浅谈铜杆质量对超微细线拉伸断线的影响

2014-08-15何姗珊

铜业工程 2014年3期

何姗珊

(江西铜业集团公司，江西贵溪 335424)

1 引言

超微细线材是一种高新技术产品，在现实生活中应用广泛，特别是在仪器关键部件连接方面的优势特别突出，比如可以用作生化医用精细线材、高速宽频传输用缆线等。随着微电子电器行业的迅速发展，带动了电线电缆企业对微细电子线材的需求。根据上海电缆工程设计研究所统计，预计到2015年微细电子线材的需求量将达到30万t左右，其中直径不大于0.05mm的电子线材需求量将达到9万t左右[1]。

超微细铜线是指直径不大于0.05mm的铜线，这种铜线也被称为超细铜线。生产超细铜线，一般采用拉伸法。拉伸法具有自动化程度高、产品表面质量好、尺寸精度高，且能在同一机列上实现连续等优点。目前，我国能够全部掌握成套生产技术，生产超细铜线的企业为数不多，这主要一方面在于超细铜线生产对母线的质量要求很高，需要先进的铜杆制造装备和工艺技术，另一方面在于拉制超细铜线本身的工艺技术要求很高[2]。

铜线在拉制过程中很容易发生断线的现象，这也是超细铜线生产的难度所在。断线的根本原因就是因为超细铜线太细，铜线拉断力较小，微小的铜杆缺陷或稍大的外力都很容易造成“断线”的发生。导致拉伸断线的原因很多，如铜杆质量、拉伸设备、润滑状态等。本论文重点探讨的是铜杆质量对超微细线拉伸断线的影响，并在此基础上提出了相应的解决措施。

2 超细铜线的生产流程以及主要特点

目前全世界范围内的铜线的生产都经历两个步骤:制杆和拉线，制杆尺寸一般为Φ8mm，从Φ8mm以后开始进行拉伸变形。目前我国制杆的工艺主要有美国南方线材公司的SCR法、德国西马克.梅尔公司的Contirod法以及上引法[3]等，超细铜线拉伸的母线一般选用连铸连轧法生产的光亮圆铜杆，这是由于连铸连轧生产的铜杆经历的大变形量的热变形，因此其产品具有晶粒细小、致密度高，表面光洁等优点。在拉制过程中，超细铜线的生产流程包括大拉、中拉、小拉、细拉和微拉，铜线直径随工艺流程逐渐减细，产品规格不同，生产的道次、工艺也有所不同。

在铜线的生产过程中，常会出现很多产品缺陷，导致成品率极低，比如断线、规格不均问题、铜线表面不规整等等。在这些缺陷中，断线现象是最为严重的。规格较大的铜线的拉断力也相对较大，所以在生产规格较大的铜线时断线现象的发生概率会小很多。然而，由于超细铜线的截面很小，所以它的拉断力也相对很小，因此在超细铜线的生产过程中，断线现象是很常见的。在超细铜线的拉制过程中，随着线径的不断减小，拉伸难度越来越大，细拉和微拉成为最关键的工序，这也是超细铜线特有的生产流程。

3 铜杆质量对超微细线拉伸断线的影响

铜线拉断力的大小是产生断线的内因，因此，控制铜杆的质量对于减少超微细线拉伸断线现象的发生具有重要意义。一般来说，评价铜杆质量的指标主要有铜杆中杂质元素的含量、表面缺陷、气孔以及铜杆的塑性等。为了研究铜杆质量对超微细线拉伸断线的影响，笔者分别对铜杆中杂质元素的含量、表面缺陷、气孔以及铜杆的塑性等进行了探讨。

3.1 铜杆中杂质元素的影响

铜杆杂质元素含量的多少是对铜杆纯度的一个主要表征，也是评价铜杆质量的好坏的一个很重要的指标。当铜杆中的杂质元素达到一定的量时，杂质元素会对铜杆内部的微观结构产生影响，此时这些杂质元素就会降低铜杆的质量。例如，铝、锌、铁等金属元素很容易固溶于铜杆中，虽然这些杂质元素在一定的程度上可以提高铜杆的硬度，但是这些杂质元素的存在一定程度上也会影响到铜杆的热加工性能和铜杆的塑性[4]。因为这些杂质元素的存在，会减小铜杆的塑性，尤其是会影响到杂质素周围金属的塑性。当铜杆拉伸变形不断加大时，金属无法承受外界要求的形变量时，断线现象就会发生了。

3.2 铜杆表面缺陷的影响

表面缺陷是指铜杆表面存在局部物理或者化学性质不均匀。这些缺陷包括非金属夹杂物以及机械损伤、孔洞、氧化斑等。表面缺陷的程度也是衡量一个铜杆质量好坏的标准。表面缺陷比较少的铜杆，质量相对就会较高;表面缺陷较多的铜杆，质量就会相应的较低。表面缺陷通过影响铜杆的质量，在一定程度上也会对超微细线拉伸断线有一定的影响。

表面缺陷的存在减少表面可变形的金属量，从而改变了铜杆的可变形量，减小了铜线的抗拉能力。因此当外界的拉力变大时，铜线就会发生断线现象。另外，当拉制铜杆时，表面金属流动滞后于心部金属流动，因此由于表面和心部运动的差异就会产生沿着轴向的附加拉应力，这种附加拉应力容易产生表面裂纹，虽然造成这种附加应力的原因主要是模具和润滑，但表面缺陷的存在会使允许附加应力大为降低，并加剧裂纹的扩张。

3.3 铜杆中气孔的影响

铜杆中气孔的多少也是一个衡量铜杆质量好坏的另一重要指标。当铜杆内部含有气孔时，会使得气孔周围部位的铜原子比其他部位的铜原子数量少，同时，也在一定程度上改变了铜杆内部的微观结构，从而影响了铜杆的质量。

铜线内部存在着气孔，也很容易就会导致断线现象的发生。铜杆内部气孔的存在会使得本应由金属物质填充的部位出现了空洞，会使得这个部位的金属横截面积显著减少，进而导致该铜线的抗拉能力下降，易出现断线现象。具体来说在拉制过程中，由于气孔的存在，随着外加应力的增加，拉制线径逐渐变小，使得铜线在此处存在很大的应力集中，铜线的塑性变形程度增大。但是由于气孔区域与基体部分的塑性变形能力存在很大差异，气孔与位错相互作用使变形更加困难并存在严重的应力集中，最终导致基体与气孔相脱离，基体区域发生典型的纯金属韧性断裂，而气孔周围发生脆性断裂，导致铜线断线[5]。

3.4 铜杆塑性的影响

塑性是指在外力作用下，材料能够稳定的发生永久性的变形同时又不破坏其完整性的能力。在影响铜杆质量的因素中，铜杆的塑性也是一个很关键的因素。塑性好的铜杆，质量相对较高;塑性差的铜杆，质量也就相应的较低[6]。

当生产铜杆的原材料铜含量较低时，会对铜杆的塑性产生一定的影响。此外，在生产过程中，当外界的拉应力超出了被拉制的铜线的抗拉强度，这将导致断线现象发生，这是最直接的原因。当铜线经过多次的拉制导致加工硬化后，如果此时不及时退火，也会导致这种铜线的塑性变差。当铜线的塑性变差后，在拉伸过程中变形抗力过大，往往会使得铜线断线，并且会使得断裂的部位出现脆断的形状，并且断面收缩率也比较小。