劉建新，文志凌，舒 良，樊金金

(安徽楚江科技新材料股份有限公司，安徽 蕪湖 241008)

LED燈具有光效高、壽命長、耐震動、不易損壞、瞬時啟動、無污染等優(yōu)點，是普通照明和道路照明的理想光源。LED燈引線支架用銅帶(以下簡稱LED銅帶)主要用于LED燈支架表面鍍層的底件，是LED燈具中重要的組成部分。在國家發(fā)改委先后發(fā)布的《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》及《LED照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見》中，將綠色照明工程列入節(jié)能的重點工程，并以國家財政補貼方式，在大力推廣LED高效照明產(chǎn)品這一背景之下，近年來LED銅帶市場需求旺盛。當前國內(nèi)市場LED銅帶高端應用普遍以Cu-Fe-P系合金為主導[1]，該類型LED銅帶質(zhì)量優(yōu)異但成本高；低端應用以Fe基材料為主，具備成本低廉的優(yōu)勢但質(zhì)量穩(wěn)定性不足，甚至直接縮短LED燈具的壽命。由此，LED銅帶在供應質(zhì)量兩級分化的現(xiàn)狀下，對能夠兼顧產(chǎn)品質(zhì)量，且材料成本更優(yōu)的新型LED銅帶材料的需求日漸增加。

LED銅帶相較于常規(guī)銅帶產(chǎn)品而言，由于其表面電鍍銀以及后續(xù)焊接金線工藝的需求，要求產(chǎn)品表面微觀紋路均勻的同時，內(nèi)部組織需保障晶粒均勻且細小，表面粗糙度Ra≤0.18μm，且產(chǎn)品表面缺陷管控要求≤1處/m(每處面積≤0.1mm2)。同時，為保障高速沖床生產(chǎn)穩(wěn)定運行，LED銅帶需具備優(yōu)異的均勻一致性與準確性；具體而言，LED銅帶的側(cè)彎需≤1.0mm/m，平直度≤10I，厚度精度≤±0.004mm，寬度精度≤±0.04mm；力學性能控制區(qū)間之中，整卷正面銅帶的維氏硬度波動范圍≤±10，抗拉強度波動范圍≤±20MPa，其質(zhì)量要求遠超常規(guī)銅帶產(chǎn)品。

黃銅帶材具備優(yōu)異的綜合力學性能與加工成型性能，導電率介于Cu-Fe-P系合金與Fe基材料之間[2]，令其成為在考慮綜合成本前提下，替代Cu-Fe-P系合金與Fe基材料應用于LED銅帶的最佳選項。

1 黃銅帶材LED銅帶生產(chǎn)控制技術(shù)

1.1 產(chǎn)品表面粗糙度控制技術(shù)

Cu-Fe-P系合金采用表面拋光控制粗糙度的方案，F(xiàn)e基材料直接采用小于0.18μm粗糙度的軋輥軋制控制粗糙度的方案。而黃銅帶材表面硬度介于Cu-Fe-P系合金與Fe基材料兩種材料之間，表面拋光方案無法保障最終拋光效果，或拋光刷磨損巨大，而小粗糙度軋制方案則容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，影響產(chǎn)品表面質(zhì)量。因此，為滿足黃銅帶材LED銅帶粗糙度，對應開發(fā)了系統(tǒng)的粗糙度管控方案，具體技術(shù)細節(jié)包括：(1)為黃銅帶材LED銅帶配置專用軋輥與軋輥參數(shù)，通過提高軋輥表面硬度保障軋輥表面均勻性的同時，配備全軋制環(huán)節(jié)逐道次降低粗糙度的軋輥磨削方案，結(jié)合各加工道次的分配情況，分別適用不同的軋輥粗糙度，保障最終軋制環(huán)節(jié)產(chǎn)品粗糙度受控。(2)針對小粗糙度軋制方案出現(xiàn)打滑的問題，在對軋輥粗糙度和軋制力不能調(diào)整的情況下，通過對軋制油的粘度進行調(diào)整，以及軋制過程軋制油噴淋量的管控，解決摩擦力不夠造成的打滑。

1.2 產(chǎn)品表面微觀紋路控制技術(shù)

產(chǎn)品表面微觀紋路的本質(zhì)是軋制過程中軋輥表面與銅帶表面摩擦后留下的痕跡，也表征了銅帶表面與軋輥表面粗糙度的均勻性。同時，生產(chǎn)過程所有與銅帶表面接觸的環(huán)節(jié)，都會影響到產(chǎn)品表面微觀紋路的控制。基于這一認識，配套研發(fā)的產(chǎn)品表面微觀紋路控制技術(shù)包括如下具體細節(jié)：(1)對黃銅帶材表面與軋輥表面的粗糙度管控，除正常的Ra粗糙度檢測與不同區(qū)域Ra數(shù)值的控制區(qū)間限定外，進一步引入Rmax指標的管控，避免銅帶表面或軋輥表面在微觀上存在較大的波峰或波谷。(2)保證銅帶軋制過程始終處于充分潤滑狀態(tài)。(3)銅帶表面在接觸不同輥系與不同拋光刷輥過程中，輥系表面粘附的顆粒物與拋光刷輥刷毛的軟硬程度同樣直接影響產(chǎn)品表面微觀紋路。生產(chǎn)過程環(huán)境衛(wèi)生的管控、輥系工藝衛(wèi)生的管控與拋光刷刷毛的選擇，均需納入日常監(jiān)控范圍，保證表面微觀紋路穩(wěn)定。

1.3 產(chǎn)品平均晶粒度控制技術(shù)

黃銅產(chǎn)品晶粒度主要受產(chǎn)品鑄錠組織、成分、退火工序中退火參數(shù)與爐況(受熱均勻性)的影響，同時退火前道次加工率也直接影響著黃銅產(chǎn)品的晶粒度指標。理想狀態(tài)下，獲取整體晶粒細小且均勻的組織作為控制技術(shù)的核心目標。針對黃銅LED帶材的研發(fā)，具體配套的晶粒度管控技術(shù)包括：(1)通過對結(jié)晶器二次冷卻水孔細小密排的調(diào)整，并有意識控制鑄錠成分中結(jié)晶形核核心(如鐵元素)的殘留，為全流程細小晶粒度的獲取創(chuàng)造基礎。(2)生產(chǎn)全流程配備大加工率與短時低溫退火的生產(chǎn)工藝，保障各道次晶粒徹底破碎的同時，每次退火均按照不完全退火的方式進行，限制晶粒長大。并基于此工藝專項描繪加工硬化曲線，保障最終產(chǎn)出產(chǎn)品性能符合控制區(qū)間要求且均勻穩(wěn)定。(3)對退火設備實施專項改造，調(diào)整罩式爐底座風機為變頻電機，減輕罩式爐退火過程銅帶表面熱膨脹與收縮階段的粘接以改善表面質(zhì)量，同時，更重要的是保證退火過程實現(xiàn)分階段受控供熱，進一步遏制晶粒的不受控長大。

1.4 產(chǎn)品表面缺陷與量化指標控制技術(shù)

相較于常規(guī)黃銅帶材產(chǎn)品而言，黃銅LED銅帶在產(chǎn)品表面缺陷管控與量化指標管控上并無較大差異，僅在產(chǎn)品整體表面控制的穩(wěn)定性、低粗糙度表面所需的額外防護與量化指標管控精度上有所區(qū)別。黃銅LED銅帶生產(chǎn)全流程各工序中特色的管控技術(shù)包括：(1)實施表面墊紙防護作業(yè)，避免銅帶之間因粗糙度過低造成相互錯動，帶來產(chǎn)品表面宏觀上的擦劃傷與微觀上的紋路異常?？紤]墊紙成本，對各工序墊紙均實施回收循環(huán)應用。(2)收卷與開卷張力實施配套銜接，避免銅帶開卷階段因與收卷張力不匹配而產(chǎn)生銅帶回松，帶來產(chǎn)品表面宏觀上的擦劃傷與微觀上的紋路異常。(3)黃銅LED銅帶生產(chǎn)全流程中各工序運行速度實施管控，限制各機臺設備運行速度在最優(yōu)相應區(qū)間內(nèi)，最大程度避免因機列運行速度差異帶來的打滑，帶來產(chǎn)品表面宏觀上的擦劃傷與微觀上的紋路異常。(3)設定量化指標管控點，對軋制過程厚度控制精度、板形控制精度實施量化監(jiān)管，保證量化指標均勻穩(wěn)定。

2 黃銅帶材LED銅帶生產(chǎn)實踐

通過對黃銅帶材LED銅帶技術(shù)需求與生產(chǎn)技術(shù)的分析與研發(fā)，最終確定了黃銅帶材LED銅帶生產(chǎn)工藝技術(shù)，以當前市場最為典型的H65 Y 0.127mm黃銅LED銅帶產(chǎn)品為例，對LED銅帶生產(chǎn)工藝技術(shù)簡要說明。

2.1 生產(chǎn)工藝流程

熔煉鑄錠260mm→鋸切→步進爐(溫度)→熱軋17mm→銑面15.5mm→粗軋2.0mm→毛坯退火480℃×6h→毛坯清洗→中軋0.6mm→中間退火440℃×6h→中厚帶清洗→中精軋0.3mm→中間退火440℃×6h→薄帶清洗→預精軋0.15mm→松卷→留底退火440℃×6h→薄帶清洗→成品精軋0.127mm→薄帶清洗→拉彎矯直→分切檢驗→包裝交付。

2.2 核心工序生產(chǎn)實際說明

(1)成品軋制工序。軋機規(guī)格為Φ150mm/450mm×500mm，軋制速度180m/min，采用全油軋制，軋輥粗糙度控制在0.05μm～0.10μm；軋制至0.127mm后卸卷。軋制階段，軋制前確認專用輥系狀況，添加控粘度用軋制油添加劑2桶，并添加降低軋制油顆粒物的過濾劑[4]2袋，保證軋制階段的表面受控。軋制過程，根據(jù)現(xiàn)場取樣查看表面及帶型的實際情況，通過調(diào)整前后張力、彎輥投入進行生產(chǎn)，典型軋制工藝參數(shù)為，生產(chǎn)道次0.15mm～0127mm，加工率15.38%，預期軋制力80t，前張力2.5kN，后張力2.2kN，彎輥力-1.5kN，速度4.5m/s。

(2)清洗階段。采用堿洗→酸洗→清水沖洗→拋光→熱水沖洗→鈍化→烘干→收卷的方式。堿洗采用DC-362液態(tài)脫脂劑，濃度3%，溫度控制在70℃；酸洗采用硫酸，濃度為4%～6%；拋光采用1000目多股刷，刷毛材質(zhì)氧化鋁，熱水沖洗溫度70℃，鈍化采用CC2002，濃度為0.4%，溫度70℃，速度<60m/min。清洗前準備，生產(chǎn)前擦拭所有擠干輥，對工藝介質(zhì)進行浮油清理；清洗過程中，上料時每卷銅帶的外圈需剪掉1圈。清洗線速度為60m/min，開卷張力與收卷張力按照正常生產(chǎn)投入使用；為防止松卷挫傷銅帶整卷墊紙。

(3)拉矯階段。將清洗后厚度為0.127 mm的帶卷采用張力輥和彎曲矯直輥的方式進行矯直；其中，張力輥共8個，直徑500mm，輥間最大張力58kN；彎曲矯直采用6重式23輥矯直，矯直輥直徑16mm，矯直中帶卷延伸率控制在0.08%，帶卷矯直速度100m/min。拉矯前準備，拉矯階段按照成品檢驗標準對產(chǎn)品的成分、表面、公差、性能、板型進行全面檢查，以上幾項全部合格后繼續(xù)組織生產(chǎn)。拉矯過程中，針對產(chǎn)品銅帶板型進行修正，經(jīng)拉矯后確保板型平直符合訂單標準。

(4)成品驗收工序。依托產(chǎn)品分切作業(yè)工序?qū)ED成品實施全檢驗收，并重點就核心指標實施管控，主要內(nèi)控驗收指標包括：(1)產(chǎn)品成分應符合ASTM標準，Cu≥64%，Pb≤500ppm，F(xiàn)e≤500ppm；(2)產(chǎn)品維氏硬度應符合HV140～HV160；(3)產(chǎn)品尺寸精度，厚度0.127mm～0.007mm×寬度60.8mm～0.1mm；(4)產(chǎn)品表面粗糙度Ra≤0.15μm。產(chǎn)品表面要求為，輔助照明條件下目測無正常視力可見缺陷，表面紋路均勻細膩(圖1)。

圖1 產(chǎn)品表面微觀紋路(40X)Fig.1 Product surface micro-grain (40X)

3 黃銅帶材LED銅帶產(chǎn)品開發(fā)成效

自2013年度啟動黃銅LED銅帶產(chǎn)品開發(fā)至今，開發(fā)成功的黃銅LED銅帶產(chǎn)品作為主打產(chǎn)品，投放市場后銷量連年翻番(表1)，已在國內(nèi)市場中獲得了普遍的認可。

表1 2013-2017年度LED黃銅帶銷售情況(單位：t)

2018年度黃銅LED銅帶預計全年累計銷售近萬噸，銷售額首次突破5億大關(guān)，為企業(yè)創(chuàng)造良好經(jīng)濟效益的同時，也為國內(nèi)LED燈具的大量普及貢獻了企業(yè)應有的社會責任。