提高銅帶耐熱性能的工藝控制方法分析

第４３卷第２期

有色金屬加工

２０１４年４月

ａｐｒｉｌ２０１４

提高銅帶耐熱性能的工藝控制方法分析

李殉，鄧集松，付漢林，陳建寧

（中山市天乙銅業****，廣東中山５２８４２５）

摘要：以銅帶為研究物件，從微合金化和加工工藝兩大途徑改善其耐熱性能。著重介紹現階段散熱器帶和引線框架

帶耐熱性能改善的工藝控制方法和手段，並結合大量提高銅帶耐熱性能的工藝實踐，深入分析銅帶合金化和基於合金化的加工工藝這兩個途徑對銅帶耐熱性能改善的原理和應用，最後對比ｃｕ—ｓｎ和ｃｕ—ｆｅ系方法工藝特點，提出散熱器用銅帶生產工藝新途徑。

關鍵詞：耐熱（抗軟化）效能；微合金化；加工工藝；引線框架帶；散熱器帶中圖分類號：ｔｇ３３９

文獻標識碼：ａ

文章編號

銅帶按用途分為接外掛程式用銅帶、引線框架帶、電

纜帶、變壓器和散熱器水箱帶等，這些銅合金帶材在

下游產業的後續加工中涉及耐熱性能（也叫抗軟化效能）的僅有散熱器帶和引線框架帶。本文闡述近年來

２提高銅帶耐熱性能的途徑

紫銅帶由於強度有限，在許多領域無法滿足機械效能的使用要求，而銅合金帶材能彌補純銅的不足，同時兼具紫銅的特性，在儀表、電子、服裝等工業領域應用廣泛。紫銅耐熱性能的提高也離不開合金化，紫

我國銅帶生產企業關於銅帶耐熱性能的改善途徑、工藝控制原理和具體措施等，總結銅帶耐熱性能的改進思路。

銅合金化的結果是滿足導電、導熱性能要求的同時，也保證一定的機械強度或其他效能，甚至滿足電子工業中對銅帶的彈性要求。銅帶耐熱性能的改善主要

１銅帶的耐熱性能要求

１．１散熱器

體現在合金化上，根據目前銅帶使用情況主要是微合

金化；銅帶耐熱性能改善的另一途徑是在微合金化法基礎上優化加工工藝，兩者相輔相成，缺一不可。２．１微合金化提高耐熱性能原理與工藝實踐

散熱器水箱帶是隨著****的興起發展起來的，散熱器有管片式和管帶式兩種。新型管帶式水箱

採用超薄銅帶，厚度具有重量輕、散熱效能好、易於成型和成本低的優點抗軟化溫度＞１３８０。ｃ…。

該種方法設計思路有兩個方向，以ｓｎ為主要合

金新增元素的合金化和以ｆｅ為主合金的合金化。

合金化熱水器水箱用散熱帶，需要保證３８０～４００￣ｃ浸錫（ｓｎ—ｐｂ合金）處理之後不變軟，該產品規格０．１４—

ｃｕ—ｓｎ合金化提高耐熱性能原理是，ｓｎ元素提高

耐熱性能源於ｓｎ原子與ｃｕ原子半徑相差大，增加高溫過程中銅內部產生位錯滑移、攀移、重組的阻力，繼而延緩回覆、再結晶過程，大幅提公升ｃｕ的再結晶溫度，從而大大提高銅的抗軟化效能，見表１¨ｊ。

表１ｓｎ對無氧銅（０≤ｌｏｐｐｍ）軟化溫度的影響

１．２引線框架

近年來，由計算機電子工業帶動的積體電路用引線框架帶需求旺盛，並且積體電路向規模化發展，對引線框架在後續封裝過程承受短時高溫能力的要求也在提高。按照引線框架用銅及銅合金帶材ｃ１９２１０與ｃ１９４００的抗軟化溫度分別

為４７０％和４５０　，客戶一般要求後保持原始硬度的８０％以上。

錫元素含量／％

軟化溫度／℃

１４０１９８

收稿日期

作者簡介：李珂（１９８４一），男，碩士，主要從事銅板帶工藝質量方面工作。

有色金屬加工第４３卷

錫元素含量／％

０．００５

ｏ．０１ｏ

軟化溫度／℃

２７７３１５３４６

工藝實踐１，僅以ｓｎ元素合金化。為說明不同ｓｎ

含量對紫銅耐熱性能影響，借鑑銅線產品生產實踐案

例，北恆銅業研發的低錫ｃｔｓｌ、銅錫ｃｔｓ和高強度銅錫ｃｙｓｈ產品說明。隨著ｓｎ含量增加，材料的軟化

０．０５０

程度降低，耐熱性能提高，見表２。

表２　ｓｎ含量對ｃｕ耐熱性能的影響

工藝實踐２以ｓｎ為主要元素，適當新增ｔｅ等其他元素。該方法應用的銅合金成分、國內散熱器銅帶

牌號和廠家引見表３。

表３ｃｕ—ｓｎ合金化應用

注：成分範圍見參考文獻＿４

以文獻舉例某生產廠家研製汽車水箱帶工藝流程為，鑄坯一熱軋一銑面一粗軋１．５～２．０ｍｍ一退火一預精軋０．１３ｍｍ一連續退火一精軋０．０５ｍｍ。產

牌號表４　ｃｕ—ｆｅ—ｐ合金化應用

成分產品國內廠家

品力學效能，ｔｇ１材料抗軟化溫度導電率抗軟化溫度導電率

合金法引線框架中鋁、金威、興業

中鋁、金威、興業

天乙引線框架ｔ３／ｔｇ

熱水器水箱

ｃｕ－ｆｅ合金法主要採用ｃｕ—ｆｅ—ｐ系，提高銅材耐熱性能的機制與ｃｕ—ｓｎ有所不同，是時效工藝的原

產品工藝流程水平連鑄１４ｒａｍ—銑面一粗軋２．２一一退火一預精軋０．５２一一退火一精軋

理。時效過程為，過飽和固溶體一偏聚區（或稱ｇｐ區）一過度相一平衡相一平衡相長大。由於析出的強化相能阻礙材料回覆再結晶，從而提高耐熱性能，且析出相的種類、分布、大小和數量均影響耐熱性能的

高低］。

ｃｕ—ｆｅ—ｐ系用於引線框架銅帶，主要牌號和ｃ１９４００，見表４。

紅錠半連續鑄造一熱軋ｌｏｍｍ（**淬火）—銑面一粗軋１．５ｍｍ—　基火一預精軋退火精軋熱水器水箱帶，半連續鑄造一熱軋

１５ｒａｍ（終軋溫度熱軋常規**噴水冷卻、

無淬火裝置）一銑面一粗軋０．４５ｍｍ一退火一精軋一導電率８０％～８５％）。

第２期有色金屬加工２７

２．２合金化基礎上的加工工藝優化

如前所述，合金化後產生的析出相種類、大小、分布和數量對材料的耐熱性能有重要影響，而加工工藝

工藝２，向朝建等人研究通過在ｃ１９４００合金中新增和０．１％混合稀土ｌａ、ｃｅ，兩種工藝條件下材料的軟化溫度分別從４８０％提高至５２５℃、４９５℃提高到５４０℃。

２．２．２熱軋控制

的處理將影響析出相種類、大小、分布和數量。析出相的種類取決於合金元素和時效工藝，相數量取決於合金含量、固溶程度和時效工藝，分布和大小取決於加工率、時效溫度和時間，具有與基體共格結構且大小處於最佳半徑的相抗高溫能力最佳，從阻止位錯運動方面講，抗軟化機制與合金強化機制是一致的。經加工工藝處理的銅帶內部組織結構只要能阻止材料發生回覆和再結晶，就有利於材料耐熱性能的提高。

２．２．１合金化元素含量定量控制和新增第

四、第五

等組元熱軋控制措施主要是固溶工藝，體現在固溶溫度

和冷卻速度上，固溶溫度高和冷卻速度快不僅過飽和程度高，有利於時效析出相數量多，而且能防止未固溶相在後續退火中粗化失去強化、抗軟化效果。選擇

**固溶的銅帶比打卷熱軋固溶的更具耐熱性。

２．２．３退火時效控制

（１）台階式分級時效

台階式時效提高耐熱性能的原理在於，在高溫時效析出第二相的基礎上降低溫度防止已析出相隨著

工藝１，通過控制ｋｆｃ　ｐ含量、ｆｅ／ｐ比例和新增

ｓｎ，精軋加工率相同的情況下可以提高原始硬度，從

而提高ｋｆｃ的強度和抗軟化能力　ｊ。由於ｋｆｃ主要強化析出為ｆｅ，ｐ，合金配料應該綜合考慮原子￣ｌｆｅ：ｐ

＝時效時問的推遲聚集長大而降低析出相的耐熱效果。

黃國傑¨叫研究結論是，粗軋後２．５ｍｍ坯料採用分級時效工藝比４８０×４ｈ（見圖１）軟化溫度提高６０％，內部析出相大小由減小至十幾至幾十奈米之間。

２：１及ｐ消耗量，生產成分控制範圍如表５。

表５　ｋｆｃ引線框架帶合金元素控制贈贈

時間時間

圖１兩種時效工藝

（２）兩次時效高３％～７％，這就意味兩次時效工藝的銅帶內部固溶原子少而析出相多，析出強化相與基體有共格（或半

兩次時效比單次時效材料耐熱性能更高的原因在於，兩次時效處理的銅帶內部析出相瀰散度、數量

共格）結構相比合金固溶基體更具熱穩定性。

（３）鐘罩爐時效

（體積分數）均有較大提高。中鋁洛銅熱軋坯１４ｍｍ　粗軋２．４ｍｍ一時效一１．０ｍｍ　時效，

採用鐘罩爐高溫時效＋低溫時效的分級時效退火工藝生產比採用鐘罩爐時效＋氣

與ｃ１９４００熱軋坯１４ｍｍ軋至１．０ｍｍ一時效工藝相比，前者產品導電率比後者的要

墊爐時效工藝，產品軟化處理後ｈｖ提高６個值¨　。

有色金屬加工第４３卷

（４）優化時效工藝很大　。該工藝應該在２．２．４加工率軋程分配的基礎上繼續優化時效工藝。

由表６可知，工藝１的軟化溫度最高，耐熱性能最好，加工率相同時，時效工藝對銅帶耐熱性能影響

表６不同時效工藝對ｃ１９４００耐熱性能的影響

２．２．４加工率控制在兩次退火中的分配比例和體積分數。軋程優化目標是使成品精軋前銅帶內部的析出相組織具有均勻、細小的特點，提高耐熱性能，類似工藝研究與耐熱性能見表７。

主要指熱軋坯與預精軋半成品之間的軋程分配控制。ｃ１９４００銅帶一般採用兩次時效＋三次冷變形

的工藝，第三次冷軋變形的成品加工率取決於產品狀態，而其中兩次冷軋總加工率分配將影響銅帶析出相

表７軋程分配對ｃ１９４００銅帶組織的影響

３　總結

各生產企業和科研院校對提高銅帶耐熱性能工藝的研究很多，主要表現在ｓｎ、ｆｅ合金化和加工工藝

求，吸收現代高精度引線框架帶的生產技術成果。天乙銅業使用ｃ１９２１０改良型合金（見表４）替代現有牌號，由於原料成本低、工藝簡單和符合產品耐熱性能要求，工藝值得推廣。同時建議散熱器帶生產廠家研製新增ｆｅ合金降低ｓｎ含量的新牌號，降低成本，以替代產品。

優化上。改善耐熱性能的兩大合金化方法見表８，其工藝特點各不相同，ｃｕ—ｆｅ系具有比ｃｕ－ｓｎ系更高耐熱服役條件，散熱器帶生產企業可根據不同客戶要

第２期有色金屬加工２９

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力的影響［ｊ］．特種鑄造及有色金屬

（上接第２４頁）

提高銅帶耐熱性能的工藝控制方法分析

耐熱類塑料製品如何選用耐熱塑料

耐熱鋼的焊接工藝

高爐爐底耐熱基敦施工方案

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