无氧铜带的质量控制

李劲军 佛山市承安铜业有限公司

一、无氧铜带概述

具有高导性的纯铜就是目前所提到的高导无氧铜带。这种纯铜不含有氧化亚铜，同时也没有残留的脱氧剂，国外对高导无氧铜带的范围进行了确定，其主要为Cu+Ag≥99.95%，O2≤0.001%，退火状态下导电率≥100%IACS的无氧铜。美国ASTM对这一项内容进行了相应的标准确定。对其中的高导无氧铜做了五种牌号，分别是C10100、C10200、C10400、C10500、C10700。C10100Cu≥99.99%，O2≤0.0005%，在退火状态下这一牌号的导电率≥101%IACS，因此也成为高纯度的高导无氧铜。这一牌号主要用于做电子管组件，也被称作电子无氧铜。C10200Cu+Ag ≥99.95%，O2≤0.001%，在退火的状态下其导电率可以达到100%IACS以上。而C10400、C10500、C10700则是加入了不同量Ag元素的一种高导无氧铜，其主要成分均为Cu+Ag≥99.95%，O2≤0.001%，退火状态下导电率≥100%IACS。在其中添加Ag主要是为了提高材料在这一过程中的软化点，提升材料的耐热性能和质量。

在电力、电子、电气、通讯等多个领域和行业当中有广泛应用的是一种被加工成为铜带的高导无氧铜。这种铜带在很多行业当中都用于高端组件的生产和加工。例如干式变压器绕组以及连接器、电缆、计算机微型散热器、高速电机组件、柔性印制电路板等都是采用这种铜带进行生产的。不同领域对于铜带的要求并不相同，但无论什么样的需求对高导无氧铜的质量要求却非常高，主要因为其作为重要组件进行加工生产。高导无氧铜当中的化学成分、含氧量、金相组织晶粒度等多种性能都需要非常高的精准度和质量要求。同时对其中存在于材料表面的质量、板型、尺寸、公差精度等都有非常高的要求，这些要求在很多组件生产过程中都有严格的标准。（详见GB/T14594-2005；ASTMF68-05；ASTM152/B152M-06；JISH3510：2006；JISH3100：2006），只有完全满足组件生产要求，才能实现高端组件的高性能使用需求，并且通过对各种组件性能的高度要求，还可以满足高端产品组件制造的不同工艺要求，实现各种高端产品的性能优化。因此对高导无氧铜带的生产工艺有较高的要求，同时对设备的选择和质量控制技术都有很严格的要求。各个生产工艺对设备和质量控制技术的要求虽有差异，但是其遵循的基本原则不变，基本相同。

二、无氧铜生产工艺

本文介绍的无氧铜生产工艺能够生产出纯度高、含氧量低、含杂质量低，具有较好的机械性能和较高的导电性的无氧铜。这种工艺需要在无氧铜铸造炉当中进行。首先，向无氧铜铸造炉当中冲入足够的氮气，然后配备上铜材与稀土。铜和稀土的质量配备比例为1：0.0002-0.0003。铜添加的过程加入稀土。炉体内冲入氮气的时候，能够将炉内的氧气同时排出，实现铸造炉当中的无氧环境，全部为氮气。稀土具有脱氧、脱硫、脱氢和脱除有害杂质的净化作用。并且稀土和部分的杂质能够形成化合物，进而在炉内形成具有高熔点的晶核，这样可以减少杂质微粒对晶界间造成的不良影响，实现晶粒细化的效果。进而提升无氧铜化学性能以及导电性能。200ppm-300ppm的剂量在能够有效地除去铜液中的杂质的前提下，也不会因为过量而对铜液形成不良的影响。

三、高导无氧铜带质量控制

本文对高导无氧铜带的化学成分、含氧量、组织均匀性以及带边剪切质量的控制要素进行了论述和分析。

（一）化学成分、氧含量的控制

在进行材料、工艺、辅料、设备等多种无氧铜生产要素合理选择的时候需要进行严格的质量控制，确保能够制作生产出合格的高导无氧铜。

（1）原料选择与处理。在进行A级原材料选择的时候，需要确保外观的质量表面光滑、没有裂缝、夹杂以及气泡等。另外A级阴极板加热水洗的过程中需要做好残留硫酸盐的去除工作，并且在200度的高温下进行干燥处理。

（2）覆盖及选择与要求。覆盖的选择需要高质量的木炭，并且铸造炉也需要石墨鳞片进行全面覆盖。这样在防止氧化还原反应的同时还可以做好覆盖，达到保温的效果。一般会选择450度以上温度的木炭作为材料，这种焦化木炭的成分一般要求在：H2O≤3%，H2≤2%，S≤0.1%，总碳含量约为86%。

（3）熔化和铸造的过程中会利用惰性气体或者煤气对其进行保护，发生炉煤气的成分需要保证CO＞25%，CO2＜5%，H2＜0.1%，O2＜0.1%，N2为余量。经常除尘，用CaO干燥。

（4）采用脱氧剂熔化铸造时，要合理计算脱氧剂加入量，不残留脱氧剂。

（5）采用主动冶金强化处理技术。对于熔炼炉内的高保温耐热火层当中需要进行锤炼，做好炼砖的工作。利用中性或者反应的气体，对其中的无氧铜液体进行锤炼处理，吹入的气体中CO与铜液中的Cu2O发生气化还原反应生成CO2和Cu，进而使铜液中的氧含量降低到0.001%以下。

（6）铸锭加热采用中性或微氧化气氛保护。

（7）热轧带坯采用高压水（40~50大气压）喷淋冷却，防止带坯表面氧化。

（二）高导无氧铜带组织性能均匀性的控制

（1）铸造组织性能均匀性的控制。在进行铸造铜水灌注进入到结晶器的时候要保持液流的稳定性，确保不会有湍急的冲击，温度也应当保持在相对恒定的状态下。结清器在进行冷却后会保持分布的均匀性，促进结晶器的传热速度可以保持稳定状态。这种情况下的温度一般会控制在1160±5℃~1170±5℃，铸造速度也需要进行合理的选择。

（2）热轧带坯组织性能均匀化的控制。首先需要进行热轧带坯组织性能的铸造选择，这时，需要将铸造温度控制在850~890℃。一般采用2.5-3小时的时间。其次对工艺参数的合理性选择，对道次进行合理分配，形成均匀的变形，横纵公差和版型的一致性需控制好。最后设定加工功率大于90%，是的晶粒能够充分碎化。

（3）采用全油轧制方式进行冷轧和成品的轧制工作，根据产品规格和性能等不同要求进行功率的选择。

采用立式或者卧式的方式对成品展开连续式的退火以及钟罩炉卷式退火。由于带材的性能以及厚度不同，因此对退火温度和速度的选择也不同。退火温差控制在±2℃，保护气氛最好选择高H2气氛退火。高H2退火传热效率高，退火充分无氧化光亮，组织性能均匀性好。

（三）高导无氧铜带边部剪切质量的控制

高导无氧铜带需要具有极好的塑性和韧性，并且成品还可以进行切割，但是在切割的时候容易产生边刺、造成卷边等多种质量问题，这样对于后期多种精密重要组件的焊接具有很严重的影响，因此需要做好高导无氧铜质量的控制。

（1）被剪切带材的质量必须符合剪切来料标准化要求。

（2）选择高精度纵剪设备和优质的高精度剪切工具组件。

（3）合理设定剪切工艺参数。首先需要对组装刀片的间隙进行设定和测量，刀片间隙大小需要根据材料的厚度和性能进行确定，最好的确定方式是利用实验来确定强度和韧性。本文选取的方式是国内外众多学者研究后得出较好的一种方式，这种方式在国内外的精密铜带加工技术中都得到了广泛应用。主要方式如下：首先，水平间隙的设定：带材厚度≥0.50mm，水平间隙是厚度的8%；带材厚度＞0.254mm~<0.50mm，间隙设定值为0.09~0.025mm；带材厚度为0.125~0.254mm，间隙设定值为0.013~0.019mm；带材厚度<0.152mm，间隙设定值为0。其次，垂直间隙或重叠量的设定：带材厚度为0.254~1.25mm，垂直间隙为带厚的一半；带材厚度＜0.254，采用0.152mm重叠量或调至最小重叠量直到剪切通过（用不同规格十片试调）。最后，卷取张力设定：卷取张力一半控制在2Kg/mm2以下。

四、结论

高导无氧铜带的化学成分具有较高的纯度，并且其具有特殊的性能，因此在原材料以及辅料的选取上以及在产品的各道生产工艺上都需要进行非常严格的质量控制，无论是采购或是生产，都要做到对质量的严格管理。需要建立严谨且全面有效的质量管理组织体系，制定质量安全管理制度，选择具有高度可靠性以及安全稳定合理的生产工艺，并且需要配备先进的装备技术和工艺软件，实现工业生产的现代化，确保高导无氧铜带生产的质量。保证无氧铜带质量的稳定和可靠，实现电气、电力、通讯、电子设备等行业当中的稳定应用，确保各个行业当中制造高端产品组件的质量，满足当前高标准高要求下的市场无氧铜带需求。