CN115852279B - 一种锰铜合金极薄带材加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锰铜合金极薄带材加工方法，该方法采用热处理工艺和轧制工艺分别控制最后轧制前锰铜合金带材组织的晶粒，尤其是孪晶的尺寸和数量，和最后轧制过程中极薄带材板形，解决现有技术中极薄精密锰铜合金带材加工过程中的表面橘皮状板形不良缺陷问题。

Description

一种锰铜合金极薄带材加工方法

技术领域

本发明属于合金带材加工领域，涉及一种锰铜合金极薄带材加工方法。

背景技术

精密合金薄带可作为贴片电阻使用，片式结构的精密金属箔电阻器，具有体积小、精度高、温度系数小、稳定性好、抗静电放电（ESD）能力强、可靠性高等良好的电气特性，可广泛应用于汽车智能、半导体芯片、航空、航天、航海、各类工业仪器、仪表精密测量系统中，同时5G时代、物联网、IA时代新兴产业都离不开精密金属，精密合金具有广阔的市场前景。

随着科学技术的不断迈进，汽车智能制造等领域演变成高精密度和更严格的公差，纳米技术时代的来临也已经成为世界半导体集成电路制造技术发展的必然，蚀刻工艺脱颖而出。尖端的航天航空工业，金属蚀刻也已成为制造飞机、外太空飞行器、导弹等大型整体结构的标准加工方法；现代电子工业，尤其是各种集成芯片的制作，其他加工方法已经不能替代金属蚀刻；普通民用领域，越来越多的电子机壳、仪表盘、铭牌等都大量采用金属蚀刻加工方法来进行制作，以提高其产品的装饰性及档次，增强产品在市场中的竞争力。蚀刻逐步发展成为其他传统加工方式不能替代的主流工艺。

精密蚀刻是一种能够经过图像转移，将金属材质在固定规格完成塑造的工艺，能满足超精密，精确复杂的图形设计，制造无毛刺和无应力兼有的材料精密组件，可以对传统加工方法难以加工的薄形、小型、高精度精密工件进行加工，一般越薄的产品，精密度就越高，且蚀刻加工可保证产品不变形。

锰铜是一种精密电阻合金，通常以线、板、带材使用，作为应用最广泛的电阻材料，具有对铜电热势小、焊接性能好、机械加工性能好、电阻率高、常温下电阻温度系数较小等优点，在各类仪器仪表中有着广泛的应用，同时其还是一种超高压力敏感材料，具有良好的压阻效应，广泛应用于爆轰、高速撞击、动态断裂、新材料合成等高温高压环境的压力测量，通过由锰铜作为敏感元件制成的传感器，可实现将动态高压下的压力测量转化为对锰铜电阻变化的测量。

高精度精密锰铜合金材料由于其上述特性和优点，容易被蚀刻，对比镍基材料需做到5μm左右厚度应用于蚀刻工艺，采用精密锰铜合金可将材料厚度增加至15-20μm，极大的降低了蚀刻工艺材料对厚度的要求和加工难度，降低材料加工成本，因此极薄精密锰铜合金材料适合用作蚀刻工艺，制造小、薄、高精度的片式电阻零件，使得极薄精密锰铜合金材料的研发与加工生产具有重要意义。但在生产过程中，申请人发现极薄锰铜合金带材在加工至越来越薄的过程中，会出现表面橘皮状板形不良的缺陷，并且带材越薄，橘皮问题越严重。锰铜合金带材表面有橘皮缺陷的，不能用于对材料平整度要求高的蚀刻工艺。

因此，如何改善和解决极薄锰铜合金带材在加工过程中的表面橘皮状板形不良问题，使精密锰铜合金可发挥其优势，广泛用作蚀刻工艺材料，在现有程技术中应用，成为值得思考和研究的重要技术问题。

发明内容

申请人在生产过程中，发现锰铜合金带材表面橘皮缺陷与带材成品轧制前的组织状态和成品轧制工艺都有着紧密的联系，特别是组织中孪晶的尺寸大小与数量对材料表面橘皮缺陷有着极大的影响。按照常规热处理工艺，材料组织完成回复、再结晶后完全软化，孪晶和常规晶粒组织粗化，在轧制过程中将因为晶粒不均匀变形引起材料表面不平整。

因锰铜合金为面心立方结构、易形成不均匀固溶体、层错能小，易在形变、退火、生长等过程中产生孪晶。孪晶引入的原子错排很小，界面能量很低，约为普通晶界的1/2-1/10，且晶粒越大越明显，因而十分稳定。轧制加工过程中，单晶粒及不同晶粒间的不均匀变形及各向异性，使材料变形不均匀，孪晶的存在将进一步对材料产生硬化作用，降低材料塑性。轧制加工后，料带表面形成橘皮等不平整缺陷。带材越薄、组织中孪晶越多、孪晶及普通晶粒尺寸越大，板形及橘皮问题越严重，影响后续制品加工、外观及产品性能。

本发明的目的是提供一种锰铜合金极薄带材的加工方法，该方法采用热处理工艺和轧制工艺分别控制最后轧制前锰铜合金带材的组织状态，尤其是孪晶的尺寸和数量，以及最后轧制过程中极薄带材板形，解决现有技术中极薄精密锰铜合金带材加工过程中的表面橘皮状板形不良缺陷问题。

本发明的技术方案是：

锰铜合金极薄带材加工方法，有以下步骤：

1）热处理

取锰铜合金料带，温度600-780℃下进行再结晶退火，以40-80℃/S的速度快速冷却至室温；

2）轧制

再结晶退火后的锰铜合金料带，经多道次轧制，总变形量为40%-60%，轧制为厚度≤0.02mm、表面光洁和没有橘皮缺陷的锰铜合金带材，所述总变形量为40%-60%，以保证在料带板形良好的基础上变形足够渗透，获得细小的晶粒组织和性能稳定的精密合金极薄材料。

步骤1）所述再结晶退火为采用连续热处理，带材以3-6m/min的速度穿过4-6m高温区和1-2.5m冷却区进行快速冷却，使发生冷变形的锰铜合金料带完成回复、再结晶，获得晶粒平均尺寸10-18μm，退火孪晶尺寸平均长8-14μm，宽1-2μm，其组织状态为金相显微镜放大倍数为500X时，视场内孪晶数量≤20个的料带。

步骤1）所述快速冷却为采用快速喷氢冷却。

所述喷氢快速冷却方法是，带材从高温段进入冷却段，立即进行氢气喷吹，强迫对流、快速冷却，同时氢气通过循环风机进行循环冷却，保证冷却的过冷度，实现快速淬火，保证材料的固溶度。

步骤2）所述多道次轧制的每道次变形量为10-25%，以确保料带变形均匀，获得大小均匀的晶粒组织和良好的板形。

步骤2）所述多道为3-4次。

所述锰铜合金带材包含6J13、6J12、6J8。

本发明的有益效果是：

采用本发明所述方法，通过热处理和降温速度的控制，可获得所需成品轧制前组织状态，同时控制成品轧制的变形量，可获得板形良好且表面橘皮状缺陷得到明显改善的极薄锰铜合金带材。

附图说明

图1为实施例1 6J13极薄带材表面图；

图2为对比例1 6J13极薄带材表面具有橘皮状缺陷的图；

图3为对比例2 6J12极薄带材表面具有橘皮状缺陷的图。

具体实施方式

实施例1

材料种类：6J13，规格：0.02mm*80mm，半硬态。

根据材料种类及技术要求制定了加工工艺：

1）成品轧制前热处理温度值设定为680℃，进行再结晶退火，冷却速度为55℃/S的速度快速冷却至室温；冷变形料带完成回复再结晶，材质软化，但组织还未生长过大。

再结晶退火为采用连续热处理，带材以3-6m/min的速度穿过4-6m高温区和1-2.5m冷却区进行快速冷却，使冷变形锰铜合金料带完成回复、再结晶，获得晶粒平均尺寸10-18μm，退火孪晶尺寸平均长8-14μm，宽1-2μm，金相显微镜放大倍数为500X时，视场内孪晶数量≤20个组织状态的料带。

快速冷却为采用快速喷氢冷却，所述喷氢快速冷却方法是，带材从高温段进入冷却段，立即进行氢气喷吹，强迫对流、快速冷却，同时氢气通过循环风机进行循环冷却，保证冷却的过冷度，实现快速淬火，保证材料的固溶度。

2）再结晶退火后的锰铜合金带材，经多道次从0.04mm轧制至0.02mm，轧制总变形量为50%，每（单）道次轧制厚度分别为：0.04mm—0.031mm—0.024mm—0.02mm，每（单）道次轧制变形量分别为：22.5%，22.58%，16.67%，轧制总变形量及单道次轧制变形量均在控制范围内。

所得极薄锰铜合金带材，其板形良好且表面光滑，没有橘皮状缺陷，参见图1。

实施例2

材料种类：6J12，规格：0.018*58，半硬态。

根据材料种类及技术要求制定了加工工艺：

1）成品轧制前热处理温度值设定为700℃，进行再结晶退火，冷却速度为60℃/S的速度快速冷却至室温；冷变形料材完成回复再结晶，材质软化，但组织还未生长过大。

再结晶退火为采用连续热处理，料带以3-6m/min的速度穿过4-6m高温区和1-2.5m冷却区进行快速冷却，使冷变形锰铜合金料带完成回复、再结晶，获得晶粒平均尺寸10-18μm，退火孪晶尺寸平均长8-14μm，宽1-2μm，金相显微镜放大倍数为500X时，视场内孪晶数量≤20个的组织状态的料带。

快速冷却为采用快速喷氢冷却，所述喷氢快速冷却方法是，带材从高温段进入冷却段，立即进行氢气喷吹，强迫对流、快速冷却，同时氢气通过循环风机进行循环冷却，保证冷却的过冷度，实现快速淬火，保证材料的固溶度。

2）再结晶退火成品道次为0.04mm轧制至0.018mm，总变形量为55%，每（单）道次轧制厚度分别为：0.04mm—0.03mm—0.023mm—0.018mm，每（单）道次变形量分别为：25%，23.33%，21.74%，轧制总变形量及单道次轧制变形量在控制范围内。

所得极薄锰铜合金带材，其板形良好且表面光滑，没有橘皮状缺陷。

对比例1

材料种类：6J13，规格：0.02*80，半硬态。

根据材料种类及技术要求制定了加工工艺：

1）成品轧制前热处理温度值设定为720℃，冷却速度为20℃/S，材料轧制态组织完成回复再结晶，材质软化，组织尺寸生长较大。

2）成品轧制为0.055mm轧制至0.02mm，总变形量为63.64%，每（单）道次轧制厚度分别为：0.055mm—0.037mm—0.026mm—0.02mm，每（单）道次变形量分别为：32.73%，29.73%，23.08%，轧制总变形量及个别单道次轧制变形量超出控制范围内。

说明：虽然退火温度在本发明所述范围内，但当冷却速度较慢时，获得粗化的晶粒和较多的孪晶，同时当轧制变形量大于本发明所述范围，所得带材，表面具有橘皮状缺陷，参见图2。

对比例2

材料种类：6J12，规格：0.018*58，半硬态。

根据材料种类及技术要求制定了加工工艺：

1）成品轧制前热处理温度值设定为800℃，冷却速度为30℃/S，材料轧制态组织完成回复再结晶，材质软化，组织尺寸生长较大。

2）成品轧制为0.043mm轧制至0.018mm，总变形量为58%，每（单）道次轧制厚度分别为：0.043mm—0.027mm—0.018mm，每（单）道次变形量分别为：37.21%，33.33%，减少轧制道次，每（单）道次轧制变形量均大于控制范围，每（单）道次轧制力大。

说明：当热处理温度高于本发明所述范围，采用较慢的冷却速度时，获得的组织状态不理想，尽管总轧制变形量在本发明范围内，所得带材表面具有橘皮状缺陷，参见图3。

以对比例与本申请进行对比：当工艺参数，特别是当热处理工艺不在本发明所述范围，未能获得本发明所述的材料组织状态时，对比料带的橘皮表面缺陷及板形情况。

因此，若没有通过精准控制热处理参数而控制材料组织状态，获得的是粗化的晶粒和较多孪晶，仅通过后续控制调整轧制工艺不能避免橘皮状缺陷的产生，热处理及后续轧制工艺需要配合使用。

以上实施例及对比例中，成品轧制前组织状态、成品带材板形及表面橘皮情况统计见表1。

表1：组织状态及板形对比统计

结论：采用本发明所述方法，通过热处理温度和降温速度的控制，可获得所需成品轧制前组织状态，同时控制成品轧制的变形量，配合获得板形良好且表面橘皮状缺陷得到明显改善的极薄锰铜合金带材。

Claims (6)

1.一种锰铜合金极薄带材加工方法，其特征在于，有以下步骤：

1)热处理

取锰铜合金料带，温度600-780℃下进行再结晶退火，以40-80℃/S的速度快速冷却至室温；

所述快速冷却为采用喷氢快速冷却；

2)轧制

再结晶退火后的锰铜合金料带，经多道次轧制，总变形量为40％-60％，轧制为厚度≤0.02mm、表面光洁和没有橘皮缺陷的锰铜合金带材。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)所述再结晶退火为采用连续热处理，料带以3-6m/min的速度穿过4-6m高温段和1-2.5m冷却段快速冷却，获得晶粒平均尺寸10-18μm，退火孪晶尺寸平均长8-14μm，宽1-2μm，金相显微镜放大倍数为500X时，视场内孪晶数量≤20个的料带。

3.根据权利要求1所述的方法，所述喷氢快速冷却方法是，带材从高温段进入冷却段，氢气喷吹，强迫对流、快速冷却，氢气进行循环冷却，快速淬火。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)所述多道次轧制的每道次变形量为10-25％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)所述多道为3-4次。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述锰铜合金带材包含6J13、6J12、6J8。