CN115491623B - 一种基于外场处理的无氧铜残余应力调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于外场处理的无氧铜残余应力调控方法，包括S1、将多块无氧铜板原始样品分别单独进行无处理、脉冲电场处理和脉冲磁场处理；S2、将处理完成后的所述无氧铜板进行压力机保压，并得到在不同条件下无氧铜板保压后的翘曲度的变化值；S3、选取翘曲度变化值最大时对应的处理方式作为无氧铜板残余应力的调控方式；S4、基于该调控方式，配置多组对应的实施参数，以得到无氧铜板残余应力调控的最优参数组合。本发明通过对外场作用下无氧铜微观组织、力学性能、耐腐蚀性能及导电性的探究，明确了外场作用，特别是脉冲电场对改善铜的组织性能有明显的作用，而脉冲磁场对调控铜板的残余应力抑制板型的回弹具有明显的效果。
Description
技术领域
本发明属于无氧铜残余应力的技术领域，具体涉及一种基于外场处理的无氧铜残余应力调控方法。
背景技术
无氧铜为不含氧也不含任何脱氧剂残留物的纯铜。但实际上还是含有非常微量氧和一些杂质。按标准规定，氧的含量不大于0.003％，杂质总含量不大于0.05％，铜的纯度大于99.95％。无氧铜制品主要用于电子工业。常制成无氧铜板、无氧铜带、无氧铜线等铜材。
无氧铜无氢脆现象，导电率高，加工性能和焊接性能、耐蚀性能和低温性能均好。无氧铜一般用于音响器材、真空电子器件、电缆电工电子应用之中。其中无氧铜中有LC-OFC(线形结晶无氧铜或结晶无氧铜)：纯度在99.995％以上和OCC(单晶无氧铜)：纯度高，在99.996％以上，分为PC-OCC和UP-OCC等。
无氧铜材料具有很多优异的性能，因此被广泛应用于诸多的领域，在工业中，将无氧铜材料制备为无氧铜板，并广泛应用于电子元器件、信息通讯、机械制造、航天航空、建筑化工、能源等领域。
但是随着社会的不断发展，铜板的传统加工方法及力学性能很难满足工业上对其性能的更高要求，严重限制其在各工程领域的进一步发展及应用。因此，为满足对材料性能的更高要求，科研工作者不断开发各种新技术、新工艺、新方法，以期促进铜的进一步发展与应用。
通常，高强度和高塑性在材料中总是不可兼得。目前工业上的制备方法多是以均衡塑性或强度的方式来衡量材料的综合力学性能，以达到工件应用所需。近年来，通过采用等径角挤压、高压扭转、累积叠轧等大塑性变形方法制备的块体纳米/超细晶结构材料，使材料的强度大幅度上升，但是他们的塑性却非常低。
且无氧铜板在生产过程中难免产生一定的残余应力，残余应力的存在，一方面会降低工件的强度，使其在应用过程中产生变形和开裂等缺陷；另一方面又会在制造后的自然释放过程中使材料的疲劳强度、应力腐蚀等力学性能降低，从而造成使用中出现问题。因此，如何调控无氧铜板材料中的残余应力就变得尤为重要，这对于保障生产、稳定产品质量等方面都有极其重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种基于外场处理的无氧铜残余应力调控方法，以解决现有技术缺少对无氧铜板残余应力调控手段的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于外场处理的无氧铜残余应力调控方法，其包括以下步骤：
S1、将多块无氧铜板原始样品分别单独进行无处理、脉冲电场处理和脉冲磁场处理；
S2、将处理完成后的所述无氧铜板进行压力机保压，并得到在不同条件下无氧铜板保压后的翘曲度的变化值；
S3、选取翘曲度变化值最大时对应的处理方式作为无氧铜板残余应力的调控方式；
S4、基于该调控方式，配置多组对应的实施参数，以得到无氧铜板残余应力调控的最优参数组合。
进一步地，步骤S1中脉冲电场处理的参数为：电压2.5V，电流密度100A每平方毫米，脉冲频率50HZ，脉冲个数6个，相邻脉冲的时间间隔为1毫秒，脉冲总个数5994个。
进一步地，步骤S1中脉冲磁场处理的参数包括：
磁场强度为2T，磁场方向为1个正向磁场和1个反向磁场交替进行，磁场总个数为60个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s。
进一步地，步骤S1中脉冲磁场处理的参数还包括：
磁场强度为1.5T，磁场方向为正向磁场，磁场总个数为30个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s。
进一步地，步骤S1中脉冲磁场处理的参数还包括：
磁场强度为1.5T，磁场方向为正向磁场，磁场总个数为30个，磁场方向与无氧铜板长度方向平行，且无氧铜板的凹面朝向上方，两个磁场处理之间的间隔为10s。
进一步地，步骤S3中选取脉冲磁场处理方式作为无氧铜板残余应力的调控方式。
进一步地，步骤S4中配置多组对应的实施参数，具体包括：
磁场强度为1.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为30个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
磁场强度为1.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为60个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
磁场强度为2.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为30个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
磁场强度为2.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为60个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
磁场强度为2.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为90个，无氧铜板反向垂直N极，即无氧铜板的凸面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s。
进一步地，采用步骤S4中配置的多组实施参数对无氧铜板进行残余应力调控，得到无氧铜板残余应力调控的最优参数组合为：
磁场强度为2.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为90个，无氧铜板反向垂直N极，即无氧铜板的凸面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s。
本发明提供的基于外场处理的无氧铜残余应力调控方法，具有以下有益效果：
本发明通过分别采用无处理、脉冲电场处理和脉冲磁场对无氧铜板进行单独处理，并分析无氧铜板的翘曲度变化值选取脉冲磁场作为无氧铜板残余应力的调控方式；并通过多组脉冲磁场的参数配置，再次进行翘度变化分析，以得到最优的参数组合。
本发明通过对外场作用下无氧铜微观组织、力学性能、耐腐蚀性能及导电性的探究，明确了外场作用对特别是脉冲电场对改善铜的组织性能有明显的作用，而脉冲磁场对调控铜板的残余应力抑制板型的回弹具有明显的效果。
附图说明
图1为本发明试验过程图；
图2为本发明不同处理工艺条件下铜板翘曲度的变化；
图3为本发明不同脉冲磁场处理工艺条件下铜板翘曲度的变化；
图4为本发明无氧铜板上测试点的分布图；
图5为本发明无氧铜板材脉冲磁场处理前后残余应力的变化图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1，参考图1，本方案的基于外场处理的无氧铜残余应力调控方法，本实施例利用脉冲电磁场技术进行无氧铜残余应力调控，脉冲电磁场作为一种新型的材料性能调控技术，是利用脉冲磁场或电场在场效应的作用下改善材料内部缺陷状态，激发原子迁移，在微观和宏观上反应为材料组织和性能的变化，本实施例具体包括以下步骤：
步骤S1、将多块无氧铜板原始样品分别单独进行无处理、脉冲电场处理和脉冲磁场处理；
其中，如表1所示：
表1
脉冲电场处理的参数为：电压2.5V，电流密度100A每平方毫米，脉冲频率50HZ，脉冲个数6个，相邻脉冲的时间间隔为1毫秒，脉冲总个数5994个。
脉冲磁场处理的参数包括：
磁场强度为2T，磁场方向为1个正向磁场和1个反向磁场交替进行，磁场总个数为60次，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s。
脉冲磁场处理的参数包括：
磁场强度为1.5T，磁场方向为正向磁场，磁场总个数为30个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s。
脉冲磁场处理的参数包括：
磁场强度为1.5T，磁场方向为正向磁场，磁场总个数为30个，磁场方向与无氧铜板长度方向平行，且无氧铜板的凹面朝向上方，两个磁场处理之间的间隔为10s。
需要说明的是，本实施例在无氧铜板上标注N极，其中“正向磁场”的含义是其N极方向标识的N极方向一致，“反向磁场”的含义是其N极方向与正向磁场N极方向相反；垂直于轴线是磁场方向与无氧铜板样品长度方向的中垂线平行，样品的凹面朝向N极；“平行于轴线”是磁场方向与样品的长度方向平行，样品的凹面朝向上方。
步骤S2、将处理完成后的无氧铜板进行压力机保压，并得到在不同条件下无氧铜板保压后的翘曲度的变化值；
参考图2，为不同处理工艺条件处理的样品在保压后翘曲度的变化；无氧铜板样品在保压之后翘曲度均下降了。但是在单脉冲电场作用后样品翘曲度的变化跟未处理样品基本一致，而脉冲磁场作用下试样的翘曲度下降率可达36.1％，说明在脉冲磁场处理之后更容易被矫直。
步骤S3、选取翘曲度变化值最大时对应的处理方式作为无氧铜板残余应力的调控方式；
即由步骤S1和步骤S2，可得脉冲磁场对无氧铜板材的回弹抑制作用更明显，且处理过程中试样方向与磁场方向垂直效果更佳，故本实施例将脉冲磁场的处理方式作为无氧铜板残余应力的调控方式。
步骤S4、基于该调控方式，配置多组对应的实施参数，以得到无氧铜板残余应力调控的最优参数组合，具体实施参数如表2所示，其包括以下几种：
表2
磁场强度为1.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为30个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
磁场强度为1.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为60个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
磁场强度为2.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为30个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
磁场强度为2.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为60个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
磁场强度为2.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为90个，无氧铜板反向垂直N极，即无氧铜板的凸面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s
参考图3，为本步骤采用上述参数实施的不同脉冲磁场工艺处理的样品在保压后翘曲度的变化，通过进一步的工艺优化可知，当脉冲磁场强度增加到2.5T，处理次数为90次时板材的翘曲度变化可到65.3％。
即本实施例无氧铜板残余应力调控的最优参数组合为：
磁场强度为2.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为90个，无氧铜板反向垂直N极，即无氧铜板的凸面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s。
参考图4和表3，如下表所示：
表3
脉冲电磁处理对铜板材的残余应力变化的影响，发现经脉冲电磁处理的纯铜板带，处理后残余应力降低，分布更均匀，有利于板材的加工成型。
参考图5，从板材的翘曲度变化可知，脉冲磁场对无氧铜板材的回弹抑制作用更明显。分析脉冲磁场处理前后板材残余应力的变化，经脉冲磁场处理后，相同点位的残余应力变小了，说明脉冲磁场可以改善试样的应力的分析，从而抑制板材回弹。
本发明通过对外场作用下无氧铜微观组织、力学性能、耐腐蚀性能及导电性的探究，明确了外场作用对特别是脉冲电场对改善铜的组织性能有明显的作用，而脉冲磁场对调控铜板的残余应力抑制板型的回弹具有明显的效果。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于外场处理的无氧铜残余应力调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将多块无氧铜板原始样品分别单独进行无处理、脉冲电场处理和脉冲磁场处理；
S2、将处理完成后的所述无氧铜板进行压力机保压，并得到在不同条件下无氧铜板保压后的翘曲度的变化值；
S3、选取翘曲度变化值最大时对应的处理方式作为无氧铜板残余应力的调控方式；
S4、基于该调控方式，配置多组对应的实施参数，以得到无氧铜板残余应力调控的最优参数组合；
所述步骤S1中脉冲电场处理的参数为：电压2.5V，电流密度100A每平方毫米，脉冲频率50HZ，脉冲个数6个，相邻脉冲的时间间隔为1毫秒，脉冲总个数5994个；
所述步骤S1中脉冲磁场处理的参数包括：
磁场强度为2T，磁场方向为1个正向磁场和1个反向磁场交替进行，磁场总个数为60个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
所述步骤S1中脉冲磁场处理的参数还包括：
磁场强度为1.5T，磁场方向为正向磁场，磁场总个数为30个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
所述步骤S1中脉冲磁场处理的参数还包括：
磁场强度为1.5T，磁场方向为正向磁场，磁场总个数为30个，磁场方向与无氧铜板长度方向平行，且无氧铜板的凹面朝向上方，两个磁场处理之间的间隔为10s；
所述步骤S3中选取脉冲磁场处理方式作为无氧铜板残余应力的调控方式；
所述步骤S4中配置多组对应的实施参数，具体包括：
磁场强度为1.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为30个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
磁场强度为1.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为60个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
磁场强度为2.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为30个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
磁场强度为2.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为60个，磁场方向与无氧铜板长度方向的中垂线平行，且无氧铜板的凹面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
磁场强度为2.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为90个，无氧铜板反向垂直N极，即无氧铜板的凸面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s；
采用步骤S4中配置的多组实施参数对无氧铜板进行残余应力调控，得到无氧铜板残余应力调控的最优参数组合为：
磁场强度为2.5T，磁场方向为单正向，磁场处理总个数为90个，无氧铜板反向垂直N极，即无氧铜板的凸面朝向N极，两个磁场处理之间的间隔为10s。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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