CN109746271B - 一种高性能铜箔的深冷叠轧制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高性能铜箔的深冷叠轧制备方法，将两卷铜箔分别安装到卷取机一、卷取机二上；分别利用左侧导辊叠合从同一异步轧机经过，并在出异步轧机后，利用右侧导辊分离并分别安装到卷曲机三和卷取机四上，各卷取机分别放置在一个温度为‑192℃～‑100℃深冷箱中；开启卷取机，使铜箔带材形成张力，开启异步轧机机组进行深冷轧制；采用液压装置逐渐增加异步轧机的辊间压力，使轧辊成为负辊缝运行，直到整卷铜箔被轧制完成；转换轧制方向，调换轧机上下辊轧制异速比，重复1‑3次，制备出厚度≤5μm的高导电性能、高强度铜箔产品，铜箔的抗拉强度超过500MPa，该超薄铜箔在锂电池、电子、能源、航天和军事等产业的发展意义重大。
Description
技术领域
本发明属于金属材料轧制技术领域，特别涉及一种高性能铜箔的深冷叠轧制备方法。
背景技术
随着人们对工件尺寸降低的需要增加，极薄材料开发成为金属塑性加工领域的重要发展方向。然而，很多高附加值的极薄材料一直难以得到稳定生产，其中，铜箔就是这些材料之一。极薄厚度的铜箔是锂离子电池负极集流体主要材料，其生产技术的发展和性能的优劣将直接影响锂离子电池的制作工艺，性能和生产成本。开展对高性能、高附加值的锂离子电池用铜箔的研究，对铜箔工业以及电子、能源、航天和军事等产业的发展意义重大。
制备高性能金属铜箔一直面临两个挑战，第一个是铜箔厚度的降低。目前国内企业在制备铜箔过程中一般采用减小工作辊直径的方法。然而，当工作辊直径降低到一定的时候，铜箔的厚度不能够再进行降低。第二个是铜箔力学性能的降低。当铜箔厚度低于一定厚度时，传统轧制制备方法制备的铜箔会发生厚度软化行为，因而其强度难以达到要求。这两个问题与目前人们期望制备更薄以及更强的铜箔存在矛盾。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高性能铜箔的深冷叠轧制备方法，可以制备出高强度、高导电性能的极薄铜箔。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高性能铜箔的深冷叠轧制备方法，包括如下步骤：
第一步：以高导电的铜箔为原料，铜箔的厚度为8μm～12μm，宽度为100mm-600mm；
第二步：将两卷铜箔分别安装到卷取机一、卷取机二上；
第三步：将两卷铜箔分别利用左侧导辊叠合从同一异步轧机经过，并在出异步轧机后，利用右侧导辊分离并分别安装到卷曲机三和卷取机四上，各卷取机分别放置在一个温度为-192℃～-100℃深冷箱中；
第四步：开启卷取机，使铜箔带材形成张力，张力大小为50-200MPa；
第五步：开启异步轧机机组进行深冷轧制；
第六步：采用液压装置逐渐增加异步轧机的辊间压力，使轧辊成为负辊缝运行，直到整卷铜箔被轧制完成；
第七步：转换轧制方向，调换轧机上下辊轧制异速比，重复第四步至第六步；
重复第七步1-3次，制备出厚度≤5μm的高导电性能、高强度铜箔产品，铜箔的抗拉强度超过500MPa。
优选地，所述第三步与第四步之间，还在铜箔叠合面喷射防粘结润滑液。
优选地，所述第三步与第四步之间，还在异步轧机进出口位置设置冷却气体和润滑液一体的喷枪，向进出异步轧机的叠合铜箔上下表面喷射含有液氮的冷却气体及专门用于铜箔生产的深冷润滑液。
优选地，所述第四步中使铜箔带材形成50-200MPa的张力。
优选地，所述第五步中异步轧机轧辊速度V2：V1为1.1～1.3之间。
优选地，所述第六步轧制过程中实现轧件道次压下率在15％-35％。
与现有技术相比，本发明可以制备出高强度、高导电性能的超薄铜箔(≤5μm)，该超薄铜箔在锂电池、电子、能源、航天和军事等产业的发展意义重大。
附图说明
图1是本发明制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明一种高性能铜箔的深冷叠轧制备方法，主要目的为制备高强度、高导电性能的厚度≤5μm的极薄铜箔，其主要原理为在超低温塑性变形过程中层状材料之间的界面结合能力大幅降低，当压下率较低的情况下，在非常小的力的作用下层状材料将可以被分离。利用层状叠轧轧件厚度增加，在轧辊直径不变的情况下轧件厚度可以有效地降低。与此同时，利用超低温塑性变形实现材料晶粒细化，实现材料强度增加。通过1到3个道次的超低温叠轧分离方法，制备出高性能极薄铜箔。
如图1所示，本发明的具体步骤如下：
第一步：以高导电的铜箔5为原料，铜箔5的初始厚度为8μm～12μm，宽度为100mm-600mm。
第二步：将两卷铜箔5分别安装到卷取机一2和卷取机二3上，卷取机一2位于深冷箱一1中，卷取机二3位于深冷箱一4中，卷取机一2位于卷取机二3的上方。
第三步：卷取机一2上的铜箔5(上部铜箔)经导辊一8，卷取机二3上的铜箔5(下部铜箔)经导辊二9，在导辊三10和导辊四11处叠合，叠合后经过异步轧机，出异步轧机后，在导辊五20和导辊六21处分离，上部铜箔经导辊七22安装到卷曲机三26上，下部铜箔经导辊八23安装到卷曲机四28上，卷曲机三26位于深冷箱三27中，卷曲机四28位于深冷箱四29中，四个深冷箱均采用氮气进行冷却，温度为-192℃～-100℃，异步轧机包括上支撑辊14、上工作辊15、下工作辊16和下支撑辊17，上工作辊15的速度为V1，下工作辊16的速度为V2。
第四步：在叠合之前，利用防粘结润滑液喷嘴一6对上部铜箔的下表面喷射防粘结润滑液，利用防粘结润滑液喷嘴二7对下部铜箔的上表面喷射防粘结润滑液；在分离之后，利用防粘结润滑液喷枪三24对上部铜箔的下表面喷射防粘结润滑液，利用防粘结润滑液喷嘴四25对下部铜箔的上表面喷射防粘结润滑液。
第五步：开启异步轧机进口上侧的冷却气体和润滑液一体的喷枪一12、进口下侧的冷却气体和润滑液一体的喷枪二13、出口上侧的冷却气体和润滑液一体的喷枪三18和出口下侧的冷却气体和润滑液一体的喷枪四19，采用专门用于铜箔生产的深冷润滑液。
第六步：开启各卷取机，使带材形成张力，张力大小为50-200MPa。
第七步：开启异步轧机机组，异步轧机轧辊速度V2：V1为1.1～1.3之间。
第八步：采用液压装置逐渐增加上工作辊15和下工作辊16的辊间压力，使轧辊成为负辊缝运行，直到整卷铜箔被轧制完成。轧制过程中实现轧件道次压下率在15％-35％。
第九步：转换轧制方向，调换轧机上下辊轧制异速比，重复第四步至第八步。
重复第九步1-3次，制备出厚度≤5μm尤其是≤0.5μm的高导电性能、高强度铜箔产品，铜箔的抗拉强度超过500MPa。
在本发明的一个具体实施例中，铜箔5的初始厚度为10μm，宽度为200mm，各深冷箱的温度为-150℃，带材形成的张力大小为100MPa，V2：V1为1.1，轧制过程中实现轧件道次压下率为25％：转换轧制方向后轧制压下率控制在20％，第二道次轧制结束后，再转换轧制方向进行轧制，轧制压下率控制在20％。经过三个道次可逆深冷叠轧制备出厚度0.48μm的高导电性能、高强度铜箔产品，铜箔的抗拉强度达到510MPa。采用该技术制备的铜箔与原始铜带的导电性能相当。
在本发明的另一个具体实施例中，铜箔5的初始厚度为8μm，宽度为100mm，各深冷箱的温度为-100℃，带材形成的张力大小为80MPa，V2：V1为1.2。第一道次轧制过程中，实现轧件道次压下率为20％。然后，转换轧制方向，进行第二道次轧制，轧制压下率控制在15％。此后，再转换轧制方向，完成第三道次轧制，轧制压下率控制在15％。轧制结束后，再转换轧制方向，轧制压下率控制在15％，完成第四道次轧制，制备出厚度0.4μm的高导电性能、高强度铜箔产品，铜箔的抗拉强度达到500MPa。采用该技术制备的铜箔与原始铜带的导电性能相当。
Claims (5)
1.一种高性能铜箔的深冷叠轧制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：以高导电的铜箔为原料，铜箔的厚度为8μm～12μm，宽度为100mm-600mm；
第二步：将两卷铜箔分别安装到卷取机一、卷取机二上；
第三步：将两卷铜箔分别利用左侧导辊叠合从同一异步轧机经过，并在出异步轧机后，利用右侧导辊分离并分别安装到卷曲机三和卷取机四上，各卷取机分别放置在一个温度为-192℃～-100℃深冷箱中；
第四步：开启卷取机，使铜箔带材形成张力，张力大小为50-200MPa；
第五步：开启异步轧机机组进行深冷轧制，异步轧机轧辊速度V2：V1为1.1～1.3之间；
第六步：采用液压装置逐渐增加异步轧机的辊间压力，使轧辊成为负辊缝运行，直到整卷铜箔被轧制完成；
第七步：转换轧制方向，调换轧机上下辊轧制异速比，重复第四步至第六步；
重复第七步1-3次，制备出厚度≤5μm的高导电性能、高强度铜箔产品，铜箔的抗拉强度超过500MPa。
2.根据权利要求1所述高性能铜箔的深冷叠轧制备方法，其特征在于，所述第三步与第四步之间，还在铜箔叠合面喷射防粘结润滑液。
3.根据权利要求1所述高性能铜箔的深冷叠轧制备方法，其特征在于，所述第三步与第四步之间，还在异步轧机进出口位置设置冷却气体和润滑液一体的喷枪，向进出异步轧机的叠合铜箔上下表面喷射含有液氮的冷却气体及专门用于铜箔生产的深冷润滑液。
4.根据权利要求1所述高性能铜箔的深冷叠轧制备方法，其特征在于，所述第四步中使铜箔带材形成50-200MPa的张力。
5.根据权利要求1所述高性能铜箔的深冷叠轧制备方法，其特征在于，所述第六步轧制过程中实现轧件道次压下率在15％-35％。
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