劉占海，姜業(yè)欣

(中色奧博特銅鋁業(yè)有限公司，山東臨清 252600)

隨著現(xiàn)代電子、通訊工業(yè)的高速發(fā)展，移動(dòng)通訊的高屏蔽性以及小型繼電器晶體諧振器外殼的高可靠密封性，對(duì)鋅白銅帶材提出了嚴(yán)格的性能及質(zhì)量的要求［1～3］。鋅白銅一般采用水平連鑄工藝［4～6］、冷軋+退火工藝制備［7，8］。由于該合金具有美麗的銀白色，在美國(guó)、日本、韓國(guó)等工業(yè)國(guó)，還常用于接插件、光學(xué)儀器和照相器材零件、服裝、鍍銀底板、餐具、金屬構(gòu)件、鉚釘、拉鏈等，市場(chǎng)使用量大。由于其精度、表面質(zhì)量及機(jī)械性能要求高，多從日本、德國(guó)等先進(jìn)工業(yè)國(guó)進(jìn)口，價(jià)格高。

上?？铺┕臼菄?guó)內(nèi)最先研制生產(chǎn)鋅白銅帶的企業(yè)。另外，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)鋅白銅的廠家還主要有安徽鑫科、寧波興業(yè)、江西同創(chuàng)、山東天圓、福建紫金。但其生產(chǎn)的產(chǎn)品與高端產(chǎn)品相比還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在300℃/3 min處理時(shí)抗變色能力差。

本項(xiàng)目主要是針對(duì)C7521和C7701兩種鋅白銅帶材在300℃/3 min處理時(shí)的變色問題，通過合金成分調(diào)整、表面粗糙度控制和控制清洗等工藝措施的實(shí)施，產(chǎn)業(yè)化制備出性能、表面質(zhì)量等方面均完全滿足現(xiàn)代電子屏蔽用銅帶要求的鋅白銅帶。

1 鋅白銅成分與加工工藝

鋅白銅的成分如表1所示。

表1 鋅白銅合金的化學(xué)成分 %

鋅白銅的制備工藝路線如圖1所示:

圖1 鋅白銅的制備工藝路線

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 鋅白銅帶坯熔煉鑄造工藝

鋅白銅兼有銅和鎳兩種金屬的熔煉特性，它比銅熔點(diǎn)高，吸氣能力強(qiáng)，在熔煉時(shí)，其熔體同時(shí)吸入氧和氫，鎳極易與氧反應(yīng)生成氧化亞鎳，銅與氧反應(yīng)生成氧化亞銅，均溶于熔體中，凝固結(jié)晶時(shí)分布在鑄坯晶界處，不利于軋制。通過對(duì)保溫爐和熔化爐覆蓋厚度為150～200 mm的煅燒木炭，出爐前利用銅鎂錳復(fù)合中間合金對(duì)熔體脫氧、除氣，鑄坯組織得到顯著改善。確定的鋅白銅鑄造工藝參數(shù)如表2所示。

表2 鋅白銅的實(shí)驗(yàn)拉鑄參數(shù)

卷坯表面光滑、無孔洞、無壓痕、無邊裂、無橫向和中心裂紋、無金屬或非金屬壓入，結(jié)晶線清晰且基本對(duì)稱，無邊部殘瘤，鑄坯成品率由原來的89%提高到96.5%。

微量元素硫是影響鋅白銅發(fā)黃的主要原因;硫和銅可形成沿晶界分布的脆性化合物，易產(chǎn)生“冷脆”，同時(shí)降低銅帶的耐蝕性。為了消除硫元素對(duì)鑄坯的影響，加稀土元素鈰。由于稀土元素鈰易于硫親和，形成復(fù)雜化合物從熔體中排除，從而凈化熔體，減少鑄錠中的缺陷。另外，由于稀土元素鈰在鋅白銅中的溶解度極小，在合金凝固過程中聚集在液相與固相的界面上，促使了新晶核的形成，因而能明顯地細(xì)化晶粒，改善合金的組織性能。合金典型的鑄造組織如圖2所示。

圖2 合金的鑄造組織

在鋅白銅帶熔煉鑄造中，在合金中添加微量的Al和Ce，同時(shí)通過潤(rùn)滑條件的改善，降低了帶材表面的粗糙度，顯著改善鋅白銅帶材的抗氧化變色性能。

2.2 鋅白銅帶材軋制工藝

鋅白銅帶材在加工過程中需要經(jīng)過粗軋和精軋，帶材由14.8 mm厚的鑄坯粗軋至2.5 mm(或 2.35 mm)，粗軋的金相組織如圖3所示，為典型的加工纖維狀組織。具體軋制工藝參數(shù)如表3所示。中間退火在光亮式罩式爐中進(jìn)行，退火溫度640℃，退火后合金的金相組織如圖4所示，為典型的再結(jié)晶組織。成品退火溫度控制在460℃，其組織如圖5所示，為再結(jié)晶組織，此時(shí)再結(jié)晶組織比較細(xì)小、均勻。

2.3 鋅白銅清洗工藝

在300℃保溫3 min的帶材中，選取典型試樣，用P1400的金相砂紙打磨發(fā)現(xiàn)，發(fā)黃的物質(zhì)僅位于帶材的表層，且很容易被打磨掉，故在清洗線上安裝了一對(duì)研磨刷和一對(duì)拋光刷，型號(hào)分別為P600和P2000，結(jié)果發(fā)現(xiàn):帶材經(jīng)300℃處理后，表面發(fā)黃程度顯著改善。

圖3 C7701冷軋變形后典型的金相組織

圖4 C7701合金640℃中間退火典型的金相組織

圖5 C7701合金460℃成品退火典型的金相組織

表3 鋅白銅帶材的軋制參數(shù)

鋅白銅帶在車間里放置一段時(shí)間后，清洗線附件的霧氣比較嚴(yán)重，會(huì)使帶材表面發(fā)生吸氧腐蝕。此時(shí)帶材表面是一層白色的氧化鋅，經(jīng)過清洗線清洗時(shí)帶材表面的氧化鋅會(huì)被酸洗洗掉，帶材表面出現(xiàn)了缺陷，抗氧化性瞬間降低。通過酸堿液洗掉鋅白銅帶材表面的氧化鋅后，還需要通過刷子刷掉表面的裸露的銅鎳合金，降低帶材表面的粗糙度。

具體的清洗液的濃度和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 鋅白銅帶材清洗液的濃度和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表4可以看出若保持酸液濃度為13%不變，用不同濃度的堿液清洗帶材，然后把帶材放在馬弗爐內(nèi)，300℃ 烘烤3 min之后發(fā)現(xiàn):隨堿液濃度的增加，帶材表面的顏色在逐漸減輕。

2.4 鋅白銅帶材機(jī)械性能

鋅白銅帶材機(jī)械性能如表5所示。

表5 鋅白銅帶材機(jī)械性能

3 結(jié)論

1.通過對(duì)鋅白銅合金熔體脫氧、拉鑄工藝優(yōu)化，連鑄卷坯表面光滑，無孔洞、無壓痕，無邊裂，無橫向和中心裂紋、無金屬或非金屬壓入，無邊部殘瘤，鑄坯成品率由原來的89%提高到96.5%。

2.對(duì)鋅白銅化學(xué)成分進(jìn)行微調(diào)，增加微量Ce、Al，并通過表面粗糙度控制和堿液清洗處理，研制的電子屏蔽用鋅白銅帶可實(shí)現(xiàn)在300℃的馬弗爐內(nèi)保持3 min不發(fā)黃變色。

3.鋅白銅帶材機(jī)械性能為:1/2H態(tài)時(shí)硬度140～180 HV，抗拉強(qiáng)度540～655 MPa，伸長(zhǎng)率8%。

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