CN112916630B - 一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，所述塑性加工方法包括依次进行的挤压处理与拉拔处理；所述挤压处理包括单道次挤压；所述单道次挤压的截面变形量为90％‑96％；所述拉拔处理包括多道次拉拔；所述多道次拉拔的每个道次分别独立地为单模拉拔。本发明提供的塑性加工方法克服了铝铜合金塑韧性较差的问题，避免了蒸发料在加工过程中出现开裂甚至断丝现象。

Description

一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法
技术领域
本发明属于真空蒸镀技术领域，涉及一种铝铜合金蒸发料，尤其涉及一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法。
背景技术
随着人工智能、5G技术的飞速发展，半导体芯片的市场需求日益扩大。目前真空蒸镀技术广泛应用于晶圆的背金工艺以及封装镀膜中，半导体芯片对其蒸发料的纯度、表面质量要求极高，否则不仅会导致在真空蒸镀过程中产生Peeling、喷溅等缺陷甚至损毁机台，而且会导致膜的性能不均一，进而可能导致芯片报废。相较于超高纯铝，由于超高纯铝铜合金蒸发料的塑韧性较差，因此其塑性加工成型较为困难。目前鲜有关于超高纯铝铜合金蒸发料的报道，然而常规的超高纯铝蒸发料的塑性加工方法无法套用于铝铜合金蒸发料。
CN 110484874A公开了一种高纯铝管溅射靶材的制备方法，包括依次进行的材料准备、材料处理、模具安装、加热铝锭、挤压操作、静置冷却、对辊矫直、退火处理与机械加工等步骤。其中，在高纯铝加热和挤压前，采用多向锻造的方法，使得初始的高纯铝晶粒度降低至1000μm以内；同时，采用较低的加热温度和挤压温度以及挤压速度，有效地避免了高纯铝发生再结晶，产生不利的晶粒变大现象。然而所述制备方法的具体条件依赖于材料组成，并不适用于塑韧性较差的铝铜合金。
CN 105220092A公开了一种用于液晶平板显示器镀膜的高纯铝靶材挤压处理方法，选取高纯实心铝锭加热使其呈半熔融状态，通过运输轨道进入挤压机中，在挤压机和模具的共同作用下铝锭从挤压机出口处缓慢挤出；将冷却后的铝管退火处理，细化晶粒，改善组织；最后根据图纸对铝管进行机械加工，包括表面处理、切割等即得成品。然而所述发明仅适用于溅射靶材的挤压处理，对于真空蒸镀，还包括后续进行的拉拔处理，尤其对于塑韧性较差的铝铜合金，所述发明并未提供相关的技术启示。
由此可见，如何提供一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，克服铝铜合金塑韧性较差的问题，避免蒸发料在加工过程中出现开裂甚至断丝现象，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，所述塑性加工方法克服了铝铜合金塑韧性较差的问题，避免了蒸发料在加工过程中出现开裂甚至断丝现象。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，所述塑性加工方法包括依次进行的挤压处理与拉拔处理。
所述挤压处理包括单道次挤压。
所述单道次挤压的截面变形量为90％-96％，例如可以是90％、91％、92％、93％、94％、95％或96％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述拉拔处理包括多道次拉拔。
所述多道次拉拔的每个道次分别独立地为单模拉拔。
本发明中，所述塑性加工方法通过先后进行的单道次挤压与多道次拉拔，将铝铜合金蒸发料加工至特定尺寸，在加工过程中避免了蒸发料的开裂甚至断丝现象，提升了产品的成材率，满足了真空蒸镀对合金丝的规格需求。
优选地，所述铝铜合金蒸发料的纯度≥5N，例如可以是5N、6N、7N、8N或9N，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述铝铜合金蒸发料的纯度为5N的具体含义是铝铜合金蒸发料中铝与铜的总质量占合金质量的99.999％。
优选地，所述铝铜合金蒸发料的铜含量为0.2-0.5wt％，例如可以是0.2wt％、0.25wt％、0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％或0.5wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述铝铜合金蒸发料为超高纯度铝铜合金，克服了超高纯度铝铜合金塑韧性较差的问题，填补了铝铜合金作为蒸发料的技术空白。
优选地，所述铝铜合金蒸发料在塑性加工之前的规格为
Figure BDA0002912504720000031
例如可以是
Figure BDA0002912504720000032
或
Figure BDA0002912504720000033
但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述挤压处理之前还包括预热处理。
优选地，所述预热处理的温度为250-350℃，例如可以是250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃或350℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述预热处理的时间为10-20min，例如可以是10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述预热处理的对象为铝铜合金蒸发料和挤压机的模具，便于后续挤压处理的顺利进行。
优选地，所述挤压处理的挤压速度为1-3mm/s，例如可以是1mm/s、1.2mm/s、1.4mm/s、1.6mm/s、1.8mm/s、2mm/s、2.2mm/s、2.4mm/s、2.6mm/s、2.8mm/s或3mm/s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述挤压速度为挤出料在挤压方向上的运行速度。
本发明中，所述挤压处理的挤压速度需保持在合理范围内。当挤压速度低于1mm/s时，造成挤压时间不必要的延长；当挤压速度高于3mm/s时，又会导致挤压机功率过高，对设备损耗较为严重。
优选地，所述拉拔处理的拉拔速度为80-150mm/s，例如可以是80mm/s、90mm/s、100mm/s、110mm/s、120mm/s、130mm/s、140mm/s或150mm/s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述拉拔速度为拔出料在拉拔方向上的运行速度。
本发明中，所述拉拔处理的拉拔速度需保持在合理范围内。当拉拔速度低于80mm/s时，造成拉拔时间不必要的延长；当拉拔速度高于150mm/s时，导致合金丝温升较快，增加了断丝的风险。
优选地，所述多道次拉拔的拉拔道次为15-25次，例如可以是15次、16次、17次、18次、19次、20次、21次、22次、23次、24次或25次。
优选地，所述多道次拉拔的每个道次截面变形量为3％-7％，例如可以是3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％或7％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述每个道次截面变形量的计算基准为每个道次拉拔之前的合金丝横截面积，即n+1道次截面变形量是在n道次拉拔后合金丝横截面积的基础上计算得到。
本发明中，所述多道次拉拔的每个道次截面变形量需保持在合理范围内。当每个道次截面变形量低于3％时，造成拉拔道次不必要的增加和拉拔时间不必要的延长；当每个道次截面变形量高于7％时，导致合金丝温升较快，增加了断丝的风险。
优选地，所述多道次拉拔过程中累计截面变形量每达到10％-15％时增加退火处理，例如可以是10％、11％、12％、13％、14％或15％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述累计截面变形量为相邻两次退火处理之间的多道次截面变形量之和，或第一次退火处理前的多道次截面变形量之和，例如拉拔模具的配模为：
Figure BDA0002912504720000051
Figure BDA0002912504720000052
第一次退火处理前的累计截面变形量为10％，以
Figure BDA0002912504720000053
作为计算基准；第二次退火处理前的累计截面变形量为13.9％，以
Figure BDA0002912504720000054
作为计算基准；第三次退火处理前的累计截面变形量为12.9％，以
Figure BDA0002912504720000055
作为计算基准；依次类推，故在此不做赘述。
优选地，所述退火处理的温度为120-180℃，例如可以是120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃或180℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述退火处理的时间为25-35min，例如可以是25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、33min、34min或35min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述退火处理设置在多道次拉拔过程中，避免了在拉拔处理环节合金丝由于截面变形量过大且温度过高时发生断丝现象，从而提升了产品的成材率。
优选地，所述铝铜合金蒸发料在塑性加工之后的规格为
Figure BDA0002912504720000061
例如可以是
Figure BDA0002912504720000062
或
Figure BDA0002912504720000063
但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述铝铜合金蒸发料在塑性加工之后满足了当前市场上真空蒸镀对合金丝的规格要求。
作为本发明优选的技术方案，所述塑性加工方法包括依次进行的预热处理、挤压处理与拉拔处理。
所述预热处理的温度为250-350℃，时间为10-20min。
所述挤压处理包括单道次挤压，截面变形量为90％-96％，挤压速度为1-3mm/s。
所述拉拔处理包括15-25次的多道次单模拉拔，每个道次分别独立地为单模拉拔，每个道次截面变形量为3％-7％，拉拔速度为80-150mm/s，在拉拔过程中累计截面变形量每达到10％-15％时增加温度为120-180℃，时间为25-35min的退火处理。
所述铝铜合金蒸发料的纯度≥5N，铜含量为0.2-0.5wt％，且塑性加工之前的规格为
Figure BDA0002912504720000064
塑性加工之后的规格为
Figure BDA0002912504720000065
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的塑性加工方法通过先后进行的单道次挤压与多道次拉拔，将规格为
Figure BDA0002912504720000066
的铝铜合金蒸发料加工至规格为
Figure BDA0002912504720000067
的合金丝，克服了铝铜合金塑韧性较差的问题，在加工过程中避免了蒸发料的开裂甚至断丝现象，提升了产品的成材率，满足了真空蒸镀对合金丝的规格需求。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，具体包括以下步骤：
(1)将规格为
Figure BDA0002912504720000071
的5N铝铜合金(Cu:0.35wt％)蒸发料与挤压机的模具加热至300℃并保温15min；
(2)利用挤压机以2mm/s的挤压速度经过单道次挤压将蒸发料挤压至规格为
Figure BDA0002912504720000072
的合金丝，截面变形量为95.5％；
(3)利用拉拔机以120mm/s的拉拔速度经过多道次单模拉拔将规格为
Figure BDA0002912504720000073
的合金丝拉拔至规格为
Figure BDA0002912504720000074
的合金丝，拉拔过程中设置有退火处理(150℃×30min)，拉拔模具的配模为：
Figure BDA0002912504720000075
Figure BDA0002912504720000076
本实施例通过先后进行的单道次挤压与多道次拉拔，将规格为
Figure BDA0002912504720000077
的铝铜合金蒸发料加工至规格为
Figure BDA0002912504720000078
的合金丝，克服了铝铜合金塑韧性较差的问题，在加工过程中避免了蒸发料的开裂甚至断丝现象，提升了产品的成材率，满足了真空蒸镀对合金丝的规格需求。
实施例2
本实施例提供一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，具体包括以下步骤：
(1)将规格为
Figure BDA0002912504720000079
的6N铝铜合金(Cu:0.2wt％)蒸发料与挤压机的模具加热至250℃并保温20min；
(2)利用挤压机以3mm/s的挤压速度经过单道次挤压将蒸发料挤压至规格为
Figure BDA0002912504720000081
的合金丝，截面变形量为90％；
(3)利用拉拔机以150mm/s的拉拔速度经过多道次单模拉拔将规格为
Figure BDA0002912504720000082
的合金丝拉拔至规格为
Figure BDA0002912504720000083
的合金丝，拉拔过程中设置有退火处理(120℃×25min)，拉拔模具的配模为：
Figure BDA0002912504720000084
Figure BDA0002912504720000085
本实施例通过先后进行的单道次挤压与多道次拉拔，将规格为
Figure BDA00029125047200000811
的铝铜合金蒸发料加工至规格为
Figure BDA00029125047200000812
的合金丝，克服了铝铜合金塑韧性较差的问题，在加工过程中避免了蒸发料的开裂甚至断丝现象，提升了产品的成材率，满足了真空蒸镀对合金丝的规格需求。
实施例3
本实施例提供一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，具体包括以下步骤：
(1)将规格为
Figure BDA0002912504720000086
的5N铝铜合金(Cu:0.5wt％)蒸发料与挤压机的模具加热至350℃并保温10min；
(2)利用挤压机以1mm/s的挤压速度经过单道次挤压将蒸发料挤压至规格为
Figure BDA00029125047200000813
的合金丝，截面变形量为96％；
(3)利用拉拔机以80mm/s的拉拔速度经过多道次单模拉拔将规格为
Figure BDA0002912504720000087
的合金丝拉拔至规格为
Figure BDA0002912504720000088
的合金丝，拉拔过程中设置有退火处理(180℃×35min)，拉拔模具的配模为：
Figure BDA0002912504720000089
Figure BDA00029125047200000810
Figure BDA0002912504720000091
本实施例通过先后进行的单道次挤压与多道次拉拔，将规格为
Figure BDA0002912504720000092
的铝铜合金蒸发料加工至规格为
Figure BDA0002912504720000093
的合金丝，克服了铝铜合金塑韧性较差的问题，在加工过程中避免了蒸发料的开裂甚至断丝现象，提升了产品的成材率，满足了真空蒸镀对合金丝的规格需求。
实施例4
本实施例提供一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，所述塑性加工方法中除了去除步骤(1)的预热处理过程，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
相较于实施例1，由于本实施例未对铝铜合金蒸发料进行预热处理，导致后续挤压处理过程中挤压机的功率较高，对设备造成一定程度的损伤，且挤压时间发生不必要的延长。
实施例5
本实施例提供一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，所述塑性加工方法除了将步骤(2)中的挤压速度改为4mm/s，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
相较于实施例1，本实施例增大了挤压速度，虽然节约了挤压时间，但是挤压机在工作过程中功率过高，对设备损耗较为严重。
实施例6
本实施例提供一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，所述塑性加工方法除了将步骤(3)中的拉拔速度改为160mm/s，其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
相较于实施例1，本实施例增大了拉拔速度，虽然节约了拉拔时间，但是拉拔过程中合金丝温升较快，存在较高的断丝风险，降低了产品成材率。
实施例7
本实施例提供一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，所述塑性加工方法除了将步骤(3)中拉拔模具的配模改为：
Figure BDA0002912504720000101
Figure BDA0002912504720000102
Figure BDA0002912504720000103
其余条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
相较于实施例1，本实施例的拉拔处理过程中存在单个道次截面变形量高于7％的情况，虽然减少了拉拔道次，但是拉拔过程中合金丝温升较快，存在较高的断丝风险，降低了产品成材率。
对比例1
本对比例提供一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，具体包括以下步骤：
(1)将规格为
Figure BDA0002912504720000104
的5N铝铜合金(Cu:0.35wt％)蒸发料与挤压机的模具加热至300℃并保温15min；
(2)利用挤压机以2mm/s的挤压速度经过单道次挤压将蒸发料挤压至规格为
Figure BDA0002912504720000105
的合金丝，截面变形量为96.2％；
(3)利用拉拔机以120mm/s的拉拔速度经过多道次单模拉拔将规格为
Figure BDA0002912504720000106
的合金丝拉拔至规格为
Figure BDA0002912504720000107
的合金丝，拉拔过程中设置有退火处理(150℃×30min)，拉拔模具的配模为：
Figure BDA0002912504720000108
Figure BDA0002912504720000109
Figure BDA0002912504720000111
相较于实施例1，本对比例的单道次挤压截面变形量高于96％，在挤压过程中蒸发料温升较快且挤压机功率迅速升高，对设备造成严重损伤，大幅度提升了生产成本，不利于能源节约。
对比例2
本对比例提供一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，具体包括以下步骤：
(1)将规格为
Figure BDA0002912504720000112
的5N铝铜合金(Cu:0.35wt％)蒸发料与挤压机的模具加热至300℃并保温15min；
(2)利用挤压机以2mm/s的挤压速度经过单道次挤压将蒸发料挤压至规格为
Figure BDA0002912504720000113
的合金丝，截面变形量为89.3％；
(3)利用拉拔机以120mm/s的拉拔速度经过多道次单模拉拔将规格为
Figure BDA0002912504720000114
的合金丝拉拔至规格为
Figure BDA0002912504720000115
的合金丝，拉拔过程中设置有退火处理(150℃×30min)，拉拔模具的配模为：
Figure BDA0002912504720000116
Figure BDA0002912504720000117
相较于实施例1，本对比例的单道次挤压截面变形量低于90％，造成挤压时间与后续拉拔时间不必要的延长，增加了生产成本。
对比例3
本对比例提供一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，具体包括以下步骤：
(1)将规格为
Figure BDA0002912504720000118
的6N铝铜合金(Cu:0.2wt％)蒸发料与挤压机的模具加热至250℃并保温20min；
(2)利用挤压机以3mm/s的挤压速度经过单道次挤压将蒸发料挤压至规格为
Figure BDA0002912504720000121
的合金丝，截面变形量为96％；
(3)利用拉拔机以150mm/s的拉拔速度经过单道次单模拉拔将规格为
Figure BDA0002912504720000122
的合金丝拉拔至规格为
Figure BDA0002912504720000123
的合金丝，拉拔处理后设置有退火处理(120℃×25min)，拉拔模具的配模为：
Figure BDA0002912504720000124
相较于实施例1，本对比例的采用单道次拉拔，一次性将规格为
Figure BDA0002912504720000125
的合金丝拉拔至规格为
Figure BDA0002912504720000126
的合金丝，在拉拔处理过程中极易发生开裂甚至断丝现象，大幅度降低了产品的成材率。
由此可见，本发明提供的塑性加工方法通过先后进行的单道次挤压与多道次拉拔，将规格为
Figure BDA0002912504720000127
的铝铜合金蒸发料加工至规格为
Figure BDA0002912504720000128
的合金丝，克服了铝铜合金塑韧性较差的问题，在加工过程中避免了蒸发料的开裂甚至断丝现象，提升了产品的成材率，满足了真空蒸镀对合金丝的规格需求。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种铝铜合金蒸发料的塑性加工方法，其特征在于，所述塑性加工方法包括依次进行的挤压处理与拉拔处理；
所述挤压处理包括单道次挤压；
所述单道次挤压的截面变形量为90％-96％，挤压速度为1-3mm/s；
所述拉拔处理包括15-25次的多道次拉拔；
所述多道次拉拔的每个道次分别独立地为单模拉拔，每个道次截面变形量为3％-7％，拉拔速度为80-150mm/s。
2.根据权利要求1所述的塑性加工方法，其特征在于，所述铝铜合金蒸发料的纯度≥5N。
3.根据权利要求1所述的塑性加工方法，其特征在于，所述铝铜合金蒸发料的铜含量为0.2-0.5wt％。
4.根据权利要求1所述的塑性加工方法，其特征在于，所述铝铜合金蒸发料在塑性加工之前的规格为
Figure FDA0003734382260000011
5.根据权利要求1所述的塑性加工方法，其特征在于，所述挤压处理之前还包括预热处理。
6.根据权利要求5所述的塑性加工方法，其特征在于，所述预热处理的温度为250-350℃。
7.根据权利要求5所述的塑性加工方法，其特征在于，所述预热处理的时间为10-20min。
8.根据权利要求1所述的塑性加工方法，其特征在于，所述多道次拉拔过程中累计截面变形量每达到10％-15％时增加退火处理。
9.根据权利要求8所述的塑性加工方法，其特征在于，所述退火处理的温度为120-180℃。
10.根据权利要求8所述的塑性加工方法，其特征在于，所述退火处理的时间为25-35min。
11.根据权利要求1所述的塑性加工方法，其特征在于，所述铝铜合金蒸发料在塑性加工之后的规格为
Figure FDA0003734382260000021
12.根据权利要求1-11任一项所述的塑性加工方法，其特征在于，所述塑性加工方法包括依次进行的预热处理、挤压处理与拉拔处理；
所述预热处理的温度为250-350℃，时间为10-20min；
所述挤压处理包括单道次挤压，截面变形量为90％-96％，挤压速度为1-3mm/s；
所述拉拔处理包括15-25次的多道次单模拉拔，每个道次分别独立地为单模拉拔，每个道次截面变形量为3％-7％，拉拔速度为80-150mm/s，在拉拔过程中累计截面变形量每达到10％-15％时增加温度为120-180℃，时间为25-35min的退火处理；
所述铝铜合金蒸发料的纯度≥5N，铜含量为0.2-0.5wt％，且塑性加工之前的规格为
Figure FDA0003734382260000022
塑性加工之后的规格为
Figure FDA0003734382260000023
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