CN111496006B - 一种金属化薄膜电容器端面喷金用锌合金丝的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属化薄膜电容器端面喷金用锌合金丝的制备方法，包括如下步骤：原料配比；将配比好的原料在中频炉中熔化后，通过连续铸造获得一定线径的连续铸坯杆；将铸坯杆减径加工成连续的粗线坯；粗线坯进行热处理，炉温为275～320°C，保温时间为0.45～1.5h;热处理后的粗线坯在不低于20℃的环境中进行自然冷却；自然冷却后的粗线坯进行拉拔减径。本发明制备的锌铝合金丝，在150～200℃时的屈服强度高于40MPa，电弧喷金过程中不易发生堵枪和炸火，保证喷金作业的顺利进行。

Description

一种金属化薄膜电容器端面喷金用锌合金丝的制备方法

技术领域

本发明涉及金属化薄膜电容器生产领域，具体涉及一种金属化薄膜电容器端面喷金用锌合金丝的制备方法。

背景技术

电容器具有自愈功能、运行可靠、容量稳定、寿命长等特殊优势，应用日趋广泛，尤其在新能源领域得到广泛应用。在电容器制造过程中，先使用表面蒸镀有锌、铝金属的塑料薄膜，通过叠层卷绕等工艺形成电容器的芯子；然后在芯子两个端面通过电弧喷金的工艺分别制作一层0.4~0.6毫米厚的喷金层，作为电容器的两个电极板；最后在喷金层上焊接电容器的两个引线。

为不烫伤芯子，用于电弧喷金制作电容器端面喷金层的合金需要具有较低的熔点，目前以锡锌基合金为主，该类合金成本较高。同时上述材料其喷金层与芯子端面结合强度和工作温度无法满足新能源双“85”的要求，即电容器在85%湿度、85℃条件下，长期稳定工作。其电容器服役过程中受震动、热涨冷缩等原因，容易导致喷金层与芯子端面剥离，造成电容器失效，难以达到新能源电容器可靠、长寿命的要求。随着技术发展，塑料薄膜的耐温性能得到了提高，因此目前也大量采用纯锌作为喷金材料。

经长期研究，发现采用锌铝合金代替纯锌或锡锌基合金制作喷金层，因其喷金层与芯子端面锌铝镀层的膨胀系数相近，故具有结合强度和工作温度更高，电容器更可靠、损耗更小等一系列优点。同时铝资源丰富，合金成本也低，作为喷金层的新型材料具备极大发展潜力。但在使用过程存在容易堵枪和炸火的难题，制约了锌铝合金在电容器领域应用。

由于锌铝合金丝大量用于防腐喷涂行业，其常规生产工艺为：锌铝合金成分配制、浇注成挤压锭、挤压锭经正向挤压机挤压成粗线坯、粗线坯经拉丝模拉拔减径成锌铝合金丝成品。该工艺加工的锌铝合金丝，常规以15kg为一个包装，线径一般在φ3.0mm以上，以人工手持喷枪喷涂作业为主，因此喷涂持续性时间不是太长，线径也较粗，故堵枪现象不太严重，且堵枪对作业过程和质量的影响不是非常严重，故堵枪在防腐喷涂行业未被重视。

但是在电容器制造领域，所用锌铝合金丝材线径较小（一般在φ2mm以下），每个包装重量一般在100~200kg，喷金过程采用全自动，炸火和堵枪会严重影响作业过程和电容器的质量。

针对上述问题，目前也有部分解决方案，比如公开号为CN101985704公开了一种高强度锌合金丝，其重量百分比的组分含量为：铝0.2-0.6%，混合稀土0.01-0.10%，其余为锌及总量不大于0.1%的杂质。所述铝的重量百分比含量为0.3-0.5%。所述混合稀土的重量百分比含量为0.02-0.05%。所述杂质中按重量百分比含量铅≤0.01%，镉≤0.001%。本发明还提供了所述高强度锌合金丝的制备方法，包括以下步骤：1)按成分比例配好原料；2)熔炼；3)铸造；4)热挤压；5)热处理；6)拉伸。本发明提供的高强度锌合金丝强度大、硬度高，价格便宜，可替代传统锌丝用于制作锌丸用于和喷涂防腐工程表面处理等领域。提供的所述高强度锌合金丝的制备方法进一步提高锌合金丝的强度。该方案采用淬火热处理方法，但锌与铝为主要成分的合金，均为非加工硬化材料，故不存在通过淬火明显提高强度的潜力，试验也表明淬火处理并不能明显提高其强度，尤其是150~200℃温度时强度。

再比如公开号为CN101935779A公开了一种金属化薄膜电容器端面喷金用锌铝合金丝公开了在锌铝合金中添加微量元素，添加的微量元素可略提高常温下锌铝合金强度，但150~200℃温度时，对维持合金强度作用不大。

发明内容

本发明解决的一个技术问题是提供一种电容器端面喷金用锌铝合金丝的制备方法，制备的锌铝合金丝在150~200℃温度范围内，仍能保持较高强度，用于电弧喷金制作电容器端面喷金层，其电弧喷金过程不堵枪，有效确保自动喷金过程顺畅。

本发明采用的技术方案是：一种金属化薄膜电容器端面喷金用锌合金丝的制备方法，包括如下步骤：原料配比；将配比好的原料在中频炉中熔化后，通过连续铸造获得一定线径的连续铸坯杆；将铸坯杆减径加工成连续的粗线坯；粗线坯进行热处理，炉温为275～320°C，保温时间为0.45～1.5h;热处理后的粗线坯在不低于20℃的环境中进行自然冷却；自然冷却后的粗线坯进行拉拔减径。

作为本发明的进一步改进，原料配比为铝10～22%wt，余量为锌。

作为本发明的更进一步改进，所述拉拔减径先采用二连式辊模拉拔减径，再采用拉丝模进行成品拉拔减径。

作为本发明的进一步改进，成品拉拔减径中，拉拔前拉丝模涂润滑油。

作为本发明的更进一步改进，所述润滑油其50℃下运动粘度为60～70(mm^2)/s，表面润滑油含量占丝材重量的0.008～0.015%wt。

本发明具有的有益效果：本发明的制备方法，将合金原先细小、沿着挤压/拉拔方向分布的粒状组织转变为适当粗大的片层状组织，并根据热处理温度和时间获得最佳粗大片层状组织的数量，满足150~200℃时的强度需要。本发明制备的锌铝合金丝，在150～200℃时的屈服强度高于40MPa，电弧喷金过程不易发生堵枪和炸火，保证喷金作业的顺利进行。

附图说明

图1为本发明的实施例和对比例制备的锌铝合金丝使用效果对比图。

图2为本发明的对比例2放大3000倍的锌铝合金组织形貌。

图3为本发明的对比例5放大3000倍的锌铝合金组织形貌。

图4为本发明实施例8的放大3000倍的锌铝合金组织形貌。

具体实施方式

下面结合实施例和对比例，对本发明做进一步的说明。

通过对锌铝合金丝的电弧喷金过程堵枪和炸火原因的详细分析发现，主要原因有如下两个：（1）电弧喷金过程产生的电弧区温度高达上千度，期间大电流通过锌铝合金丝与喷枪的导电嘴与导电管，热辐射和大电流电阻热量使得导电嘴与导电管发热，进而将其内部通过的丝材，在进入电弧区之前被加热至150～200℃，在送丝轮的推送作用下，导电管（一般呈10°左右弯角，以提高电接触性能）中的丝材如果缺乏一定的高温强度，则容易发生扭折卡丝，进而无法从导电嘴中顺利导出，或造成两根丝材速度不一致发生炸火，影响电容器质量，或最终卡死在导电嘴中，电弧熄灭，喷金中断，即，发生了“堵枪”。

研究表明，现有技术生产的锌铝合金丝随着温度升高迅速软化，且挤压锭之间的焊合接头受热容易开叉和鼓泡，加上长时间持续电弧喷金，喷枪内部温度升高至150~200℃，常规锌铝合金丝受此温度容易发生软化致扭折，先发生频繁的炸火，最终发生卡丝导致喷金中断（即堵枪），且开叉和鼓泡现象加重了堵枪程度，无法满足自动化生产线顺利喷金的要求。

（2）锌铝合金在熔炼时容易吸氢，后续快速凝固致熔体中氢原子未能迅速逸出，以氢原子的形态存在于合金中，随着放置时间的延长，这些氢原子慢慢扩散至丝材表层下微小孔洞或裂纹等缺陷处，并结合形成氢气，随着孔洞内部氢气压力越来越大，丝材表面慢慢形成鼓包，这些鼓包增大到一定程度后丝材就无法通过导电嘴，而发生卡丝，电弧喷金中断，发生堵枪。

经研究发现，锌铝合金在150~200℃变形时，主要通过晶界及相界的滑移与转动实现材料整体的变形，适当增加晶粒尺寸，减少晶界和相界所占的体积分数，有助于增加晶界和相界滑移与转动变形的抗力，又保持较高塑形，即在常温下，不过度提高锌铝合金丝的强度前提下（过高的强度也会影响送丝顺畅），提高材料150~200℃时的强度。

另外，研究发现通过将锌铝合金丝在高温下且保温一定时间，可以预先使线材表面很快出现鼓包，这些鼓包可以在后续的拉拔减径过程中大部分去除。这样的处理能够避免丝材成品在放置过程中出现表层鼓包，而导致电弧喷涂过程中发生堵枪。

因此为保证锌铝合金丝能够实现顺利电弧喷金，需要保持其在150~200℃时仍有较高的强度，避免受热软化而发生扭折卡丝。同时需要去除丝材中的氢原子，避免丝材表面出现鼓包。

一种金属化薄膜电容器端面喷金用锌合金丝的制备方法，包括如下步骤：

（1）原料配比；

（2）将配比好的原料在中频炉中熔化后，通过连续铸造获得一定线径的连续铸坯杆；

（3）将铸坯杆减径加工成连续的粗线坯；

（4）粗线坯进行热处理，炉温为275～320°C，保温时间为0.45～1.5h；

（5）热处理后的粗线坯在不低于20℃的环境中进行自然冷却；

（6）自然冷却后的粗线坯进行拉拔减径。

进一步地，所述原料配比为铝10～22%wt，余量为锌。

进一步地，所述拉拔减径先采用二连式辊模拉拔减径，再采用拉丝模进行成品拉拔减径。

进一步地，所述成品拉拔减径中，拉拔前拉丝模涂润滑油。

进一步地，所述润滑油其50℃下运动粘度为60～70(mm^2)/s，表面润滑油含量占丝材重量的0.008～0.015%wt。

通过275℃~320℃的保温，丝材内氢原子扩散到丝材表层下缺陷处，形成氢气，使丝材表面产生了一定的鼓包，在后续的拉拔过程中，这些鼓包绝大部分被消除或减小，保证了锌铝合金丝材的线径稳定性，确保后续电弧喷金的顺利进行。另外，在成品拉拔减径时表面涂抹适量的润滑油，部分润滑油会保留在丝表面，适量的润滑油可减小丝材与送丝管的摩擦力，降低丝材在送丝途中的阻力，有利于顺利喷金作业。但不恰当的润滑油会导致导向管内润滑油聚集，粘附较多的喷金灰尘和杂物，反而导致送丝阻力增加。

实施例1，一种金属化薄膜电容器端面喷金用锌合金丝的制备方法，包括如下步骤：按重量百分比将10%wt的铝（Al），余量为锌（Zn），在中频炉中熔化后，采用连续铸造的方法获得线径为Φ14mm的连续坯杆；经减径加工连续轧制将Φ14mm坯杆加工成连续的Φ4.0mm粗线坯；将粗线坯放入热处理炉中进行处理，炉温为275℃，保温时间为0.45小时；将粗线坯从炉中取出，在不低于20℃的空气中自然冷却；将热处理后并冷却的粗线坯，用二连式辊模拉拔减径至Φ1.66mm的线径，连续拉拔减径过程温度不超过70℃；成品拉丝模拉拔，其规格尺寸为Φ1.60mm，拉拔同时对线材表面涂抹润滑油，在拉丝模前添加50℃下运动粘度为60~70(mm^2)/s的润滑油，润滑油含量为0.008%wt。

实施例2，与实施例1相比其区别为，粗线坯热处理的保温时间为1.5小时；成品拉丝模拉拔的润滑油含量为0.009%wt。

实施例3，与实施例1相比其区别为，粗线坯热处理的炉温为320℃，保温时间为1.5小时。

实施例4，与实施例3相比其区别为，粗线坯先用二连式辊模拉拔减径至Φ2.10mm的线径；成品拉丝模拉拔，其规格尺寸为Φ2.00mm，润滑油含量为0.005%wt。

实施例5，与实施例1相比其区别为，原料配比为15%wt的铝（Al），余量为锌（Zn）；粗线坯先用二连式辊模拉拔减径至Φ1.68mm的线径；成品拉丝模拉拔，其规格尺寸为Φ1.60mm，润滑油含量为0.005%wt。

实施例6，与实施例5相比其区别为，粗线坯热处理保温时间为1.5小时。

实施例7，与实施例5相比其区别为，粗线坯热处理炉温为320℃；粗线坯先用二连式辊模拉拔减径至Φ1.65mm的线径；成品拉丝模拉拔，润滑油含量为0.010%wt。

实施例8，与实施例7相比其区别为，粗线坯先用二连式辊模拉拔减径至Φ1.68mm的线径；成品拉丝模拉拔，其规格尺寸为Φ2.00mm，润滑油含量为0.0005%wt。

实施例9，与实施例1相比其区别为，原料配比为22%wt的铝（Al），余量为锌（Zn）；粗线坯先用二连式辊模拉拔减径至Φ1.66mm的线径；润滑油含量为0.007%wt。

实施例10，与实施例9相比其区别为，粗线坯热处理保温时间为1.5小时；润滑油含量为0.006%wt。

实施例11，与实施例10相比其区别为，粗线坯热处理炉温为320°C，粗线坯先用二连式辊模拉拔减径至Φ2.09mm的线径；润滑油含量为0.006%wt。

实施例12，与实施例11相比其区别为，成品拉丝模拉拔，其规格尺寸为Φ2.00mm，润滑油含量为0.0005%wt。

对比例1，将10%wt的铝（Al）、余量为锌（Zn）的原料在中频炉中熔化后，采用连续铸造的方法获得线径为Φ14mm的连续坯杆；经连续轧制将Φ14mm坯杆加工成连续的Φ4.5mm粗线坯；经拉丝模拉拔至Φ2.00mm成品。

对比例2：将15%wt的铝（Al）、余量为锌（Zn）的原料在中频炉中熔化后，采用连续铸造的方法获得线径为Φ14mm的连续坯杆；经连续轧制将Φ14mm坯杆加工成连续的Φ4.5mm粗线坯；经拉丝模拉拔至Φ2.00mm成品。

对比例3：将22%wt的铝（Al）、余量为锌（Zn）的原料在中频炉中熔化后，采用连续铸造的方法获得线径为Φ14mm的连续坯杆；经连续轧制将Φ14mm坯杆加工成连续的Φ4.5mm粗线坯；经拉丝模拉拔至Φ2.00mm。

对比例4：常规锌铝合金丝的制备方法，将10%wt的铝（Al）、余量为锌（Zn）的原料在中频炉中熔化后，浇注成挤压锭；通过正向挤压机将挤压锭挤压成Φ4.5mm粗线坯；经拉丝模拉拔至Φ2.00mm成品。

对比例5：常规锌铝合金丝的制备方法，将15%wt的铝（Al）、余量为锌（Zn）的原料在中频炉中熔化后，浇注成挤压锭；通过正向挤压机将挤压锭挤压成Φ4.5mm粗线坯；经拉丝模拉拔至Φ2.00mm成品。

对比例6：常规锌铝合金丝的制备方法，将22%wt的铝（Al）、余量为锌（Zn）的原料在中频炉中熔化后，浇注成挤压锭；通过正向挤压机将挤压锭挤压成Φ4.5mm粗线坯；经拉丝模拉拔至Φ2.00mm成品。

上述实施例和对比例的杂质总量≤0.007%，上述实施例和对比例制备的锌铝合金丝使用效果对比如下：

本发明的制备方法，将合金原先细小、沿着挤压/拉拔方向分布的粒状组织转变为适当粗大的片层状组织，并根据热处理温度和时间获得最佳粗大片层状组织的数量，满足150~200℃时的强度需要，如图4所示，呈现粗大的片层状组织，减小晶界和相界面的体积分数，使得晶界和相界的滑移及转动变得困难；通过实施例和对比例的对比可发现，本发明制备的锌铝合金，其晶界和相界上存在高熔点的质点，在150~200℃下钉扎晶界和相界，增加晶界和相界的滑移和转动阻力，进而提高合金材料150~200℃时强度，同时也不过度增加常温下的合金强度。

大量的试验表明，当锌铝合金丝在150~200℃时的屈服强度低于40MPa，容易发生堵枪和炸火现象。本发明的锌铝合金丝材，其150~200℃时的屈服强度高于40MPa，电弧喷金过程不易发生堵枪和炸火，保证喷金作业的顺利进行。

本领域技术人员应当知晓，本发明的保护方案不仅限于上述的实施例，还可以在上述实施例的基础上进行各种排列组合与变换，在不违背本发明精神的前提下，对本发明进行的各种变换均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种金属化薄膜电容器端面喷金用锌合金丝的制备方法，满足锌合金丝在150～200℃时的屈服强度要求，包括如下步骤：

原料配比；所述原料配比为铝10～22%wt，余量为锌；

将配比好的原料在中频炉中熔化后，通过连续铸造获得一定线径的连续铸坯杆；

将铸坯杆减径加工成连续的粗线坯；

粗线坯进行热处理，炉温为275～320°C，保温时间为0.45～1.5h；

热处理后的粗线坯在不低于20℃的环境中进行自然冷却；

自然冷却后的粗线坯进行拉拔减径。

2.根据权利要求1所述的一种金属化薄膜电容器端面喷金用锌合金丝的制备方法，其特征是所述拉拔减径先采用二连式辊模拉拔减径，再采用拉丝模进行成品拉拔减径。

3.根据权利要求2中所述的一种金属化薄膜电容器端面喷金用锌合金丝的制备方法，其特征是所述成品拉拔减径中，拉拔前拉丝模涂润滑油。

4.根据权利要求3所述的一种金属化薄膜电容器端面喷金用锌合金丝的制备方法，其特征是所述润滑油其50℃下运动粘度为60～70(mm^2)/s，表面润滑油含量占丝材重量的0.008～0.015%wt。

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