铸得到的带坯规格为17 mm×410mm；
第三铣面，铣后得到的带坯规格为15.5mm×410 mm；
第一次粗轧，按9道次轧制至1.1mm，然后切边至400 mm、进行第一次退火并清洗；第一次退火温度为500℃，时间6h；
第二次中轧，按4道次轧制至0.4mm×400mm，然后进行第二次退火并清洗，第二次退火温度为450℃，时间6h；
第三次精轧，按3道次轧制至0.1 mm×400mm，然后进行清洗；
最后对精轧后的带材进行纵剪切并包装。
采用上述工艺加工的微合金铜箔有以下特征：抗拉强度550Pa、导热系数330W/mk、硬度HV150，铜箔厚度0.1±0.002mm，具有高强度、高的导热性和屏蔽性，尤其适用于5G手机散热和屏蔽的使用，满足其制造工艺的要求。
实施例4
首先按Cr0.12，Sn0.008，Zn0.011，余量为Cu的重量百分比进行配料；
然后向熔化炉加入阴极铜和覆盖剂，升温熔解阴极铜，温度达到1250℃后，加入铜铬合金，十分钟后充分搅拌，接着加入锡充分搅拌，再加入锌充分搅拌，最后加入H65黄铜充分搅拌；将上述熔融的铜水通过连体炉联通管道进入保温炉，进行拉铸；
拉铸引程,7mm，用时0.7s，反推Ⅰ0.9mm，用时0.3s，停顿2,5s，反推Ⅱ0.6mm，用时0.2s，拉铸速度为1.5mm/s，铸造温度保持在1160℃；冷却水进水温度控制在33-35℃的范围，冷却水出水温度控制在47-50℃的范围；
水平连铸得到的带坯规格为17 mm×410mm；
第三铣面，铣后得到的带坯规格为15.5mm×410 mm；
第一次粗轧，按9道次轧制至1.1mm，然后切边至400 mm、进行第一次退火并清洗；第一次退火温度为500℃，时间6h；
第二次中轧，按4道次轧制至0.4mm×400mm，然后进行第二次退火并清洗，第二次退火温度为450℃，时间6h；
第三次精轧，按3道次轧制至0.1 mm×400mm，然后进行清洗；
最后对精轧后的带材进行纵剪切并包装。
采用上述工艺加工的微合金铜箔有以下特征：抗拉强度500MPa、导热系数360W/mk、硬度HV180，铜箔厚度0.1±0.003mm，具有高强度、高的导热性和屏蔽性，尤其适用于5G手机散热和屏蔽的使用，满足其制造工艺的要求。
实施例5
首先按Cr0.18，Sn0.015，Zn0.008，余量为Cu的重量百分比进行配料；
然后向熔化炉加入阴极铜和覆盖剂，升温熔解阴极铜，温度达到1250℃后，加入铜铬合金，十分钟后充分搅拌，接着加入锡充分搅拌，再加入锌充分搅拌，最后加入H65黄铜充分搅拌；将上述熔融的铜水通过连体炉联通管道进入保温炉，进行拉铸；
拉铸引程为5mm，用时0.5s，反推Ⅰ0.8mm，用时0.2s，停顿2.9s，反推Ⅱ0.8mm，用时0.3s，拉铸速度为1.8mm/s，铸造温度保持在1175℃；冷却水进水温度控制在25-27℃的范围，冷却水出水温度控制在40-42℃的范围；
水平连铸得到的带坯规格为17 mm×410mm；
第三铣面，铣后得到的带坯规格为15.5mm×410 mm；
第一次粗轧，按9道次轧制至1.1mm，然后切边至400 mm、进行第一次退火并清洗；第一次退火温度为500℃，时间6h；
第二次中轧，按4道次轧制至0.4mm×400mm，然后进行第二次退火并清洗，第二次退火温度为450℃，时间6h；
第三次精轧，按3道次轧制至0.1 mm×400mm，然后进行清洗；
最后对精轧后的带材进行纵剪切并包装。
采用上述工艺加工的微合金铜箔有以下特征：抗拉强度600MPa、导热系数355W/mk、硬度HV170，铜箔厚度0.1±0.003mm，具有高强度、高的导热性和屏蔽性，尤其适用于5G手机散热和屏蔽的使用，满足其制造工艺的要求。
实施例6
首先按Cr0.20，Sn0.005，Zn0.009，余量为Cu的重量百分比进行配料；
然后向熔化炉加入阴极铜和覆盖剂，升温熔解阴极铜，温度达到1250℃后，加入铜铬合金，十分钟后充分搅拌，接着加入锡充分搅拌，再加入锌充分搅拌，最后加入H65黄铜充分搅拌；将上述熔融的铜水通过连体炉联通管道进入保温炉，进行拉铸；
拉铸引程为6mm，用时0.6s，反推Ⅰ1mm，用时0.4s，停顿2.6s，反推Ⅱ0.5mm，用时0.4s，拉铸速度为2.1mm/s，铸造温度保持在1165℃；冷却水进水温度控制在30-33℃的范围，冷却水出水温度控制在45-48℃的范围；
水平连铸得到的带坯规格为17 mm×410mm；
第三铣面，铣后得到的带坯规格为15.5mm×410 mm；
第一次粗轧，按9道次轧制至1.1mm，然后切边至400 mm、进行第一次退火并清洗；第一次退火温度为500℃，时间6h；
第二次中轧，按4道次轧制至0.4mm×400mm，然后进行第二次退火并清洗，第二次退火温度为450℃，时间6h；
第三次精轧，按3道次轧制至0.1 mm×400mm，然后进行清洗；
最后对精轧后的带材进行纵剪切并包装。
采用上述工艺加工的微合金铜箔有以下特征：抗拉强度590MPa、导热系数360W/mk、硬度HV180，铜箔厚度0.1±0.003mm，具有高强度、高的导热性和屏蔽性，尤其适用于5G手机散热和屏蔽的使用，满足其制造工艺的要求。

Claims (10)

1.一种高强高导微合金铜箔，该铜箔为Cu-Cr-Sn-Zn，其重量百分比为：Cr0.08-0.2% ，Sn0.080-0.015%，Zn0.02-0.08％，余量为Cu。
2.如权利要求1所述的高强高导微合金铜箔的加工方法，主要是采用水平连铸工艺，然后分三次冷轧，并在每两次冷轧之间均设有退火工序。
3.如权利要求2所述的高强高导微合金铜箔的加工方法，其工艺流程为：
配料-水平连铸-铣面-粗轧-切边-第一次退火+清洗-中轧-第二次退火+清洗-精轧-纵剪切-包装。
4.如权利要求3所述的高强高导微合金铜箔的加工方法，其工艺流程的具体内容如下：
首先配料，按配比将铜铬合金、锡、锌、H65黄铜分别称重；
第二，进行水平连铸，将原材料进行熔化升温后倒入保温炉进行拉铸；即
向熔化炉加入阴极铜和覆盖剂，升温熔解阴极铜，温度达到1250℃后，依次加入铜铬合金、锡、锌、H65黄铜并充分搅拌，最后将上述熔融的铜水通过连体炉联通管道进入保温炉，进行拉铸；
第三铣面，铣后得到的带坯规格为17 mm×410 mm；
第四冷轧，冷轧包括粗轧、中轧和精轧三次工序，并在该三次工序中依次经历二次退火工序，其中
第一次粗轧并切边，进行第一次退火并清洗；第一次退火温度为500℃，时间6h；
第二次中轧后进行第二次退火并清洗，第二次退火温度为480℃，时间6h；
第三次精轧后清洗；
最后对精轧后的带材进行纵剪切并包装。
5.如权利要求4所述的高强高导微合金铜箔的加工方法，其特征在于：加入铜铬合金十分钟后充分搅拌，接着加入锡充分搅拌后，再加入锌，最后加入H65黄铜充分搅拌。
6.如权利要求4所述的高强高导微合金铜箔的加工方法，其特征在于：所述拉铸采用拉-反推-停-反推的程序，其中：引程为5~9mm，用时0.5~1s，反推Ⅰ0.8-1mm，用时0.2~0.4s停顿2.2-3s，反推Ⅱ0.5-0.7mm用时0.2~0.4s拉铸速度为1.5~2.2mm/s，铸造温度保持在1160-1190℃；要求冷却水进水温度控制在25-35℃的范围，冷却水出水温度控制在40-50℃的范围。
7.如权利要求4所述的高强高导微合金铜箔的加工方法，其特征在于：所述水平连铸得到的带坯规格为17 mm×410mm。
8.如权利要求4所述的高强高导微合金铜箔的加工方法，其特征在于：所述铣面铣后得到的带坯规格为15.5 mm×410 mm。
9.如权利要求4所述的高强高导微合金铜箔的加工方法，其特征在于：所述第一次粗轧按9道次轧制至1.1mm，然后切边至400 mm；
第二次中轧，按4道次轧制至0.4mm×400mm；
第三次精轧，按3道次轧制至0.1 mm×400mm。
10.如权利要求4所述的高强高导微合金铜箔的加工方法，其特征在于：所述的高强高导微合金铜箔的加工方法，其中：所述第一次粗轧9道次压下分配为15.5-13-10.2-7.9-5.7-4.1-2.8-1.9-1.4-1.1；
第二次中轧4道次压下分配为1.1-0.8-0.6-0.48-0.4；
第三次预精轧3道次压下分配为0.4-0.2-0.12-0.1。
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