劉占海，姜業(yè)欣

(中色奧博特銅鋁業(yè)有限公司，山東臨清 252600)

隨著現(xiàn)代電子、通訊工業(yè)的高速發(fā)展，移動通訊的高屏蔽性以及小型繼電器晶體諧振器外殼的高可靠密封性，對鋅白銅帶材提出了嚴(yán)格的性能及質(zhì)量的要求［1～3］。鋅白銅一般采用水平連鑄工藝［4～6］、冷軋+退火工藝制備［7，8］。由于該合金具有美麗的銀白色，在美國、日本、韓國等工業(yè)國，還常用于接插件、光學(xué)儀器和照相器材零件、服裝、鍍銀底板、餐具、金屬構(gòu)件、鉚釘、拉鏈等，市場使用量大。由于其精度、表面質(zhì)量及機(jī)械性能要求高，多從日本、德國等先進(jìn)工業(yè)國進(jìn)口，價格高。

上?？铺┕臼菄鴥?nèi)最先研制生產(chǎn)鋅白銅帶的企業(yè)。另外，國內(nèi)生產(chǎn)鋅白銅的廠家還主要有安徽鑫科、寧波興業(yè)、江西同創(chuàng)、山東天圓、福建紫金。但其生產(chǎn)的產(chǎn)品與高端產(chǎn)品相比還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在300℃/3 min處理時抗變色能力差。

本項目主要是針對C7521和C7701兩種鋅白銅帶材在300℃/3 min處理時的變色問題，通過合金成分調(diào)整、表面粗糙度控制和控制清洗等工藝措施的實施，產(chǎn)業(yè)化制備出性能、表面質(zhì)量等方面均完全滿足現(xiàn)代電子屏蔽用銅帶要求的鋅白銅帶。

1 鋅白銅成分與加工工藝

鋅白銅的成分如表1所示。

表1 鋅白銅合金的化學(xué)成分 %

鋅白銅的制備工藝路線如圖1所示:

圖1 鋅白銅的制備工藝路線

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 鋅白銅帶坯熔煉鑄造工藝

鋅白銅兼有銅和鎳兩種金屬的熔煉特性，它比銅熔點(diǎn)高，吸氣能力強(qiáng)，在熔煉時，其熔體同時吸入氧和氫，鎳極易與氧反應(yīng)生成氧化亞鎳，銅與氧反應(yīng)生成氧化亞銅，均溶于熔體中，凝固結(jié)晶時分布在鑄坯晶界處，不利于軋制。通過對保溫爐和熔化爐覆蓋厚度為150～200 mm的煅燒木炭，出爐前利用銅鎂錳復(fù)合中間合金對熔體脫氧、除氣，鑄坯組織得到顯著改善。確定的鋅白銅鑄造工藝參數(shù)如表2所示。

表2 鋅白銅的實驗拉鑄參數(shù)

卷坯表面光滑、無孔洞、無壓痕、無邊裂、無橫向和中心裂紋、無金屬或非金屬壓入，結(jié)晶線清晰且基本對稱，無邊部殘瘤，鑄坯成品率由原來的89%提高到96.5%。

微量元素硫是影響鋅白銅發(fā)黃的主要原因;硫和銅可形成沿晶界分布的脆性化合物，易產(chǎn)生“冷脆”，同時降低銅帶的耐蝕性。為了消除硫元素對鑄坯的影響，加稀土元素鈰。由于稀土元素鈰易于硫親和，形成復(fù)雜化合物從熔體中排除，從而凈化熔體，減少鑄錠中的缺陷。另外，由于稀土元素鈰在鋅白銅中的溶解度極小，在合金凝固過程中聚集在液相與固相的界面上，促使了新晶核的形成，因而能明顯地細(xì)化晶粒，改善合金的組織性能。合金典型的鑄造組織如圖2所示。

圖2 合金的鑄造組織

在鋅白銅帶熔煉鑄造中，在合金中添加微量的Al和Ce，同時通過潤滑條件的改善，降低了帶材表面的粗糙度，顯著改善鋅白銅帶材的抗氧化變色性能。

2.2 鋅白銅帶材軋制工藝

鋅白銅帶材在加工過程中需要經(jīng)過粗軋和精軋，帶材由14.8 mm厚的鑄坯粗軋至2.5 mm(或 2.35 mm)，粗軋的金相組織如圖3所示，為典型的加工纖維狀組織。具體軋制工藝參數(shù)如表3所示。中間退火在光亮式罩式爐中進(jìn)行，退火溫度640℃，退火后合金的金相組織如圖4所示，為典型的再結(jié)晶組織。成品退火溫度控制在460℃，其組織如圖5所示，為再結(jié)晶組織，此時再結(jié)晶組織比較細(xì)小、均勻。

2.3 鋅白銅清洗工藝

在300℃保溫3 min的帶材中，選取典型試樣，用P1400的金相砂紙打磨發(fā)現(xiàn)，發(fā)黃的物質(zhì)僅位于帶材的表層，且很容易被打磨掉，故在清洗線上安裝了一對研磨刷和一對拋光刷，型號分別為P600和P2000，結(jié)果發(fā)現(xiàn):帶材經(jīng)300℃處理后，表面發(fā)黃程度顯著改善。

圖3 C7701冷軋變形后典型的金相組織

圖4 C7701合金640℃中間退火典型的金相組織

圖5 C7701合金460℃成品退火典型的金相組織

表3 鋅白銅帶材的軋制參數(shù)

鋅白銅帶在車間里放置一段時間后，清洗線附件的霧氣比較嚴(yán)重，會使帶材表面發(fā)生吸氧腐蝕。此時帶材表面是一層白色的氧化鋅，經(jīng)過清洗線清洗時帶材表面的氧化鋅會被酸洗洗掉，帶材表面出現(xiàn)了缺陷，抗氧化性瞬間降低。通過酸堿液洗掉鋅白銅帶材表面的氧化鋅后，還需要通過刷子刷掉表面的裸露的銅鎳合金，降低帶材表面的粗糙度。

具體的清洗液的濃度和實驗結(jié)果如表4所示。

表4 鋅白銅帶材清洗液的濃度和實驗結(jié)果

由表4可以看出若保持酸液濃度為13%不變，用不同濃度的堿液清洗帶材，然后把帶材放在馬弗爐內(nèi)，300℃ 烘烤3 min之后發(fā)現(xiàn):隨堿液濃度的增加，帶材表面的顏色在逐漸減輕。

2.4 鋅白銅帶材機(jī)械性能

鋅白銅帶材機(jī)械性能如表5所示。

表5 鋅白銅帶材機(jī)械性能

3 結(jié)論

1.通過對鋅白銅合金熔體脫氧、拉鑄工藝優(yōu)化，連鑄卷坯表面光滑，無孔洞、無壓痕，無邊裂，無橫向和中心裂紋、無金屬或非金屬壓入，無邊部殘瘤，鑄坯成品率由原來的89%提高到96.5%。

2.對鋅白銅化學(xué)成分進(jìn)行微調(diào)，增加微量Ce、Al，并通過表面粗糙度控制和堿液清洗處理，研制的電子屏蔽用鋅白銅帶可實現(xiàn)在300℃的馬弗爐內(nèi)保持3 min不發(fā)黃變色。

3.鋅白銅帶材機(jī)械性能為:1/2H態(tài)時硬度140～180 HV，抗拉強(qiáng)度540～655 MPa，伸長率8%。

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