CN1562514A - 金属及其合金材料超细丝的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种金属及其合金材料超细丝的制备方法，首先采用定向凝固连续铸造的方法，制备出具有沿长度方向的柱状晶组织或单晶组织的坯料线材，然后通过直接粗拉、微拉制备直径为0.01－0.05mm金属或其合金材料超细丝。本发明的优点是直接连铸出线材的直径φ8mm以下的线材，可直接进行拉拔，免去拉拔前的轧制工艺；由于单晶材料和定向凝固组织的材料无横向晶界，具有良好塑性可减少拉丝过程中的热处理工序，节能效果显著。同时克服了在拉丝过程中因横向晶界而发生的断裂。本发明制备的超细丝材料可应用在电子、通讯、计算机、音像业等高新技术领域。

Description

金属及其合金材料超细丝的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属及其合金材料超细丝的制备方法，是一种制备铜、铝、锌、镁等有色金属和金、银、钯、铂、等贵稀金属，及其它们的合金材料超细丝的一种新方法，属于有色金属新材料制备技术领域。
背景技术
随着电子、通讯、计算机等高新技术的发展，电子设备向精密化、小型化方向发展。例如，半导体键合线的要求向高纯、超细方向发展；各种贵稀金属(银、金、钯基钎料、铂族金属等)材料的超细丝的要求越来越多；集成电路基板材料及半导体元件粘线希望采用无晶界无缺陷高级材料；音像设备中的电缆导体若采用单晶制品，可提高讯号传递的保真性和清晰度。文献《有色金属拉伸》(M.3.埃尔马诺克，JI.C.瓦特鲁申著，钱淑英，王振伦译.北京：冶金工业出版社，1988)介绍了铜、铝及其它们的合金丝材的坯料都采用传统的连铸方式生产，在拉丝时进行反复回火处理；文献《贵金属材料学》(黎鼎鑫，张永利.湖南长沙：中南工业大学出版社，1991，11)介绍了贵金属材料加工业都采用传统的块式铸造-开坯的生产工艺生产的坯料，存在成材率低和质量差等问题；文献《钨钼丝加工原理》(白淑文，张胜华.北京：轻工业出版社，1983)介绍的生产超细钨钼丝时，首先拉成钨钼丝材，然后用电腐蚀方法进行化学减径，以达到超细丝。目前，生产铝、铜、稀贵金属及它们的合金材料的超细丝时主要存在以下问题：
1、在生产金属超细丝时，主要因组织不均匀，晶界和非金属夹杂和有害元素存在经常发生拉断现象，而无法拉成超细丝；
2、在拉丝时所采用的坯料一般都是多晶材料，多晶材料拉丝到一定直径时，由于晶界是杂质元素和微米级夹杂物聚集处，会在晶界(特别是横向晶界)上发生断裂；
3、因采用传统工艺制备的坯料拉丝变形能力差，存在成材率低、质量差和工艺复杂等问题。
发明内容
为了解决上述问题，首先必须是制备金属和合金的化学成分、组织、机械性能和物理性能、几何尺寸均一；其次金属必须洁净，无非金属夹杂和有害元素的优质坯料。拉丝材料的坯料最理想组织为单晶和无横向晶界的定向凝固组织，其原因是(1)单晶和定向凝固组织的坯锭，同多晶材料比具有优良的拉丝变形能力；(2)由于单晶材料和定向凝固组织的材料具有优良的拉丝变形能力，可减少拉丝过程中的热处理工序，节能效果显著；(3)单晶材料和定向凝固组织的材料没有晶界处的杂质元素和微米级夹杂物聚集，提高了材料的纯度和均匀性，克服了多晶材料在拉丝过程中的晶界(特别是横向晶界)断裂的问题。
由此，本发明从金属坯料均一性(无横向晶界和无晶界)和金属的洁净化这两个角度出发，将先进的定向凝固技术与高效的连铸技术相结合，首先采用定向凝固连续铸造的方法，制备出具有沿长度方向的柱状晶组织或单晶组织的坯料线材，然后通过直接粗拉、微拉制备直径为0.01-0.05mm金属或其合金材料超细丝。
本发明具体工艺过程如下：
1、在水平定向凝固连铸设备上的溶化炉中熔化所选的金属或合金，过热100℃-200℃，定向连铸结晶器的加热温度为连铸金属或合金的熔点+50～100℃。
2、连铸线材的直径为φ5mm-φ8mm，冷却水直接冷却在连铸线材上，冷却水的流量60ml/分钟～120ml/分钟，冷却距离30mm～80mm，连铸速度为1-600mm/分钟。在引晶初始阶段，连铸速度要慢，逐步加速，平稳的过渡到所要求的速度，进入稳定阶段，连续制备出具有沿长度方向的柱状晶组织或单晶组织的坯料线材。
3、直接采用连铸坯料进行拉拔：粗拉5-10道次，至1-2mm，中拉5-8道次，至0.2-0.8mm，再精拉到直径为0.01-0.05mm。在拉拔过程中可不用退火，或根据要求适当的进行1-2次中间退火，其退火温度低于线材的再结晶温度50-100℃。
本发明所述的金属及合金为有色金属、贵稀金属及其它们的合金材料，包括铜、铝、锌、镁、铝硅、铜锆合金等，也包括金、银、钯、铂，以及银铜、钛镍合金等。
本发明的方法简便，可直接连铸出线材的直径φ8mm以下的线材，直接进行拉拔，免去拉拔前的轧制工艺，并可减少拉丝过程中的热处理工序，节能效果显著。由于单晶材料和定向凝固组织的材料无横向晶界，具有优异拉丝变形能力，在超细丝的拉制过程中不易出现断头、断线等现象、成材率高、单线长度长等特点。单晶和定向凝固组织铸坯，消除了晶界使电阻率降低，大大降低夹杂物和气体的含量，从而提高金属及合金超细丝的导电、导热性能和塑性等性能。
本发明制备的超细丝材料可应用在电子、通讯、计算机、音像业等高新技术领域。例如，半导体的键合线、电子设备上所用的音频、视频信号线和微型电机线圈绕组(需要直径在0.02mm以下丝材，目前国内只能达到0.03m-0.05mm)，高级手表、手机等高档电子设备中的线圈绕组。同时，各种贵稀金属(银、金、钯基钎料、铂族金属)材料的超细丝焊料等。
具体实施方式
以下通过具体的实施例来进一步描述本发明的技术方案。
实施例1：定向凝固连铸铜超细丝制备
采用电解铜为原料，在水平定向连铸设备上的溶化炉中熔化铜，温度1250℃。定向连铸结晶器的加热温度为1200℃。连铸线材的直径φ8mm，冷却水直接冷却在铸棒上，冷却水的流量60ml/分钟，冷却距离50mm，连铸速度为40mm/分钟，制备出具有单晶组织的坯料线材。直接采用连铸坯料进行拉拔：粗拉5道次至1mm，中拉3道次至0.2mm，再精拉到直径为0.028mm。
实施例2：定向凝固连铸铝超细丝制备
采用电解铝为原料，在水平定向连铸设备上的溶化炉中熔化铝，温度为750℃。定向连铸结晶器的加热温度为720℃。连铸线材的直径φ8mm，冷却水直接冷却在铸棒上，冷却水的流量60ml/分钟，冷却距离50mm，连铸速度为60mm/分钟，制备出具有沿长度方向的单晶组织的坯料线材。直接采用连铸坯料进行拉拔：粗拉6道次至1mm，中拉3道次至0.2mm、再精拉到直径为0.02mm。
实施例3：定向凝固连铸Al-1％wtSi超细丝制备
采用电解铝和结晶硅为原料，在水平定向连铸设备上的溶化炉中熔化铝硅合金，温度为740℃。定向连铸结晶器的加热温度为720℃。连铸线材的直径φ8mm，冷却水直接冷却在铸棒上，冷却水的流量60ml/分钟，冷却距离50mm，连铸速度为60mm/分钟，制备出具有沿长度方向的单晶组织的坯料线材。直接采用连铸坯料进行拉拔：粗拉5道次至1mm，中拉3道次至0.2mm，再精拉到直径为0.025mm。
实施例4：定向凝固连铸金超细丝制备
在水平定向连铸设备上的溶化炉中熔化金，温度1230℃。定向连铸结晶器的加热温度为1180℃。连铸线材的直径φ8mm，冷却水直接冷却在铸棒上，冷却水的流量60ml/分钟，冷却距离50mm，连铸速度为40mm/分钟，制备出具有单晶组织的坯料线材。直接采用连铸坯料进行拉拔：粗拉5道次至1mm，中拉3道次至0.2mm，再精拉到直径为0.015mm。
实施例5：定向凝固连铸银随细丝制备
在水平定向连铸设备上的溶化炉中熔化银，温度1200℃。定向连铸结晶器的加热温度为1140℃。连铸线材的直径φ8mm，冷却水直接冷却在铸棒上，冷却水的流量60ml/分钟，冷却距离50mm，连铸速度为40mm/分钟，制备出具有单晶组织的坯料线材。直接采用连铸坯料进行拉拔：粗拉5道次至1mm，中拉3道次至0.2mm，再精拉到直径为0.02mm。
实施例6：定向凝固连铸Ag-28wt％Cu焊丝制备
在水平定向连铸设备上的溶化炉中熔化Ag-28wt％Cu合金，温度950℃。定向连铸结晶器的加热温度为920℃。连铸线材的直径φ8mm，冷却水直接冷却在铸棒上，冷却水的流量60ml/分钟，冷却距离50mm，连铸速度为60mm/分钟，制备出具有定向组织的坯料线材。直接采用连铸坯料进行拉拔：粗拉5道次至1mm，中拉3道次至0.2mm，再精拉到直径为0.02mm。
通过上述实例，可以看出本发明具有如下特点：(1)可直接连铸出线材的坯料，直接进行拉拔，免去拉拔前的轧制工艺，并可减少拉丝过程中的热处理工序，节能效果显著；(2)由于单晶材料和定向凝固组织的材料具有优异拉丝变形能力，在超细丝的拉制过程中不易出现断头、断线等现象，具有成材率高、单线长度长等特点；(3)单晶和定向凝固组织铸坯，消除了晶界使电阻率降低，大大降低夹杂物和气体的含量，从而提高金属及合金超细丝的导电、导热性能等。

Claims (4)

1、一种金属及其合金材料超细丝的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)在水平定向凝固连铸设备上的溶化炉中熔化所选的金属或合金，过热100℃-200℃，定向连铸结晶器的加热温度为连铸金属或合金的熔点+50～100℃；
2)连铸线材的直径为φ5mm-φ8mm，冷却水直接冷却在连铸线材上，冷却水的流量60ml/分钟～120ml/分钟，冷却距离30mm～80mm，连铸速度为1-600mm/分钟，在引晶初始阶段，连铸速度要慢，逐步加速，平稳的过渡到所要求的速度，进入稳定阶段，连续制备出具有沿长度方向的柱状晶组织或单晶组织的坯料线材；
3)直接采用连铸坯料进行拉拔：粗拉5-10道次，至1-2mm，中拉5-8道次，至0.2-0.8mm，再精拉到直径为0.01-0.05mm。
2、如权利要求1的金属及其合金材料超细丝的制备方法，其特征在于在拉拔过程中进行1-2次中间退火，其退火温度低于线材的再结晶温度50-100℃。
3、如权利要求1的金属及其合金材料超细丝的制备方法，其特征在于所述的金属及合金为铜、铝、镁、锌及其它们的合金材料。
4、如权利要求1的金属及其合金材料超细丝的制备方法，其特征在于所述的金属及合金为金、银、钯、铂及其它们的合金材料。
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