專利名稱：金屬及其合金材料超細(xì)絲的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬及其合金材料超細(xì)絲的制備方法，是一種制備銅、鋁、鋅、鎂等有色金屬和金、銀、鈀、鉑、等貴稀金屬，及其它們的合金材料超細(xì)絲的一種新方法，屬于有色金屬新材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子、通訊、計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備向精密化、小型化方向發(fā)展。例如，半導(dǎo)體鍵合線的要求向高純、超細(xì)方向發(fā)展；各種貴稀金屬(銀、金、鈀基釬料、鉑族金屬等)材料的超細(xì)絲的要求越來越多；集成電路基板材料及半導(dǎo)體元件粘線希望采用無晶界無缺陷高級材料；音像設(shè)備中的電纜導(dǎo)體若采用單晶制品，可提高訊號傳遞的保真性和清晰度。文獻(xiàn)《有色金屬拉伸》(M.3.埃爾馬諾克，JI.C.瓦特魯申著，錢淑英，王振倫譯.北京冶金工業(yè)出版社，1988)介紹了銅、鋁及其它們的合金絲材的坯料都采用傳統(tǒng)的連鑄方式生產(chǎn)，在拉絲時(shí)進(jìn)行反復(fù)回火處理；文獻(xiàn)《貴金屬材料學(xué)》(黎鼎鑫，張永利.湖南長沙中南工業(yè)大學(xué)出版社，1991，11)介紹了貴金屬材料加工業(yè)都采用傳統(tǒng)的塊式鑄造-開坯的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的坯料，存在成材率低和質(zhì)量差等問題；文獻(xiàn)《鎢鉬絲加工原理》(白淑文，張勝華.北京輕工業(yè)出版社，1983)介紹的生產(chǎn)超細(xì)鎢鉬絲時(shí)，首先拉成鎢鉬絲材，然后用電腐蝕方法進(jìn)行化學(xué)減徑，以達(dá)到超細(xì)絲。目前，生產(chǎn)鋁、銅、稀貴金屬及它們的合金材料的超細(xì)絲時(shí)主要存在以下問題1、在生產(chǎn)金屬超細(xì)絲時(shí)，主要因組織不均勻，晶界和非金屬夾雜和有害元素存在經(jīng)常發(fā)生拉斷現(xiàn)象，而無法拉成超細(xì)絲；2、在拉絲時(shí)所采用的坯料一般都是多晶材料，多晶材料拉絲到一定直徑時(shí)，由于晶界是雜質(zhì)元素和微米級夾雜物聚集處，會(huì)在晶界(特別是橫向晶界)上發(fā)生斷裂；
3、因采用傳統(tǒng)工藝制備的坯料拉絲變形能力差，存在成材率低、質(zhì)量差和工藝復(fù)雜等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，首先必須是制備金屬和合金的化學(xué)成分、組織、機(jī)械性能和物理性能、幾何尺寸均一；其次金屬必須潔凈，無非金屬夾雜和有害元素的優(yōu)質(zhì)坯料。拉絲材料的坯料最理想組織為單晶和無橫向晶界的定向凝固組織，其原因是(1)單晶和定向凝固組織的坯錠，同多晶材料比具有優(yōu)良的拉絲變形能力；(2)由于單晶材料和定向凝固組織的材料具有優(yōu)良的拉絲變形能力，可減少拉絲過程中的熱處理工序，節(jié)能效果顯著；(3)單晶材料和定向凝固組織的材料沒有晶界處的雜質(zhì)元素和微米級夾雜物聚集，提高了材料的純度和均勻性，克服了多晶材料在拉絲過程中的晶界(特別是橫向晶界)斷裂的問題。
由此，本發(fā)明從金屬坯料均一性(無橫向晶界和無晶界)和金屬的潔凈化這兩個(gè)角度出發(fā)，將先進(jìn)的定向凝固技術(shù)與高效的連鑄技術(shù)相結(jié)合，首先采用定向凝固連續(xù)鑄造的方法，制備出具有沿長度方向的柱狀晶組織或單晶組織的坯料線材，然后通過直接粗拉、微拉制備直徑為0.01-0.05mm金屬或其合金材料超細(xì)絲。
本發(fā)明具體工藝過程如下1、在水平定向凝固連鑄設(shè)備上的溶化爐中熔化所選的金屬或合金，過熱100℃-200℃，定向連鑄結(jié)晶器的加熱溫度為連鑄金屬或合金的熔點(diǎn)+50～100℃。
2、連鑄線材的直徑為φ5mm-φ8mm，冷卻水直接冷卻在連鑄線材上，冷卻水的流量60ml/分鐘～120ml/分鐘，冷卻距離30mm～80mm，連鑄速度為1-600mm/分鐘。在引晶初始階段，連鑄速度要慢，逐步加速，平穩(wěn)的過渡到所要求的速度，進(jìn)入穩(wěn)定階段，連續(xù)制備出具有沿長度方向的柱狀晶組織或單晶組織的坯料線材。
3、直接采用連鑄坯料進(jìn)行拉拔粗拉5-10道次，至1-2mm，中拉5-8道次，至0.2-0.8mm，再精拉到直徑為0.01-0.05mm。在拉拔過程中可不用退火，或根據(jù)要求適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行1-2次中間退火，其退火溫度低于線材的再結(jié)晶溫度50-100℃。
本發(fā)明所述的金屬及合金為有色金屬、貴稀金屬及其它們的合金材料，包括銅、鋁、鋅、鎂、鋁硅、銅鋯合金等，也包括金、銀、鈀、鉑，以及銀銅、鈦鎳合金等。
本發(fā)明的方法簡便，可直接連鑄出線材的直徑φ8mm以下的線材，直接進(jìn)行拉拔，免去拉拔前的軋制工藝，并可減少拉絲過程中的熱處理工序，節(jié)能效果顯著。由于單晶材料和定向凝固組織的材料無橫向晶界，具有優(yōu)異拉絲變形能力，在超細(xì)絲的拉制過程中不易出現(xiàn)斷頭、斷線等現(xiàn)象、成材率高、單線長度長等特點(diǎn)。單晶和定向凝固組織鑄坯，消除了晶界使電阻率降低，大大降低夾雜物和氣體的含量，從而提高金屬及合金超細(xì)絲的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和塑性等性能。
本發(fā)明制備的超細(xì)絲材料可應(yīng)用在電子、通訊、計(jì)算機(jī)、音像業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域。例如，半導(dǎo)體的鍵合線、電子設(shè)備上所用的音頻、視頻信號線和微型電機(jī)線圈繞組(需要直徑在0.02mm以下絲材，目前國內(nèi)只能達(dá)到0.03m-0.05mm)，高級手表、手機(jī)等高檔電子設(shè)備中的線圈繞組。同時(shí)，各種貴稀金屬(銀、金、鈀基釬料、鉑族金屬)材料的超細(xì)絲焊料等。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體的實(shí)施例來進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例1定向凝固連鑄銅超細(xì)絲制備采用電解銅為原料，在水平定向連鑄設(shè)備上的溶化爐中熔化銅，溫度1250℃。定向連鑄結(jié)晶器的加熱溫度為1200℃。連鑄線材的直徑φ8mm，冷卻水直接冷卻在鑄棒上，冷卻水的流量60ml/分鐘，冷卻距離50mm，連鑄速度為40mm/分鐘，制備出具有單晶組織的坯料線材。直接采用連鑄坯料進(jìn)行拉拔粗拉5道次至1mm，中拉3道次至0.2mm，再精拉到直徑為0.028mm。
實(shí)施例2定向凝固連鑄鋁超細(xì)絲制備采用電解鋁為原料，在水平定向連鑄設(shè)備上的溶化爐中熔化鋁，溫度為750℃。定向連鑄結(jié)晶器的加熱溫度為720℃。連鑄線材的直徑φ8mm，冷卻水直接冷卻在鑄棒上，冷卻水的流量60ml/分鐘，冷卻距離50mm，連鑄速度為60mm/分鐘，制備出具有沿長度方向的單晶組織的坯料線材。直接采用連鑄坯料進(jìn)行拉拔粗拉6道次至1mm，中拉3道次至0.2mm、再精拉到直徑為0.02mm。
實(shí)施例3定向凝固連鑄Al-1％wtSi超細(xì)絲制備采用電解鋁和結(jié)晶硅為原料，在水平定向連鑄設(shè)備上的溶化爐中熔化鋁硅合金，溫度為740℃。定向連鑄結(jié)晶器的加熱溫度為720℃。連鑄線材的直徑φ8mm，冷卻水直接冷卻在鑄棒上，冷卻水的流量60ml/分鐘，冷卻距離50mm，連鑄速度為60mm/分鐘，制備出具有沿長度方向的單晶組織的坯料線材。直接采用連鑄坯料進(jìn)行拉拔粗拉5道次至1mm，中拉3道次至0.2mm，再精拉到直徑為0.025mm。
實(shí)施例4定向凝固連鑄金超細(xì)絲制備在水平定向連鑄設(shè)備上的溶化爐中熔化金，溫度1230℃。定向連鑄結(jié)晶器的加熱溫度為1180℃。連鑄線材的直徑φ8mm，冷卻水直接冷卻在鑄棒上，冷卻水的流量60ml/分鐘，冷卻距離50mm，連鑄速度為40mm/分鐘，制備出具有單晶組織的坯料線材。直接采用連鑄坯料進(jìn)行拉拔粗拉5道次至1mm，中拉3道次至0.2mm，再精拉到直徑為0.015mm。
實(shí)施例5定向凝固連鑄銀隨細(xì)絲制備在水平定向連鑄設(shè)備上的溶化爐中熔化銀，溫度1200℃。定向連鑄結(jié)晶器的加熱溫度為1140℃。連鑄線材的直徑φ8mm，冷卻水直接冷卻在鑄棒上，冷卻水的流量60ml/分鐘，冷卻距離50mm，連鑄速度為40mm/分鐘，制備出具有單晶組織的坯料線材。直接采用連鑄坯料進(jìn)行拉拔粗拉5道次至1mm，中拉3道次至0.2mm，再精拉到直徑為0.02mm。
實(shí)施例6定向凝固連鑄Ag-28wt％Cu焊絲制備在水平定向連鑄設(shè)備上的溶化爐中熔化Ag-28wt％Cu合金，溫度950℃。定向連鑄結(jié)晶器的加熱溫度為920℃。連鑄線材的直徑φ8mm，冷卻水直接冷卻在鑄棒上，冷卻水的流量60ml/分鐘，冷卻距離50mm，連鑄速度為60mm/分鐘，制備出具有定向組織的坯料線材。直接采用連鑄坯料進(jìn)行拉拔粗拉5道次至1mm，中拉3道次至0.2mm，再精拉到直徑為0.02mm。
通過上述實(shí)例，可以看出本發(fā)明具有如下特點(diǎn)(1)可直接連鑄出線材的坯料，直接進(jìn)行拉拔，免去拉拔前的軋制工藝，并可減少拉絲過程中的熱處理工序，節(jié)能效果顯著；(2)由于單晶材料和定向凝固組織的材料具有優(yōu)異拉絲變形能力，在超細(xì)絲的拉制過程中不易出現(xiàn)斷頭、斷線等現(xiàn)象，具有成材率高、單線長度長等特點(diǎn)；(3)單晶和定向凝固組織鑄坯，消除了晶界使電阻率降低，大大降低夾雜物和氣體的含量，從而提高金屬及合金超細(xì)絲的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能等。
權(quán)利要求
1.一種金屬及其合金材料超細(xì)絲的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)在水平定向凝固連鑄設(shè)備上的溶化爐中熔化所選的金屬或合金，過熱100℃-200℃，定向連鑄結(jié)晶器的加熱溫度為連鑄金屬或合金的熔點(diǎn)+50～100℃；2)連鑄線材的直徑為φ5mm-φ8mm，冷卻水直接冷卻在連鑄線材上，冷卻水的流量60ml/分鐘～120ml/分鐘，冷卻距離30mm～80mm，連鑄速度為1-600mm/分鐘，在引晶初始階段，連鑄速度要慢，逐步加速，平穩(wěn)的過渡到所要求的速度，進(jìn)入穩(wěn)定階段，連續(xù)制備出具有沿長度方向的柱狀晶組織或單晶組織的坯料線材；3)直接采用連鑄坯料進(jìn)行拉拔粗拉5-10道次，至1-2mm，中拉5-8道次，至0.2-0.8mm，再精拉到直徑為0.01-0.05mm。
2.如權(quán)利要求1的金屬及其合金材料超細(xì)絲的制備方法，其特征在于在拉拔過程中進(jìn)行1-2次中間退火，其退火溫度低于線材的再結(jié)晶溫度50-100℃。
3.如權(quán)利要求1的金屬及其合金材料超細(xì)絲的制備方法，其特征在于所述的金屬及合金為銅、鋁、鎂、鋅及其它們的合金材料。
4.如權(quán)利要求1的金屬及其合金材料超細(xì)絲的制備方法，其特征在于所述的金屬及合金為金、銀、鈀、鉑及其它們的合金材料。
全文摘要
一種金屬及其合金材料超細(xì)絲的制備方法，首先采用定向凝固連續(xù)鑄造的方法，制備出具有沿長度方向的柱狀晶組織或單晶組織的坯料線材，然后通過直接粗拉、微拉制備直徑為0.01－0.05mm金屬或其合金材料超細(xì)絲。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是直接連鑄出線材的直徑φ8mm以下的線材，可直接進(jìn)行拉拔，免去拉拔前的軋制工藝；由于單晶材料和定向凝固組織的材料無橫向晶界，具有良好塑性可減少拉絲過程中的熱處理工序，節(jié)能效果顯著。同時(shí)克服了在拉絲過程中因橫向晶界而發(fā)生的斷裂。本發(fā)明制備的超細(xì)絲材料可應(yīng)用在電子、通訊、計(jì)算機(jī)、音像業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號C21D8/00GK1562514SQ200410017008
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者許振明, 李建國 申請人:上海交通大學(xué)