CN113210433A - 一种优化金属极薄带表面微结构的方法 - Google Patents

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赵敬伟
周存龙
王天翔
杜华云
黄庆学
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Abstract

本发明公开了一种优化金属极薄带表面微结构的方法。该方法是将水、轧制润滑油和纳米粒子混合并进行高速搅拌和超声振动处理，配置成纳米润滑剂；再将金属极薄带清洗干净备用；再将金属极薄带送入轧机进行轧制，轧制过程中向上、下工作辊均匀喷涂配置好的纳米润滑剂；轧制结束后清洗金属极薄带表面。本发明利用纳米粒子对金属极薄带表面微结构进行优化的同时不对金属极薄带的厚度构成显著影响，纳米粒子在轧制过程中起到滚珠、抛光、填充修复和形成保护膜等作用，达到优化金属极薄带表面微结构、降低表面粗糙度、提高表面质量的目的。本发明所使用的纳米润滑剂可实现回收再利用，降低工艺成本，减少因润滑剂排放对环境造成的污染。

Description

一种优化金属极薄带表面微结构的方法
技术领域
本发明涉及轧制技术领域，具体涉及一种优化金属极薄带表面微结构的方法。
背景技术
金属极薄带因具有优良的性质而受到人们广泛的关注，在航空航天、军事、国防、电子通信、医疗器械、仪器仪表等领域应用广泛。随着微制造、微电子、微机电系统等高技术领域的快速发展，对金属极薄带的表面质量提出了更高的要求。较厚的金属板材可通过喷丸、研磨、滚压等方法来优化表面微结构，降低表面粗糙度，提高表面质量，金属极薄带因厚度薄而无法采用传统的喷丸、研磨、滚压等方法来改善表面质量。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种优化金属极薄带表面微结构的方法，通过在轧制过程中喷涂纳米润滑剂，纳米润滑剂中的纳米粒子在轧制过程中起到切削、填充、保护膜以及“滚珠轴承”作用，可在不改变金属极薄带厚度的条件下优化表面微结构，降低表面粗糙度，进而明显提高表面质量。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种优化金属极薄带表面微结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将水、油和纳米粒子按照比例混合并进行高速搅拌和超声振动处理，配置好纳米润滑剂；
步骤2，将金属极薄带清洗干净备用；
步骤3，将金属极薄带送入轧机进行单道次或多道次轧制，在每道次的轧制过程中向上、下工作辊均匀喷涂步骤1中配置好的纳米润滑剂；
步骤4，轧制结束后清洗金属极薄带表面。
进一步地，所述步骤1配置的纳米润滑剂中，油的质量分数为1％-4％，纳米粒子的质量分数不大于4％，其余为水。
再进一步地，所述步骤1中的油为轧制润滑油。
更进一步地，所述步骤1中的纳米粒子为金属氧化物、石墨烯或氧化石墨烯，其中金属氧化物为TiO2、ZrO2、Fe3O4、Al2O3、ZnO或CuO。
更进一步地，所述步骤1中的纳米粒子尺寸或片层厚度不大于60nm。
更进一步地，所述步骤2中金属极薄带的厚度为10μm-200μm。
更进一步地，所述步骤2和4中的清洗具体是使用无水乙醇进行清洗。
更进一步地，所述步骤3轧制过程中对金属极薄带施加前后张力。
更进一步地，所述步骤3轧制时将工作辊辊缝调整至金属极薄带厚度以下。
更进一步地，所述金属极薄带材料为纯铁、不锈钢、碳钢、高强钢、钛、铜、镁、铝、钽、铌、钒、钼、钛合金、铜合金、镁合金、铝合金、钽合金、铌合金、钒合金或钼合金。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明纳米润滑剂中的纳米粒子在轧制过程中起到滚珠、抛光、填充修复和形成保护膜等作用，达到优化金属极薄带表面微结构、降低表面粗糙度、提高表面质量的目的。
2、本发明利用纳米粒子对金属极薄带表面微结构进行优化的同时不对金属极薄带的厚度构成显著影响。
3、本发明所使用的纳米润滑剂可实现回收再利用，降低工艺成本，减少因润滑剂排放对环境造成的污染。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
图2是实施例1中原始金属极薄带厚度。
图3是实施例1中轧后金属极薄带厚度。
图4是实施例1中金属极薄带原始表面3D图像。
图5是实施例1中金属极薄带采用纳米润滑剂轧制后的表面3D图像。
图中，1-第一喷射系统，2-第二喷射系统。
具体实施方式
下面通过具体实施例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，所述具体实施方式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
如图1-5所示，一种优化金属极薄带表面微结构的方法，包括以下步骤：
步骤1，将水、轧制润滑油和纳米粒子按照98.5：1：0.5(质量分数)的比例混合并进行高速搅拌和超声振动处理，配置好纳米润滑剂；其中纳米粒子为TiO2，粒径为5nm；
步骤2，将厚度为50μm的304奥氏体不锈钢极薄带表面用无水乙醇清洗干净备用；
步骤3，将步骤2中清洗好的304奥氏体不锈钢极薄带送入轧机进行单道次轧制，轧制速度为0.5m/min，工作辊辊缝为40μm。轧制过程中通过卷取机对304奥氏体不锈钢极薄带施加前后张力，并用第一喷射系统1向上工作辊、第二喷射系统2向下工作辊均匀喷涂步骤1中配置好的纳米润滑剂，使整个上、下工作辊表面均匀覆盖纳米润滑剂；
步骤4，轧制结束后用无水乙醇清洗304奥氏体不锈钢极薄带表面。
实施例2
如图1所示，一种优化金属极薄带表面微结构的方法，包括以下步骤：
步骤1，将水、轧制润滑油和纳米粒子按照95：4：1(质量分数)的比例混合并进行高速搅拌和超声振动处理，配置好纳米润滑剂；其中纳米粒子为石墨烯纳米片，纳米片厚度10nm；
步骤2，将厚度为10μm的T2紫铜极薄带表面用无水乙醇清洗干净备用；
步骤3，将步骤2中清洗好的T2紫铜极薄带送入轧机进行两道次轧制，轧制速度为0.5m/min，工作辊辊缝为8μm。轧制过程中通过卷取机对T2紫铜极薄带施加前后张力，并用第一喷射系统1向上工作辊、第二喷射系统2向下工作辊均匀喷涂步骤1中配置好的纳米润滑剂，使整个上、下工作辊表面均匀覆盖纳米润滑剂；
步骤4，轧制结束后用无水乙醇清洗T2紫铜极薄带表面。
实施例3
如图1所示，一种优化金属极薄带表面微结构的方法，包括以下步骤：
步骤1，将水、轧制润滑油和纳米粒子按照95：1：4(质量分数)的比例混合并进行高速搅拌和超声振动处理，配置好纳米润滑剂；其中纳米粒子为Fe3O4，粒径为60nm；
步骤2，将厚度为200μm的AZ31B镁合金极薄带表面用无水乙醇清洗干净备用；
步骤3，将步骤2中清洗好的AZ31B镁合金极薄带送入轧机进行三道次轧制，轧制速度为0.5m/min，工作辊辊缝为195μm。轧制过程中通过卷取机对AZ31B镁合金极薄带施加前后张力，并用第一喷射系统1向上工作辊、第二喷射系统2向下工作辊均匀喷涂步骤1中配置好的纳米润滑剂，使整个上、下工作辊表面均匀覆盖纳米润滑剂；
步骤4，轧制结束后用无水乙醇清洗AZ31B镁合金极薄带表面。
本发明的待轧制金属极薄带不限于上述实施例中的金属材料，还可以为纯铁、碳钢、高强钢、钛、镁、铝、钽、铌、钒、钼、钛合金、铜合金、铝合金、钽合金、铌合金、钒合金或钼合金中的任意一种；上述实施例1-3中的金属极薄带材料不仅限于304奥氏体不锈钢、T2紫铜、AZ31B镁合金，还可以为不锈钢、铜或镁合金中的任意一种牌号。
从图2-3可以看出，304奥氏体不锈钢极薄带原始厚度与采用纳米润滑剂轧制后厚度基本相同。原始304奥氏体不锈钢极薄带表面较为粗糙，表面粗糙度数值为Ra＝2.07μm，如图4所示。轧后304奥氏体不锈钢极薄带表面较为光滑，表面粗糙度数值为Ra＝0.18μm，如图5所示。可见其表面微结构获得了优化，表面质量得到了改善。

Claims (10)

1.一种优化金属极薄带表面微结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将水、油和纳米粒子按照比例混合并进行高速搅拌和超声振动处理，配置好纳米润滑剂；
步骤2，将金属极薄带清洗干净备用；
步骤3，将金属极薄带送入轧机进行单道次或多道次轧制，在每道次的轧制过程中向上、下工作辊均匀喷涂步骤1中配置好的纳米润滑剂；
步骤4，轧制结束后清洗金属极薄带表面。
2.根据权利要求1所述的一种优化金属极薄带表面微结构的方法，其特征在于：所述步骤1配置的纳米润滑剂中，油的质量分数为1％-4％，纳米粒子的质量分数不大于4％，其余为水。
3.根据权利要求1所述的一种优化金属极薄带表面微结构的方法，其特征在于：所述步骤1中油为轧制润滑油。
4.根据权利要求1所述的一种优化金属极薄带表面微结构的方法，其特征在于：所述步骤1中的纳米粒子为金属氧化物、石墨烯或氧化石墨烯，其中金属氧化物为TiO2、ZrO2、Fe3O4、Al2O3、ZnO或CuO。
5.根据权利要求4所述的一种优化金属极薄带表面微结构的方法，其特征在于：所述步骤1中的纳米粒子尺寸或片层厚度不大于60nm。
6.根据权利要求1所述的一种优化金属极薄带表面微结构的方法，其特征在于：所述步骤2中金属极薄带的厚度为10μm-200μm。
7.根据权利要求1所述的一种优化金属极薄带表面微结构的方法，其特征在于：所述步骤2和4中的清洗具体是使用无水乙醇进行清洗。
8.根据权利要求1所述的一种优化金属极薄带表面微结构的方法，其特征在于：所述步骤3的轧制过程中对金属极薄带施加前后张力。
9.根据权利要求1所述的一种优化金属极薄带表面微结构的方法，其特征在于：所述步骤3轧制时将工作辊辊缝调整至金属极薄带厚度以下。
10.根据权利要求1所述的一种优化金属极薄带表面微结构的方法，其特征在于：所述金属极薄带材料为纯铁、不锈钢、碳钢、高强钢、钛、铜、镁、铝、钽、铌、钒、钼、钛合金、铜合金、镁合金、铝合金、钽合金、铌合金、钒合金或钼合金。
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