CN111270108B - 一种新合金高强度pcb铝基板铝材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝材制造技术领域涉及一种新合金高强度PCB铝基板铝材及其制备方法，所述铝材成分的质量百分比为：Si 0.18～0.35％，Fe 0.3～0.6％，Cu 0.05～0.2％，Mn 1.0～1.6％，Mg 0.02％，Zn 1.0～2.0％，其他0.15％，余量为Al；所述制备方法的步骤包括熔炼、铸轧；粗轧；中间退火；中轧、切边；精轧；表面清洗，板形矫正；分切、检查、包装等步骤，本发明所述的铝材具有高抗拉强度，工艺简单，生产周期短，具有良好的应用前景。

Description

一种新合金高强度PCB铝基板铝材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新合金高强度PCB铝基板铝材及其制备方法，属于铝材制造技术领域。
背景技术
铝基板是一种具有良好散热功能的金属基覆铜板，一般单面板由三层结构所组成，分别是电路层(铜箔)、绝缘层和金属基层。用于高端使用的也有设计为双面板，结构为电路层、绝缘层、铝基、绝缘层、电路层。极少数应用为多层板，可以由普通的多层板与绝缘层、铝基贴合而成。PCB铝基板具有良好的导热性、电气绝缘性能和机械加工性能。可以降低温度，提高产品功率密度和可靠性，延长产品使用寿命。一般使用1060、1100、1235A、8011铝合金生产，不能满足有些特殊产品对铝基材的高抗拉强度要求，现开发一种高抗拉强度铝合金，使其满足特殊产品需求。
发明内容
本发明的高强度PCB铝基板铝材采用铸轧坯料生产，该材料生产工艺使用新合金成分铝材为原材料，经过粗轧后进行中间退火然后轧制成品清洗。该成分铸轧基材经中间退火后生产出来产品抗拉强度可达到280Mpa以上，且延伸率大于3％，是1060、1100、1235A、8011等合金做不到的。且这种铝材可以满足高抗拉强度要求PCB产品的使用。工艺简单，生产周期短，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种新合金高强度PCB铝基板铝材，所述铝材成分的质量百分比为：Si 0.18～0.35％，Fe 0.3～0.6％，Cu 0.05～0.2％，Mn 1.0～1.6％，Mg0～0.02％，Zn 1.0～2.0％，其他元素0～0.15％，余量为Al。
优选地，其他元素包括Pb、Cd、Be等。
一种新合金高强度PCB铝基板铝材制备方法，步骤如下：
(1)采用如权利要求1所述质量百分比的原料进行熔炼、铸轧成坯料；
(2)对坯料经过1～3个道次粗轧为厚度2.0～4.5mm，得到粗轧料；
(3)对粗轧料进行高温退火，降温速度为2.15℃/min～5℃/min，温度450～600℃，保温时间900～2100min，冷却出炉；高温退火后需冷却至料卷温度为50℃后才可进行轧制；
(4)对已退火料经过3～6个道次轧制为厚度0.4～0.8mm，冷却后纵剪切边；
(5)经过2～3个道次精轧为厚度0.07～0.2mm的成品。
进一步的，步骤(4)中的冷却时间为10～12h。
进一步的，步骤(5)中道次的加工率为20～50％。
进一步的，对步骤(5)制得的成品采用脱脂剂对铝材进行清洗，清洗速度为60-100米/min。
进一步的，对清洗完成后的成品进行分切，并进行产品的尺寸、表面、端面检查，然后进行包装。
进一步的，成品分切后端面错层≤0.5mm，边部荷叶边宽度≤10mm、峰值≤2mm。
进一步的，步骤(3)中退火时吹洗风机开启量为100％开启，循环风机转速为500-800r/min，负压开关打开。
进一步的，步骤(4)中确保导辊上无异物，切边时控制不出现有毛刺、塔形等；边错层小于1mm。
进一步的，脱脂剂清洗时达因值≥54，边部波高数值＜2mm；中间波高＜3mm；波数≤3个/m，表面划伤长度≤3mm轻微划伤少于15个/M2，划伤长度≤15mm轻微划伤少于2个/M2，控制不出现划伤长度＞15mm。
有益效果：
本发明采用新合金材料利用铸轧法生产的铸轧坯料，经过初轧对中间厚度进行高温退火处理，使材料内部组织成分均匀，后轧至成品，成品性能抗拉强度可达到280Mpa以上，且延伸率大于3％，是1060、1100、1235A、8011等合金做不到的。该材料满足高抗拉要求PCB产品的使用要求，且该种新合金铝材流程简单，成本低，散热效率高。该新合金铸轧法生产的铝材实现了许多铸轧铝材不能达到的性能要求。可为某些高抗拉强度要求PCB产品提供经济有效的铝材。
本发明所述的新合金高抗拉强度PCB铝基板用铝材具有优良力学性能可以满足高抗拉强度PCB铝基板的制作，工艺简单，生产周期短，生产成本低，具有良好的应用前景。本发明对成分进行了调整，增加中间高温退火。常规1060、1100、1235A、8011等合金抗拉强度无法达280Mpa以上，如：1060合金轧制成品厚度抗拉强度只能达213Mpa左右；8011合金轧制成品厚度抗拉强度只能达185Mpa左右；1235A合金制出成品抗拉强度只能达153Mpa左右。本次发明增加中间退火，且抗拉强度达280以上。
具体实施方式
为了更好的表述本发明，现已具体实施方式为案例进行详细介绍，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种新合金高强度PCB铝基板铝材及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)熔炼、铸轧：采用一种新合金的铝合金进行熔炼、铸轧成一定厚度的坯料；新合金成分如下：
Figure BDA0002428175460000031
(2)粗轧：对步骤(1)所述的坯料进行粗轧，经过1～3个道次轧制成坯料的厚度为2.0～4.5mm；
(3)中间退火：对步骤(2)轧制得到的粗轧料进行高温退火，降温速度为2.15℃/min～5℃/min，温度450～600℃，保温时间900～2100min，冷却出炉；冷却6-12h，高温退火后需冷却至料卷温度为50℃后才可进行轧制；
(4)中轧、切边：对步骤(3)所述的已退火料，经过3～6个道次轧制成坯料的厚度为0.4～0.8mm；然后经过12h冷却，进行半成品的纵剪切边处理；
(5)精轧：对步骤(4)制备得到的半成品切边后进行精轧，经过2～3个道次轧制成厚度为0.07～0.2mm的成品，道次的加工率控制20～50％；
(6)表面清洗，板形矫正：对步骤(5)制得的成品采用脱脂剂对铝材进行清洗，清洗速度控制在60-100米/min；
(7)分切、检查、包装：分切完成后进行产品的尺寸、表面、端面检查，然后进行包装。
步骤(2)严格控制板形及表面质量，不允许有松层、长擦划伤、长黑油线、亮线、辊印、麻点等影响产品质量缺陷。
步骤(3)中退火时吹洗风机开启量为100％开启，循环风机转速为500-800r/min，负压开关打开。
步骤(4)确保导辊上无异物避免给铝卷表面带来印痕、粘铝、擦伤、划伤等缺陷。切边时不允许有毛刺、塔形等；边错层必须小于1mm。
步骤(6)需加脱脂剂清洗，确保达因值≥54，边部波高数值＜2mm；中间波高＜3mm；波数≤3个/m，表面划伤长度≤3mm轻微划伤少于15个/M2，划伤长度≤15mm轻微划伤少于2个/M2，划伤长度＞15mm不允许有。
步骤(7)所述分切、检查、包装过程中，分切后端面错层≤0.5mm，边部荷叶边宽度≤10mm、峰值≤2mm。
本发明还提供利用上述的制备方法制备高强度PCB铝板基铝材。
本发明技术方案得到成品抗拉强度在280Mpa以上，延伸率在2.5以上，各项性能满足高强度PCB铝板基铝材使用要求。
实施例2
首先控制其组成成分及质量百分比为：Si 0.216％，Fe 0.435％，Cu 0.091％，Mn1.513％，Mg 0.004％，Zn 1.44％，Ti 0.054％，Ni 0.0053％，余量为Al。
按照上述成分控制，进行进一步获得成品基材，其具体制备步骤如下：
(1)熔炼、铸轧：按照以上成分进行熔炼、铸轧成一定厚度的坯料；
(2)粗轧：对步骤(1)所述的坯料进行粗轧，经过1～3个道次轧制成坯料的厚度为2.0～4.5mm；
(3)中间退火：对步骤(2)轧制得到的粗轧料进行高温退火，降温速度为2.15℃/min～5℃/min，温度450～600℃，保温时间900～2100min，冷却出炉；冷却6-12h，高温退火后需冷却至料卷温度为50℃后才可进行轧制；
(4)中轧、切边：对步骤(3)所述的已退火料，经过3～6个道次轧制成坯料的厚度为0.4～0.8mm；然后经过12h冷却，进行半成品的纵剪切边处理；
(5)精轧：对步骤(4)制备得到的半成品切边后进行精轧，经过2～3个道次轧制成厚度为0.07～0.2mm的成品，道次的加工率控制20～50％；
(6)表面清洗，板形矫正：对步骤(5)制得的成品采用脱脂剂对铝材进行清洗，清洗速度控制在60-100米/min；
(7)分切、检查、包装：分切完成后进行产品的尺寸、表面、端面检查，然后进行包装。
对上述发明制出成品性能检测，该发明成品抗拉强度达303Mpa，延伸率4.2％；成品性能稳定，满足低性能要求PCB产品制作。
对比例1
首先控制其组成成分及质量百分比为：Si 0.056％，Fe 0.21％，Cu 0.005％，Mn0.005％，Zn 0.0061％，Ti 0.027％，Ni 0.0051％，Ga 0.018％，余量为Al。
按照上述成分控制，进行进一步获得成品基材，其具体制备步骤如下：
(1)熔炼、铸轧：按照以上成分进行熔炼、铸轧成一定厚度的坯料；
(2)粗轧：对步骤(1)所述的坯料进行粗轧，经过1～3个道次轧制成坯料的厚度为2.0～4.5mm；
(3)中轧、切边：对步骤(2)所述的料，经过3～6个道次轧制成坯料的厚度为0.4～0.8mm；然后经过12h冷却，进行半成品的纵剪切边处理；
(4)精轧：对步骤(3)制备得到的半成品切边后进行精轧，经过2～3个道次轧制成厚度为0.07～0.2mm的成品，道次的加工率控制20～50％；
(5)表面清洗，板形矫正：对步骤(5)制得的成品采用脱脂剂对铝材进行清洗，清洗速度控制在60-100米/min；
(6)分切、检查、包装：分切完成后进行产品的尺寸、表面、端面检查，然后进行包装。
对上述发明制出成品性能检测，该发明成品抗拉强度达213Mpa，延伸率4.4％；成品性能稳定，满足低性能要求PCB产品制作。
对比例2
首先控制其组成成分及质量百分比为：Si 0.127％，Fe 0.388％，Cu 0.016％，Mn0.0022％，Zn 0.005％，Ti 0.005％，Ni 0.022％，Ga 0.016％，余量为Al。
按照上述成分控制，进行进一步获得成品基材，其具体制备步骤如下：
(1)熔炼、铸轧：按照以上成分进行熔炼、铸轧成一定厚度的坯料；
(2)粗轧：对步骤(1)所述的坯料进行粗轧，经过1～3个道次轧制成坯料的厚度为2.0～4.5mm；
(3)中轧、切边：对步骤(2)所述的料，经过3～6个道次轧制成坯料的厚度为0.4～0.8mm；然后经过12h冷却，进行半成品的纵剪切边处理；
(4)精轧：对步骤(3)制备得到的半成品切边后进行精轧，经过1～2个道次轧制成厚度为0.21～0.6mm的半成品；
(5)中间退火：对步骤(4)制备的半成品进行退火，降温速度为2.15℃/min～5℃/min，温度350～500℃，保温时间900～1900min，冷却6-12h出炉；
(6)精轧：对步骤(5)制备得到的半成品切边后进行精轧，经过2～3个道次轧制成厚度为0.07～0.2mm的成品，道次的加工率控制20～50％；
(7)表面清洗，板形矫正：对步骤(5)制得的成品采用脱脂剂对铝材进行清洗，清洗速度控制在60-100米/min；
(8)分切、检查、包装：分切完成后进行产品的尺寸、表面、端面检查，然后进行包装。
对上述发明制出成品性能检测，该发明成品抗拉强度达153Mpa，延伸率1.6％；成品性能稳定，满足低性能要求PCB产品制作。
对比例3
首先控制其组成成分及质量百分比为：Si 0.628％，Fe 0.837％，Cu 0.045％，Mn0.0095％，Mg 0.003％，Zn 0.023％，Ti 0.018％，Ni 0.0049％，Cr 0.004余量为Al
按照上述成分控制，进行进一步获得成品基材，其具体制备步骤如下：
(1)熔炼、铸轧：按照以上成分进行熔炼、铸轧成一定厚度的坯料；
(2)粗轧：对步骤(1)所述的坯料进行粗轧，经过1～3个道次轧制成坯料的厚度为2.0～4.5mm；
(3)中间退火：对步骤(2)轧制得到的粗轧料进行高温退火，降温速度为2.15℃/min～5℃/min，温度450～600℃，保温时间900～2100min，冷却6-12h出炉；
(4)中轧、切边：对步骤(3)所述的已退火料，经过3～6个道次轧制成坯料的厚度为0.4～0.8mm；然后经过12h冷却，进行半成品的纵剪切边处理；
(5)精轧：对步骤(4)制备得到的半成品切边后进行精轧，经过2～3个道次轧制成厚度为0.07～0.2mm的成品，道次的加工率控制20～50％；
(6)表面清洗，板形矫正：对步骤(5)制得的成品采用脱脂剂对铝材进行清洗，清洗速度控制在60-100米/min；
(7)分切、检查、包装：分切完成后进行产品的尺寸、表面、端面检查，然后进行包装。
对上述发明制出成品性能检测，该发明成品抗拉强度达185Mpa，延伸率7.6％；成品性能稳定，满足低性能要求PCB产品制作。
附表：不同实施例和对比例性能测试情况
Figure BDA0002428175460000071
Figure BDA0002428175460000081
Mn元素在铝合金中可以通过形成MnAl6化合物弥散质点，能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒，MnAl6可以溶解杂质铁；Zn元素可以促使粗大块状Al6(Fe,Mn)相向球状或椭球状α-Al12(Fe,Mn)3Si相转变的程度增加，同时，可以使Al12(Fe,Mn)3Si更加弥散、细小，分布均匀；可显著增加铝合金强度。结合以上元素特点，最终确定了本发明的合金成分。本发明采用新的合金成分，该成分生产的产品抗拉强度较高，在280Mpa以上。本发明对制作方法进行调整，增加了中间道次退火工序，减少材料成分的偏析及组织的不均匀性，提高了材料的塑性及稳定性。本发明技术方案生产出产品抗拉强度较高达280Mpa以上，满足产品性能使用要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在本发明技术原理的前提下，还可以做出适当改进和优化，这些改进和优化也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高强度PCB铝基板铝材制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）采用以下质量百分比的原料进行熔炼、铸轧成坯料：Si 0.18~0.35%，Fe 0.3~0.6%，Cu 0.05~0.2%，Mn 1.0~1.6%，Mg 0~0.02%，Zn 1.0~2.0%，其他元素0~0.15%，余量为Al；
（2）对坯料经过1~3个道次粗轧为厚度2.0~4.5mm，得到粗轧料；
（3）对粗轧料进行高温退火，降温速度为2.15℃/min~5℃/min，温度450~600℃，保温时间900~2100min，冷却出炉；
（4）对已退火料经过3~6个道次轧制为厚度0.4~0.8mm，冷却后纵剪切边；
（5）经过2~3个道次精轧为厚度0.07~0.2mm的成品，成品性能抗拉强度达到280MPa 以上。
2.根据权利要求1所述的高强度PCB铝基板铝材制备方法，其特征在于，步骤（4）中的冷却时间为10~12h。
3.根据权利要求1所述的高强度PCB铝基板铝材制备方法，其特征在于，步骤（5）中道次的加工率为20~50%。
4.根据权利要求1所述的高强度PCB铝基板铝材制备方法，其特征在于，对步骤（5）制得的成品采用脱脂剂对铝材进行清洗，清洗速度为60-100米/min。
5.根据权利要求4所述的高强度PCB铝基板铝材制备方法，其特征在于，对清洗完成后的成品进行分切，并进行产品的尺寸、表面、端面检查，然后进行包装。
6.根据权利要求5所述的高强度PCB铝基板铝材制备方法，其特征在于，成品分切后端面错层≤0.5mm，边部荷叶边宽度≤10mm、峰值≤2mm。
7.根据权利要求1所述的高强度PCB铝基板铝材制备方法，其特征在于，步骤（3）中退火时吹洗风机开启量为100%开启，循环风机转速为500-800r/min，负压开关打开。
8.根据权利要求1所述的高强度PCB铝基板铝材制备方法，其特征在于，步骤（4）中确保导辊上无异物，切边时控制不出现有毛刺、塔形；边错层小于1mm。
9.根据权利要求4所述的高强度PCB铝基板铝材制备方法，其特征在于，脱脂剂清洗时达因值≥54，边部波高数值＜2mm；中间波高＜3mm；波数≤3个/m，表面划伤长度≤3mm轻微划伤少于15个/m2，划伤长度≤15mm轻微划伤少于2个/m2，控制不出现划伤长度＞15mm。
10.一种高强度PCB铝基板铝材，其特征在于，由权利要求1~9任一项所述方法制备而成。
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