CN100369711C - 高性能抗氧化环保铜排的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高性能抗氧化环保铜排的制造方法，包括以下步骤：一、将电解铜置于低频感应电炉内，结晶器采用石墨，采用干燥木炭覆盖，铸造温度1140～1160℃；二、将步骤一所得坯锭水封挤压，挤压温度850～900℃；三、将步骤二所得产品酸洗中和，用热水清洗；四、将步骤三所得产品粗拉；五、将步骤四所得产品通过哈夫模，采用了带润滑剂剥皮；六、将步骤五所得产品置于光亮退火炉中，炉内采用98%～99%氮气加1%～2%氢气作保护，退火温度550℃±10℃，保温时间1.5小时±0.5小时；七、将步骤三所得产品精拉。本发明的目的在于克服上述不足，提供一种表面光亮、光洁、平直，保持比较长的时间后不氧化，折弯性优良，导电性能好，表面电阻低，使用时表面无须作任何化学处理即可使用。

Description

高性能抗氧化环保铜排的制造方法

技术领域：

本发明涉及一种表面光亮并且能较长期保持光亮且折弯性优良的高性能抗氧化环保电工铜排的制造方法。

背景技术：

电工铜排一般用于传导大电流，适用于制造电机的绕组、高低压电器、开关触头、配电设备等电器工程、安装用导线不可缺少的导电材料。也广泛用于金属冶炼、金属电解、电化电镀、化工烧碱等超大电流电解冶炼工程。有GB5585-85要求，如20℃时电阻率≤(0.01724Ω.mm²/m)，并且有多种尺寸规格，一般而言，电工铜排具有电阻率低、可折弯度大等优点，易于进行铣孔、折弯、镀锡等。电工铜排的表面电阻值也很影响到产品的性能和用途：如中国专利申请01251386.4提供的一种用于在母线与连接触头之间提供半年永久性连接的连接器，该连接器通过将母线舌片与连接触头上的至少一个触头尾部叠起来并且利用弹簧夹将叠置起来的母线舌片和触头尾部卡持起来而形成，它就需要铜排母线的表面电阻较低。又如高温滑触线由刚体铜排及铝质型材特定工艺压和而成，也需要铜排母线的表面电阻较低。

表面光亮并且能较长期保持光亮的铜排是电力、造船、冶炼等行业所必需的。且在许多用途上成为必要的性能，尤其是保证铜母线应用时在一般环境条件下不变色，用于保证接触处的导电性能良好，接触电阻不增加，从而保证电路的正常或电能的输运安全。所以为了保证铜排的这一性能，在许多情况下，往往通过表面镀层来达到的，在铜排上镀锡、锌或合金是常用的方法和产品。

一般普通铜排生产工艺有以下两种方法：

一、半连续铸造坯锭→热制→酸洗中和→冷轧→有氧退火→酸洗中和→拉制→检验→包装。

二、半连续铸造坯锭→挤压→酸洗中和→拉制→检验→包装。

第一种方法优点是成本低；材料致密度高，产品折弯性能好。缺点是工人劳动环境差，表面质量略差。

第二种方法优点是，表面质量稍好、工人劳动环境得到改善，但产品折弯性能不及前者好。

用这两种工艺生产的铜排，表面质量都不理想，特别是在大气中容易在表面生成一层氧化铜，影响接触表面的导电性能。为此，使用单位总是将铜排表面氧化铜清洗后全部或在接触表面镀锡后使用。但镀锡均是成本较高的工艺，而且消耗有色金属原材料，更重要的将产生一系列的环保不友好问题。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种表面光亮、光洁、平直，保持比较长的时间后不氧化，折弯性优良，导电性能好，表面电阻低，使用时表面无须作任何化学处理即可使用的高性能抗氧化环保铜排的制造方法。

本发明的目的是这样实现的：一种高性能抗氧化环保铜排的制造方法，其特征在于它包括以下步骤：

步骤一、潜流式连体炉铸锭——将电解铜置于低频感应电炉内，结晶器采用石墨，采用干燥木炭覆盖，铸造温度1140～1160℃，铸造速度为15～18m/h.

步骤二、水封挤压——将步骤一所得坯锭置于挤压模内，在挤压机上水封挤压，挤压温度850～900℃；

步骤三、酸洗中和——将步骤二所得产品置于酸洗中和槽内酸洗中和，酸洗中和后将产品置于热水槽内用热水清洗；

步骤四、粗拉——将步骤三所得产品置于粗拉模具内，在拉伸机上粗拉；

步骤五、剥皮——将步骤四所得产品通过哈夫模，采用带润滑剂剥皮；

步骤六、无氧化退火——将步骤五所得产品置于光亮退火炉中，炉内采用(98％～99％)氮气加(1％～2％)氢气作保护，退火温度550℃±10℃，保温时间1.5小时±0.5小时；

步骤七、精拉——将步骤三所得产品置于精拉模具内，在拉伸机上精拉。

本发明一种高性能抗氧化环保铜排的制造方法，所述的步骤一的铸造速度(15～18)m/h。

本发明一种高性能抗氧化环保铜排的制造方法，所述的步骤二的挤压模采用改性陶瓷挤压模。

本发明一种高性能抗氧化环保铜排的制造方法，所述的步骤三酸洗用硫酸波美度15％，中和采用肥皂水，清洗水温80℃±5℃。

本发明一种高性能抗氧化环保铜排的制造方法，所述的步骤四的拉伸时延伸系数为1.20～1.24，粗拉润滑剂采用变压器油加菜油混合使用，变压器油与菜油混合比3∶7。

本发明一种高性能抗氧化环保铜排的制造方法，所述的步骤七拉伸时延伸系数为1.18～1.2，精拉润滑剂采用带添加抗氧化剂的润滑剂，该抗氧化剂是以苯并***为基料，加入40％，配比是：变压器油∶菜油∶抗氧化剂＝3∶3∶4。

本发明通过连铸高质量的坯锭含氧量大大小于50PPM，然后通过水封挤压，挤压后的铜排表面不氧化或少有氧化，为了达到与轧制方法同样的效果(可折弯性好)采取了控制挤压制品的晶粒度的措施，一般控制在0.04mm以下，折弯时不会出现晶粒粗大和断裂现象，一般的水封挤压晶粒度在0.07mm以下，不稳定，因此折弯性也不稳定；通过酸洗中和后，使表面少量氧化也被清除；设计粗拉和精拉两次拉伸，也是本方案的技术特点，而且增加精拉的厚度变形量，减少宽度变形量，目的是提高整个平面的光亮度和颜色一致性，普通铜排生产工艺，只有一道拉伸，拉出的铜排表面中间呈现一条暗色带；然后再增加一道剥皮工序，剥皮量0.15mm，剥皮难度大，它不像铜管剥皮容易实现，因为平面很宽，为此设计了一种哈夫模，并采用润滑剂拉伸剥皮，使剥皮得以实现，剥皮的目的是进一步提高铜排表面的光亮度和平整度；为保证新的剥皮后无氧化的表面能得到保护，在这道工序后增加了无氧化退火，使其在消除加工硬化的同时，在表面生成一种保护膜；在随后的成品拉伸中，继续采用抗氧化的润滑剂，抗氧化剂的成分是以苯并三氮唑为主的拉伸润滑剂，这样生产出的产品表面光亮并且能较长期保持光亮，高性能抗氧化铜排的制造的基本原理是：

1、抗氧化性能大大提高的原因：是加入抗氧化剂的作用。

苯并三氮唑作用原理：

当苯并三氮唑与铜表面接触时，***环与铜可形成一层很牢固的表面膜，结构如下：

该结构能稳定地吸附在铜表面上，从而防止铜金属的腐蚀。这样，使抗氧化光亮铜排的初始表面的耐腐蚀性能优于普通铜排，同时由于表面光亮、光洁，可以消除铜排表面的尖端、毛刺(粗糙)等易腐蚀活性点，所以能较长时间地保持光亮。所以不用镀锡，而且表面电阻比普通铜排低2～3Ω。

2、导电性能优于普通铜排的原因：除了采用优质的电解铜以外，更重要的是在制造工艺上采用了潜流式连体炉。由于这种炉子的特殊结构，使熔体从熔炼炉潜流入保温炉，而不同于一般的铸造方法，熔体是通过流槽进入保温炉的，后者熔体很容易吸氧气，前者可达到无氧铜要求，这样，必然带来导电性能的提高。

3、表面光洁度优于普通铜排的原因：是在制造工艺上采用了剥皮工艺，尽管铜排由于宽度大，剥皮很难实现，但由于我们采取了特殊的刨皮模，特殊的刨皮工艺，使铜排剥皮均匀，又中间退火采取了光亮退火，更保证了铜排成品表面光洁度

4、可折弯性好，关键是挤压时加到了水封冷却强度，使晶粒度比一般水封挤压要小。

用该生产方法的铜排接触处的导电性能良好，表面电阻低，表面电阻比普通铜排低2-3Ω；散热性能良好(指同样功率的电柜而言)；使用安全、平稳、可靠；不需要在表面镀锡，节约了有色金属资源，更重要的是消除了表面镀锡工序带来一系列环保不友好的问题。

具体实施方式：

实施例：本发明高性能抗氧化环保铜排的制造方法，包括以下步骤：

以5mm×80mm×5500mm光亮铜排为例：

步骤一、连续铸锭120mm×280mm。将知名品牌的国产电解铜或进口智利铜置于容量为每小时一吨的潜流式连体低频感应炉组，结晶器采用石墨，采用焙烧干燥木炭和鲮片石墨覆盖，铸造温度1140～1160℃，铸速速度(15～18)m/h。

步骤二、水封挤压。水封挤压后产品尺寸为7.3mm×83.3mm。将步骤一所得坯锭置于挤压模内，在800吨双动油压机上水封挤压，挤压温度850～900℃，为了保证产品表面质量和尺寸的稳定性，采用改性陶瓷作挤压模，这种挤压模耐高温不变形，使用寿命比一般的挤压模提高十几倍。因为有水封，产品基本不氧化。水封挤压是这样实现的：制品从挤压机的模具出来后，直接有一种特殊设计的水封头，它既要保证水不进入模具而损坏模具，又要保证从模具出来的热状态下制品立即用水将与大气隔绝，不氧化。我司在水封挤压设计中，除了水封头冷却外，还在进水槽处增加了一路强冷却水，达到了良好的水封效果。经检验水封后制品的晶粒度在0.04m/m～0.05m/m，(一般水封挤压因为冷却强度不够，晶粒度在0.06～0.09m/m)，为后续加工的高性能打下了良好的基础。

步骤三、酸洗中和。将步骤后所得产品置于酸洗中和槽内酸洗中和，酸洗用硫酸波美度15％，中和采用肥皂水，确保表面不留残酸，酸洗后的热水清洗很重要，采用热水槽通蒸汽确保80℃±5℃的水温。

步骤四、粗拉。拉伸时延伸系数为：1.20～1.24。粗拉后产品尺寸为6.1mm×81.5mm，粗拉润滑剂采用变压器油加菜油混合使用(混合比7∶3)。将步骤三所得产品置于粗拉模具内，在30吨链式拉伸机上粗拉，为确保产品的平直度，要求模具中心与拉伸中心一致。粗拉的目的是有利于剥皮工序的进行。

步骤五、剥皮。剥皮后产品的尺寸为5.95mm×81.5mm。剥皮的关键是剥皮模的设计见附图1、2。采用哈夫模，与一般铜管剥皮不同，因为产品平面宽不容易剥均匀，而且剥皮的阻力很大，所以采用了带润滑剂剥皮，润滑剂为一般拉伸用的乳液，配比1∶20。

步骤六、无氧化退火。将步骤五所得产品置于网链式光亮退火炉中，炉内采用98％～99％氮气加1％～2％氢气作保护，退火温度550℃±10℃，保温时间1.5小时±0.5小时，产品退火后表面有一层保护膜，表面呈粉红色而且光亮。

步骤七、精拉。拉伸时延伸系数为1.18～1.20。精拉后产品尺寸5mm×80mm。精拉时采用带添加抗氧化剂的润滑剂，该抗氧化剂是以苯并***为主，(加入40％，配比是变压油∶菜油∶抗氧化剂＝3∶3∶4)，微酸性，具有耐腐蚀性和抗氧化性。本道拉伸在宽度上的变形较小，在厚度上的变形较大，以确保平直和光亮。

Claims (5)

1.一种高性能抗氧化环保铜排的制造方法，其特征在于它包括以下步骤：

步骤一、连铸坯锭——将电解铜置于低频感应电炉内，结晶器采用石墨，采用干燥木炭覆盖，铸造温度1140～1160℃；

步骤二、水封挤压——将步骤一所得坯锭置于挤压模内，在挤压机上水封挤压，挤压温度850～900℃；

步骤三、酸洗中和——将步骤二所得产品置于酸洗中和槽内酸洗中和，酸洗中和后将产品置于热水槽内用热水清洗；

步骤四、粗拉——将步骤三所得产品置于粗拉模具内，在拉伸机上粗拉；

步骤五、剥皮——将步骤四所得产品通过哈夫模，采用了带润滑剂剥皮；

步骤六、无氧化退火——将步骤五所得产品置于光亮退火炉中，炉内采用98％～99％氮气加1％～2％氢气作保护，退火温度550℃±10℃，保温时间1.5小时±0.5小时；

步骤七、精拉——将步骤六所得产品置于精拉模具内，在拉伸机上精拉。

2.根据权利要求1所述的一种高性能抗氧化环保铜排的制造方法，其特征在于步骤一的铸造速度15～18m/h。

3.根据权利要求1所述的一种高性能抗氧化环保铜排的制造方法，其特征在于步骤二的挤压模采用改性陶瓷挤压模。

4.根据权利要求1所述的一种高性能抗氧化环保铜排的制造方法，其特征在于步骤四的拉伸时延伸系数1.20～1.24，粗拉润滑剂采用变压器油加菜油混合使用，变压器油与菜油混合比3∶6～8。

5.根据权利要求1所述的一种高性能抗氧化环保铜排的制造方法，其特征在于步骤七的拉伸时延伸系数1.18～1.20，精拉润滑剂采用带添加抗氧化剂的润滑剂，该抗氧化剂是在一般拉伸用抗氧化剂中加入苯并***，苯并***加入量占抗氧化剂总重量的35％～45％，精拉润滑剂的配比是：变压器油∶菜油∶抗氧化剂＝3∶2.5～3.5∶3.5～4.5。