銅線的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種銅線的制造方法，特別是一種利用電解銅板原料，在制造銅線過 程中不改變其純度的制造銅線的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 狹義高純銅（銅的純度達(dá)到99.99 %以上，或稱4N銅)及超高純銅（5N~7N)可廣義 稱為尚純銅，以其為基礎(chǔ)所制成的尚純銅線則作為尚端電子材料在電子電器廣品中的有著 非常廣闊的應(yīng)用前景，例如:高清晰電視信號(hào)線、高品質(zhì)音箱導(dǎo)線、電動(dòng)汽車電機(jī)專用漆包 線、真空蒸鍍用靶材、機(jī)器人傳輸電纜、太陽能光伏用銅帶等具體應(yīng)用中，需大量用到高純 銅線作為產(chǎn)品核心材料，因?yàn)楦呒冦~線具有較常規(guī)銅更高的純度，更少的晶格缺陷和雜質(zhì)， 就意味著材料具備更高的導(dǎo)電性、更好的散熱性和更佳的柔韌性，這些特性為產(chǎn)品的高保 真、低能耗、高安全性提供了根本性的保障。
[0003] 目前國內(nèi)外關(guān)于高純銅線的制備方法極少見報(bào)道，申請(qǐng)?zhí)枮?00910238906.6的中 國發(fā)明專利公開了一種高純金屬線材的制備方法，其中就提供了高純銅線的制備技術(shù)方 案，該方案包含了電解銅板分切及脫氣預(yù)處理、型乳成半成品銅線、半成品銅線退火、退火 后多條銅線采用冷壓焊首尾相連成盤圓、拉拔及必要的熱處理等多個(gè)工序。雖相對(duì)傳統(tǒng)線 材加工方法如熔煉法節(jié)省了一些復(fù)雜的工序成本，但在實(shí)施過程中仍存在較明顯的技術(shù)缺 陷，嚴(yán)重限制了該技術(shù)方案的可實(shí)施操作性。主要體現(xiàn)在以下三方面：
[0004] 1、未能考慮到市場大量供應(yīng)的電解銅板所存在的內(nèi)在質(zhì)量缺陷隱患，而這些內(nèi)在 質(zhì)量缺陷通過其方案中所述的脫氣預(yù)處理是無法消除的。絕大多數(shù)電解銅板生產(chǎn)商所提供 的電解銅原料板內(nèi)部存在或多或少的分層和/或微氣孔缺陷，只進(jìn)行脫氣處理無法使得電 解銅板組織致密化，可理解為板中這些帶有內(nèi)部非致密化材料組織為內(nèi)在裂紋，而內(nèi)在裂 紋缺陷在后續(xù)型乳、拉拔、退火過程中很難愈合，而非常容易迅速擴(kuò)展導(dǎo)致銅材發(fā)脆、脫皮、 起泡現(xiàn)象，甚至直接在分切及加工過程中直接分層報(bào)廢。值得一提的是，由于電解銅板大都 用于切成銅塊做熔煉使用，而電解板中是否存在明顯的分層和/或微氣孔對(duì)熔煉產(chǎn)品的致 密性并沒有產(chǎn)生多大的負(fù)面影響，因此大多電解銅板生產(chǎn)廠并沒有必要或無需去增加設(shè)備 及生產(chǎn)投入來減少電解銅板內(nèi)部的分層和/或氣孔缺陷。
[0005] 2、多條半成品銅線采用冷壓焊進(jìn)行首尾相連，生產(chǎn)效率低且生產(chǎn)成本高并不適 合于大批量生產(chǎn)高純銅線。兩條半成品銅線冷壓焊成一條線平均所需耗費(fèi)時(shí)間約為1~2分 鐘，還不包括模具更換時(shí)間、每個(gè)焊口修磨去毛刺時(shí)間，而每一條半成品銅線約為5~7kg， 顯然這對(duì)于一天需要生產(chǎn)幾噸甚至幾十噸以上的銅線生產(chǎn)效率太低，而且在較大直徑（Φ 6mm以上)的銅線進(jìn)行冷壓焊時(shí)所消耗的模具費(fèi)用也相當(dāng)高(2000~3000次左右就需要更換 模具），這無疑也大大增加了生產(chǎn)成本。
[0006] 3、未考慮高純材料的特性，其線材退火熱處理溫度偏高，能耗較高且不利于保證 材料的高純度。該發(fā)明中所公開的銅線材退火溫度至少都在300°C以上（即使該方案中所采 用的通電直接加熱線材，其高溫段加熱溫度實(shí)質(zhì)上也已達(dá)到550°C左右），這實(shí)際上與常規(guī) 純銅的退火工藝并沒有什么區(qū)別，然而這樣高的退火溫度一方面容易造成銅的氧化，即破 壞了材料的高純度，另一方面同時(shí)造成退火工序能耗高的問題。
[0007] 上述技術(shù)缺陷使得采用該方法制備的高純銅線產(chǎn)品合格率低、生產(chǎn)成本高，不利 于高純銅線的推廣和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供了一種生產(chǎn)效率 高、可消除制造銅線的電解銅板原料所存在的內(nèi)在質(zhì)量缺陷，保證銅線質(zhì)量、成本較低，而 且在制造銅線過程中，雜質(zhì)不進(jìn)入銅線成品中，保持其成品的純度不降低的銅線制造方法。
[0009] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括以下具體步驟：
[0010]⑴、對(duì)電解銅板原料進(jìn)行分選，分選出無分層缺陷和有分層缺陷的銅板原料，無分 層缺陷的銅板原料直接進(jìn)入步驟⑶，有分層缺陷的銅板原料進(jìn)入步驟⑵；
[0011]⑵、對(duì)有分層缺陷的銅板原料進(jìn)行組織致密化處理，消除銅板原料分層缺陷；
[0012] ⑶、對(duì)無分層缺陷的銅板原料，分切成設(shè)計(jì)寬度的銅條待用；
[0013] ⑷、對(duì)步驟⑶獲得的銅條進(jìn)行異型規(guī)圓加工，制成圓截面的銅桿；
[0014] (5)、對(duì)步驟⑷獲得的圓截面銅桿，進(jìn)行表面去除氧化層、去油和去毛刺處理后，進(jìn) 行連續(xù)擠壓，制成盤圓銅線；
[0015] (6)、對(duì)步驟(5)獲得的盤圓銅線，根據(jù)設(shè)計(jì)的銅線直徑和一次拉拔成型的變形率，反 復(fù)循環(huán)的進(jìn)行拉拔成型和拉拔過程的退火熱處理工序，獲得設(shè)計(jì)要求直徑的銅線。
[0016] 所述步驟⑴中，電解銅板原料進(jìn)行分選，是采用超聲波探傷方式將電解銅板原料 分選出無分層缺陷和有分層缺陷的電解銅板原料。
[0017] 所述步驟⑵中，銅板原料進(jìn)行組織致密化處理，是采用真空熱壓燒結(jié)熱處理；
[0018] 真空熱壓燒結(jié)熱處理的工藝為:將銅板原料置于真空熱壓燒結(jié)爐中，在銅板原料 的兩面施加5~60MPa壓力，并在真空條件或惰性氣氛中，800~1010°C溫度條件下，保溫5~ 30分鐘，然后冷卻至60°C以下出爐，獲得消除銅板原料分層缺陷，組織致密的銅板原料。
[0019] 所述步驟⑵中，銅板原料進(jìn)行組織致密化處理，是采用熱乳法處理；
[0020] 熱乳處理的工藝為:將銅板原料置于熱處理爐中加熱或進(jìn)行橫向磁場感應(yīng)加熱的 熱乳處理的工藝；
[0021] 采用熱處理爐加熱的熱乳處理工藝為：將銅板放入弱還原氣氛、或惰性氣氛下的 熱處理爐中，加熱至200~400°C，保溫10分鐘~1小時(shí)，將銅板出爐后立即送入熱乳機(jī)單道 次乳制，乳制變形率為20%~50%，反復(fù)上述加熱、保溫和乳制工藝，獲得消除銅板原料分 層缺陷，組織致密的銅板原料；
[0022]采用橫向磁場感應(yīng)加熱的熱乳處理工藝為:利用工頻感應(yīng)線圈將銅板迅速加熱至 200~400°C，然后立即送入熱乳機(jī)單道次乳制，乳制變形率為20 %~50%，反復(fù)上述加熱和 乳制工藝，獲得消除銅板原料分層缺陷，組織致密的銅板原料。
[0023] 所述的步驟⑷中，銅條進(jìn)行異型規(guī)圓加工，制成圓截面的銅桿是采用型乳或旋鍛 加工，使分切后的銅條按設(shè)計(jì)的變形率反復(fù)進(jìn)行型乳或旋鍛，獲得從矩形截面加工成圓截 面的銅桿。
[0024] 所述步驟(5)中，圓截面銅桿，進(jìn)行表面去除氧化層、去油和去毛刺處理后，通過向 連續(xù)擠壓機(jī)擠壓腔內(nèi)的連續(xù)不間斷送料，在擠壓腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)圓截面銅桿之間牢固焊合成一 體，得在擠壓機(jī)的擠壓模出口制得設(shè)計(jì)直徑的銅線。
[0025] 所述步驟(6)中，拉拔成型過程的退火熱處理工序中，退火熱處理采用隨著拉拔成 型過程的連續(xù)在線退火方式，按銅線的純度由高到底，選擇退火溫度為l〇〇°C~300°C。
[0026] 本發(fā)明采用超聲波探傷首先對(duì)電解銅板原料進(jìn)行分選，可迅速挑出那些無分層缺 陷的板和有分層缺陷的電解銅板原料出來。無分層缺陷的電解銅板原料則可以直接進(jìn)行分 切成一定寬度;而有分層缺陷的電解銅板原料則必須進(jìn)行組織致密化處理使得分層缺陷完 全愈合后才能進(jìn)行分切。這樣才能確保制備后續(xù)加工高純銅線的成材率和產(chǎn)品質(zhì)量，從根 本上避免電解銅板原料分層隱患。
[0027]有分層缺陷的電解銅板原料要使之組織致密化，根據(jù)銅的物理性能、加工性能及 化學(xué)特性，制訂合適的工藝。本發(fā)明所采用的有兩種方式：
[0028] 1、真空熱壓燒結(jié)法。有分層缺陷的電解銅板原料在真空熱燒結(jié)爐中合適的溫度和 所提供的機(jī)械或液壓壓力條件下，使得原來分層缺陷處分開的銅與銅面開始接觸，并經(jīng)過 一定的時(shí)間使得接觸面的銅原子擴(kuò)散形成牢固結(jié)合，同時(shí)在一定的真空度或保護(hù)氣氛下又 避免了銅吸氫現(xiàn)象的出現(xiàn)或氧化問題，即保證了其電解銅板原料的純度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)其組織 致密性。
[0029] 2、熱乳法。該方法根據(jù)兩種金屬材料在熱乳溫度下（0.3~0.4Tm，T m為熔點(diǎn)溫度）， 在單道次變形率20%以上即可形成金屬間牢固物理冶金鍵合的原理。本發(fā)明公開了基于上 述原理對(duì)電解銅板原料實(shí)現(xiàn)組織致密化非常有效的方案，即原來有內(nèi)部分層缺陷的電解銅 板原料視為缺陷處附近為兩塊待復(fù)合的同種金屬板，在合適熱乳加工溫度和足夠的乳制道 次變形率條件下，使得分層處實(shí)現(xiàn)缺陷愈合。
[0030]值得說明的是，經(jīng)過組織致密化工序的電解銅板原料要再次