北京建萊
 


 地址:北京市豐臺區雙林東路9號
 郵編:100166
 電話:0086-10-68184188
 傳真:0086-10-68181304
 E-mail:keenlioyd@vip.sina.com

 

 職位:工業自動化控制、電子工程
 職位:冶金機械或相關專業
 職位:機械相關專業。

銅及銅合金板帶材表面清洗技術及裝備

北京建萊機電技術有限公司 2009.3

 

一、前言
  現代高精銅及銅合金帶材必須具備光亮、平整、無污染、耐大氣腐蝕的優良表面質量,以滿足后續電鍍、焊接、沖壓等二次加工對銅帶表面日益嚴格的技術要求。銅及銅合金板帶材表面質量控制涉及整個生產工藝流程中的各個生產環節,其中帶材中間及成品清洗是提高帶材表面質量最重要的生產工序。現代高精銅及銅合金板帶材生產線中,帶材的清洗是在高度現代化、自動化、連續化的清洗機列上完成的,涉及脫脂、酸洗、研磨、鈍化、烘干等多個環節,正確運用相關的清洗技術、選擇工藝結構合理的裝備是提高帶材表面質量的關鍵,對推動我國以高性能、高精度、高表面質量為代表的高精銅及銅合金板帶材發展具有重要的意義。

二、銅及銅合金帶材表面清洗技術
2.1、脫脂
  表面脫脂是改善表面質量、提高抗蝕能力的重要工序,在板帶材生產中常用作退火前帶材的清洗和硬態加工材成品表面清洗,即可單獨與烘干裝置組成脫脂清洗線,又可與酸洗、研磨、鈍化、烘干組合成脫脂-酸洗表面處理線,提高酸洗、研磨等表面處理效果。脫脂的目的是去除銅帶表面殘留的軋制工藝潤滑液及各種油污,目前常見潤滑油如表1所示,實驗表明由于不同油品碳氫鏈長短類型差異很大,導致殘留物數量、揮發溫度范圍各不相同,同時由于添加劑類型、數量各不相同,退火殘留物形態、顏色也不相同,不同退火溫度下殘留物形態及數量見表2。在銅及銅合金表面清洗中,脫脂工序是不可缺少的關鍵工藝環節,特別是純銅、高銅類合金,帶卷間殘留潤滑液,如果脫脂效果不好,即使采用帶低溫抽吸的真空高氫光亮退火,也很難徹底消除潤滑劑分解對帶材表面的污染及退火產生的變色,在金屬表面形成云狀的污跡,不僅降低表面質量,也會加劇表面腐蝕影響二次加工性能;另外酸洗無法清除帶材表面附著的殘油及各種污物,沒有脫脂清洗工序會嚴重影響帶材的酸洗質量,因此脫脂效果的好壞決定了銅帶退火、酸洗質量的高低。
  銅及銅合金脫脂清洗方法及比較如表3所示,目前板帶材成熟的脫脂方法是采用堿液脫脂,對于有機潤滑劑,堿液具有良好的皂化作用,可以與飽和脂肪酸形成脂肪酸鈉(肥皂)和甘油,同時飽和脂肪酸鈉又是良好的清洗表面活性劑,具有良好的去除有機潤滑劑的作用。但對于大部分礦物潤滑油,其皂化反應不明顯,單靠堿液去除效果有限,必須添加一系列表面活性劑,才能達到良好的去油效果,目前普遍采用的是德國Henkel公司的P3-T7221脫脂劑,主要由苛性鈉、碳酸鈉、焦磷酸鈉、偏硅酸鈉和系列表面活性劑組成,易溶于水、清洗泡沫低,具有良好的水軟化特性,一般加入量為0.3~2%,溶液溫度在70~80℃之間清洗效果最好,但由于溶液溫度較高,脫脂時會產生大量的堿霧,必須解決堿霧的收集和處理問題。為此德國SURTEC公司開發出一種以磷酸鹽為主的脫脂劑surtecl132,其使用濃度大約2~6%,同時配入0.5%左右的surtecl084表面活性劑,該種脫脂劑溶液使用溫度在30~50℃之間,可以大幅減少堿霧的生成。
  近年來表面脫脂技術新近的發展趨勢是:為了提高脫脂效果,在脫脂刷洗前增加預脫脂環節,以噴淋的方式去除帶材表面大部分殘油,提高脫脂刷洗質量,其中新近開發的高壓熱水脫脂技術,采用20~60Mpa的熱水高壓噴射,配合兩級熱水噴淋,可達到優良的脫脂、清污效果,是當前極具發展前途的環保、無污染的脫脂處理新技術。

表1 目前常用板帶軋制潤滑介質的性狀


編號

油品牌號

密度g/cm3

外觀

1#

G-46

7.558

淡黃色透明液體,有少量絮狀沉淀

2#

銅帶精軋油

8.0066

黃色透明液體,無沉淀物

3#

SOMENTOR N60

8.0092

黃色透明液體,無沉淀物

4#

GEUEX24B

7.9514

棕黃色透明液體,無沉淀物

5#

PROSOL67

8.3290

棕黃色乳劑

6#

蘇州691乳劑

8.1136

深棕紅色乳劑

7#

銅帶軋制油乳劑

7.9645

深棕紅色乳劑

表2 不同潤滑油不同溫度退火后殘留物的形態及灰分


編號

350℃×1h退火后

550℃×1h退火后

灰重g

灰分%

殘留物形態

灰重g

灰分%

殘留物形態

1#

0.0144

0.1905

側壁黑色薄膜,少許剝落,底部無殘留

0.0024

0.0318

無明顯殘留,僅幾條灰跡

2#

0.0306

0.3822

內壁有黑膜,底部有少許黑色顆粒

0.0020

0.0250

底部有少量白色聚合物,內有棕黃色薄膜

3#

0.0490

0.6118

內壁有黑膜,底部有光澤黑膜

0.0030

0.0375

有微量黑色粉末

4#

0.0621

0.7808

內壁變黑,中下部有黑色粒狀物

0.0032

0.0409

內壁中下部及底部有淺綠色聚合物

5#

0.2920

3.5058
0.1753*

內壁有黑膜,部分剝落,底部有泡沫隆起物

0.0594

0.7132
0.0357*

底部有煙絲狀聚合物

6#

0.4052

4.9904
0.2497*

內壁中下部有綠色校狀物,底部有黑色塊狀物

0.2154

2.6548
0.1327*

下部有淺灰及黑色膜狀碎片,底部有黃膜

7#

0.3842

4.8234
0.2412*

內壁變黑,下底有黑色結狀物

0.2148

2.6967
0.1348*

底部有黑色與棕黃色粘結物。

表3 各種脫脂技術的對比


名稱

組成及原理

優點

缺點

應用領域

溶劑脫脂

各種與潤滑油親和的石油系、氯系、氟系化合物,乳化活性劑等,

溶解潤滑油能力強,脫脂迅速、徹底,清洗效果可達到單面1~3mg/m2

石油系物質易燃、氯系致癌、氟系破壞臭氧層,乳化活性劑與油品反應產物清除困難。

在銅及銅合金板帶材上極少使用,主要用于銅管在線封閉清洗中。

電解脫脂

在堿性溶液中通電,以銅帶做為陰極,利用電解時陰極產生的氫氣泡將表面污物及殘油剝離。

氫氣是極好的還原、活化劑,脫脂效果好,并且具有表面拋光作用。清洗效果可達到單面3mg/m2。

電解液中金屬雜質易析出沉積在銅帶表面,并極易產生過度脫脂,惡化帶材表面。

主要用于小型試樣的脫脂、拋光,大規模生產應用還有許多問題需要解決。

超聲脫脂

在脫脂槽內,將超聲信號轉化為每秒上萬次的高頻機械振蕩,在脫脂液中輻射傳播,造成“空化效應”,形成無數小氣泡,小氣泡破裂可以產生1000個大氣壓的瞬時高壓,對帶材產生持續沖擊,達到剝離油污的效果。

具有環保無污染特性,表面清洗效果好,對于氧化不嚴重的帶材,可以省去酸洗工序,直接加入鈍化劑即可完成所有清洗過程,大大簡化清洗工藝流程。清洗效果可達到單面小于5mg/m2

大規模連續化清洗生產實例尚未見到,專用設備開發、造價高昂,是制約該項技術推廣應用的關鍵。

非連續通過的小型機械零件的槽式浸入式清洗。

堿液脫脂

堿液通過活性劑與潤滑油形成脂肪酸鈉等物質,其易溶于水達到去除油污的目的。

技術成熟,應用廣泛,是目前板帶脫脂的主要方式,清洗效果可以達到單面5mg/m2。

存在堿霧的收集處理問題,去除的油污存在劣化脫脂效果的問題,必須增加油水分離裝置。

廣泛應用于連續化銅板帶清洗線。

高壓熱水脫脂

采用高壓熱水沖破表面油膜及污物,配合多級熱水噴淋,達到去除油污的目的。

該項技術已在國外應用,可達到堿洗的效果,環保無污染,是目前先進的脫脂方式。

目前國內外相應裝備、技術已經研發出來,正在推廣應用。

在銅加工領域,適用于各種連續化展開清洗線,是最具有發展前途的新型環保脫脂技術。

2.2、酸洗
  銅及銅合金酸洗的目的是去除加工過程中,特別是中間退火產生的氧化層,通常與研磨配合使用,提高帶材表面質量。現代銅及銅合金板帶材采用連續通過式酸洗,隨著機列速度的不斷提高,在酸洗槽中通過的時間一般不超過30秒,因此與傳統浸泡式酸洗不同,其酸洗質量的高低取決于不同合金品種氧化層性質、脫脂效果、來料表面氧化程度等一系列因素,根據不同合金品種及表面氧化狀況正確選擇酸液成份、調整機列通過速度、注重中間退火前脫脂處理、提高退火保護質量降低帶材氧化程度等工藝措施,是保證機列生產效率與酸洗質量的關鍵。
  銅及銅合金酸洗液成份及酸洗特點如表4、表5所示,常見的酸洗缺陷見表6。目前為提高酸洗光亮度,減少酸霧,通常在酸液中添加系列添加劑如表7所示。為提高酸洗效果,在連續清洗線酸槽內增加酸液循環泵、加熱裝置,并設置上下雙層結構,當僅需脫脂清洗時,酸液處于槽下,不與帶材接觸,以適應不同清洗工藝的要求。
  連續酸洗時,要定期用波美計測定酸濃度,當硫酸量小于50~100克/升、含銅量大于8~12克/升時就要補酸或換酸,以保證酸洗工藝的穩定。

表4 常用銅及銅合金酸洗液成份

合金

酸洗液及濃度

H68 H62 HPb59-1
HSn62-1 HMn58-2

5~12%H2SO4

H96 H90 HSn90-1

5~12%H2SO4 、10~20%H2SO4

T2

10~20%H2SO4

TUP QAl9-2 QAl7 QAl5

10~20%H2SO4 、7~15%H2SO4+3~10%HNO3

QSn4-4-4 QSn6.5-0.1

10~20%H2SO4 、7~15%H2SO4+3~10%HNO3、7~30%HNO3

B19 BMn3-12
BZn15-20、BMn40-1.5

7~15%H2SO4+3~10%HNO3、7~30%HNO3

QBe2 QSi3-1

10~20%H2SO4 、7~15%H2SO4+3~10%HNO3、7~30%HNO3

N6 Ncu28-2.5-1.5

7~15%H2SO4+3~10%HNO3、7~30%HNO3

表5 銅及銅合金酸洗的特點



黃銅

一般銅及黃銅用15%左右的硫酸進行酸洗,工藝過程是:酸洗-冷水洗(濕刷)-熱水洗-烘干。酸洗反應如下:
CuO+H2SO4—CuSO4+H2O
Cu2O+H2SO4—Cu+CuSO4+H2O
加入硝酸和H2O2可加速反應,作氧化劑使用,實現光亮酸洗,反應如下:
Cu2O+4HNO3+H2S—CuSO4+3H2O+Cu(NO3)3+2NO2
3Cu2O+K2Cr2O7+2H2SO4—CuSO4+2H2O+Cu5(CrO4)2+K2SO4

鈹青銅

鈹青銅熱軋黑色的氧化物,最好用濃度為4—6%的堿液沸騰清洗,之后用60℃的水沖洗干凈,才能洗凈表面,顯示金屬光澤,但目前先進的生產方式是采用熱軋銑面方面徹底去除表面氧化層。
鈹青銅保護性氣氛下淬火產生的輕微變色,可用酸洗去除,其中酸洗效果最好的酸液配比是15~20%H2SO4+5%HNO3,通常在連續化清洗線上,采用硫酸槽與硝酸槽分別布置的方案,并可采用加熱硫酸的方法提高清洗效率。

錫青銅硅青銅錳青銅

采用硫酸酸洗,但酸的濃度要高些,加入少量氧化劑,提高表面光亮度。


白銅
鎳合金

熱處理后表面形成致密的Ni2O和NiO,硬而脆,與硫酸反應慢,達不到酸洗的目的,一般用15~30%的硝酸清洗,其反應如下:
NiO+H2SO4—NiSO4+H2O
Ni2O+2H2SO4—2NiSO4+H2O+H2
Ni+2HNO3—Ni(NO3)2+H2
但硝酸與鎳的反應速度快,故會出現酸洗不均勻現象,必須控制好酸的濃度和酸洗時間。一般在酸洗前進行破鱗軋制,使表面氧化膜破碎,在酸洗時均勻脫落。目前隨著保護性氣體退火技術的發展,大大降低了酸洗的難度。

表6 常見酸洗缺陷及分析

缺陷

產生原因及措施

過酸洗

主要對黃銅而言,表現為脫鋅,脫鋅處有紅斑,出現小坑,主要是由于酸濃度過高、溫度過高、酸洗時間長造成的。另外退火和熱加工造成的脫鋅,在酸洗時變得更加嚴重。一般白銅及鎳用硝酸酸洗時易出現過酸洗現象。過酸洗不僅增加材料損失,惡化表面質量,還會產生大量酸霧。

斑點

斑點呈紅色、灰色或黑色,紅斑是由于軋機乳液腐蝕造成的。灰斑和黑斑是由于殘酸未洗凈,產生腐蝕;氧化皮未洗凈;表面油泥退火后殘留表面引起的。

水跡和花臉

主要是由于殘酸未洗凈、冷熱水沖洗含酸或干燥不及時、不徹底,使制品表面受到腐蝕造成的。

表7 常用酸液添加劑及作用


作用

常用添加物質

光亮劑

過氧化氫、微量硝酸、明膠、乙二醇

酸霧抑制劑

尿素

緩蝕劑

植酸、硫脲

潤濕劑

OP-10

2.3、研磨清洗
  研磨清洗一般與酸洗同時配置,其作用是去除酸洗在銅帶表面留下的反應層,并磨光帶材表面,現代化連續清洗線均配有研磨清洗裝備。高速旋轉的研磨刷輥在反向壓輥支撐及大量清水沖洗下,均勻、穩定地磨光帶材表面,可以達到相當高的表面質量。目前研磨刷輥已成為銅及銅合金帶材清洗機列關鍵工具,國內外均有專業化生產廠家生產,根據不同銅合金品種、表面狀態、帶材狀態,選擇合適的刷輥線徑、磨粒目數和軟硬程度是確保研磨效果的關鍵。
  目前研磨刷輥有兩種基本形式,一種是在尼龍或胺綸絲上涂附氧化鋁等研磨顆粒制成的研磨刷輥;一種是由德國3M公司開發的在不織布中加入磨粒組成的研磨輥。適合一般銅及銅合金帶材表面研磨的刷輥線徑一般在Φ0.25~0.35mm之間,磨粒目數在500~600目。而對于表面拋光質量要求高的帶材,一般選擇磨粒目數在1500~2000目,硬度在40~60之間的不織布研磨輥。應該指出的是目數越高的研磨輥成本越高,使用壽命越短,在生產中應根據不同產品的技術要求合理選擇使用刷輥、磨輥及磨粒目數,在保證帶材表面質量的前提下盡量降低生產成本。
  另外為改善生產過程中帶坯的表面質量,也有用220目的研磨砥石清理帶坯出現的微小起皮、起刺等缺陷,對改善帶坯質量也具有相當的效果。
  刷磨時帶材的接觸壓力、研磨量以及刷輥速度的調節是保證刷磨質量的關鍵,一般提高刷輥的速度、降低接觸壓力有利于延長刷輥壽命、提高拋光效果,因此實際生產中應根據帶材表面質量及刷輥的磨損情況,酌情設定,要避免高轉速、大接觸壓力下的過度刷磨。

2.4、鈍化
  由于銅及銅合金本身呈路易堿性,極易失去電子發生氧化,特別是銅合金本身各合金元素間存在電位差異,因而在濕熱環境中極易腐蝕變色,因此銅帶清洗后防止變色是表面清洗的一個重要工序,近年來防止銅及銅合金變色技術的發展及特點如表8所示,防變色評價方法如表9所示。

表8 近年來銅及銅合金防變色技術的發展及特點

防變色技術

特點

無機鈍化技術

用鉻酸和重鉻酸鹽等無機物鈍化銅材,在銅材表面形成一層鉻酸鹽和氧化物混合膜,以提高其耐蝕性和抗變形能力。此類無機鈍化膜與基體結合性、抗氧化性好,因而得到廣泛應用。但因其處理廢液含有六價鉻離子,環境污染大而受到限制。

有機緩蝕鈍化技術

有機鈍化劑由含炭、氮等電負性高的極性集團和非極性集團組成,極性基團可以緊密的吸附在銅材表面,而非極性集團又稱憎水基起隔離各種腐蝕介質和水分的作用,從而達到改變金屬表面電荷狀態和界面性質,使金屬表面能量趨于穩定,抑制與腐蝕有關的表面電荷轉移的目的。
有機鈍化緩蝕劑具有污染小、抗變色性能好的特點,是目前應用最廣泛的方法。目前具有緩蝕鈍化性能的物質有:BTA、苯并咪唑類、膦酸類、嘌呤類物質,但緩蝕作用最好的是BTA。但單一的緩蝕劑效果不如復配緩蝕劑好,根據有關研究含硫有機物BJL和BTA有很好復配協調效果,由BJL、BTA、有機成膜物質JYQ以及其他助劑組成的鈍化涂裝溶液具有良好的鈍化效果,處理的黃銅可以在醋酸鹽霧中耐蝕性能可達到846小時。

自組裝技術

是近20年新發展的技術,將銅材放于氨基硫醇或鈦酸鹽、惰性硅烷、鋯酸鹽混合物等活性較大的稀溶液中,其中的活性集團與金屬反應形成以共價鍵或離子鍵結合的自組裝單分子納米(0.001~1μm)有機薄膜SAMs,這層薄膜隔絕金屬與水分、大氣的接觸,可大幅提高金屬的耐蝕抗變色能力,由于這層薄膜厚度小于光波波長,肉眼看不見,并具有不脆化、不老化的特點。但這項技術對金屬表面有很高的要求,還處于研發階段。

樹脂涂層技術

在制品表面涂裝樹脂達到隔絕空氣及水分的作用,主要由晶態樹脂、非晶態環氧樹脂、固化劑、催化劑等組成。這種抗蝕涂層要求硬度、耐沖擊性、耐熱性、耐污染性好,與金屬結合性好,無脆性、無空隙,固化溫度低。但目前各種樹脂還很難滿足各項指標,應根據實際情況選擇使用。

蛋白質保護法

用月桂基醚硫酸鈉、二元醇或多元醇處理過的蛋白質溶液浸泡銅材,在銅材表面會形成有抗變色作用的蛋白質保護膜,目前還處于初始研發階段。

表面強化技術

通過滲氮、滲碳或碳氮共滲技術,在銅及銅合金表面生成大約1nm到幾十微米的膜層,可以提高銅合金的抗變色及耐蝕性能,目前該項技術工藝較為復雜,還不適應大規模連續化生產的要求。

表9 防變色性能的評價方法


方法

特點

硝酸點滴法

用1:1的硝酸滴在鈍化后的銅材上,記錄從滴下到氣泡所用的時間,來判斷鈍化膜質量;

電化學法

用銅及銅合金做電極,經抗變色劑處理后,用動電位掃描法測定電極在腐蝕介質中的極化曲線,得出相應的電化學腐蝕參數;

H2S加速腐蝕實驗

將銅及銅合金經鈍化處理后,放入真空干燥的容器中,通入1%H2S氣體,測量其的變色面積,觀察其變色情況。

SO2加速腐蝕實驗

將鈍化后的銅材放入SO2體積百分濃度為1%的溶液中,觀察對比腐蝕狀況。

抗濕熱實驗

將鈍化后的銅材放入一定溫度的濕熱蒸汽中,觀察、對比其的腐蝕情況。

空氣放置法

空氣中長時間放置,觀察、對比變色情況。

  目前銅及銅合金防變色抑制劑已有450種,其中應用最廣泛的是:采用BTA(C6H5N3)以及BTA誘導的脂肪酸氨化合物、烷基氨化物機緩蝕劑在銅及銅合金表面形成一種穩定的、保護效果較強的保護膜。以BTA為基的防變色抑制劑的主要作用如表10所示,其中起主要作用的是形成阻擋層,在60~70℃溫度下,BTA僅需幾秒鐘就可與銅及銅合金Cu-BTA鰲合聚合物,其結構如圖2所示,厚度約為50埃,這種鰲合聚合物極其穩定,外很難被腐蝕破壞,因而具有良好的防變色效果,能較好的保持金屬光澤,不影響錫焊。為進一步提高其的鈍化性能,一般鈍化劑都是以BTA為主的復配鈍化劑。在

  連續清洗機列中,鈍化工藝常用于烘干前銅帶處理,也可加入脫脂液或酸洗液中,使脫脂、酸洗一次完成,稱為復合處理工藝,鈍化劑的使用條件是:濃度0.1%,溫度40~60℃,處理時間不少于4~5s。

表10 BTA有機鈍化劑鈍化防變色技術原理


主要作用

保護原理

形成阻擋層

起表面絕緣作用

防陽極腐蝕作用

抑制陽極腐蝕反應Cu-Cu+2e

防陰極腐蝕作用

抑制陰極反應:H2O+1/2O2+2e-OH—

1
圖1 、BTA鰲合聚合物皮膜結構

三、清洗機列的配置及技術要求
  銅及銅合金板帶材表面質量控制涉及整個生產工藝流程中的各個生產環節,其中帶材中間及成品清洗是提高帶材表面質量最重要的生產工序,目前帶材清洗在自動、連續清洗機列上完成,主要清洗環節包括:脫脂、酸洗、刷洗/研磨、鈍化、烘干等工藝步驟。按生產工藝流程及清洗帶材厚度來分,清洗分為中厚帶清洗機列和薄帶清洗機列兩種,中厚帶清洗機列主要用于中軋0.5~3mm厚的帶材表面處理,薄帶清洗機列用于0.08~1.2mm預精軋和成品帶材的表面處理,其主要作用如表10所示,清洗機列的主要結構及組成如圖3所示,對清洗機列的技術要求如表11所示。

表10 銅及銅合金帶材清洗線的主要作用


功能

使用范圍

主要作用

除油清洗

主要用于不需進一步退火的硬態、半硬態成品帶材及退火前軋制帶材的脫脂清洗。

去除帶材表面軋制油及表面污物,只需堿洗、烘干去除軋制油,帶材表面保持軋制的光亮本色,另外通過清洗可以控制卷取張力,以保證退火質量。

酸洗、磨洗

用于退火后,去除帶材表面氧化層,提高帶材光潔度、光亮度,兩者一般配合使用。

通過酸洗去除表面退火殘留物質,通過磨洗提高帶材表面光潔度。

鈍化、烘干

配合除油、酸洗、磨洗等功能。

提高帶材耐蝕能力,防止變色。

表11典型銅及銅合金帶材清洗線機列主要技術要求

機列組成

技術要求

清洗質量

帶材經酸洗、堿洗、拋光后表面無物理劃傷,表面光潔,無殘留酸、堿或鈍化液斑痕。速度精度±0.5%,張力控制精度±5%,塔形≤±1.0㎜,錯層≤0.3mm。

開卷機

開卷機由電磁制動的交流變頻電動機、齒輪傳動變速箱、液壓漲縮卷筒、偏轉輥、襯紙卷取機等組成。開卷機采用CPC對中或卷軸上標有毫米刻度,帶卷中心定位方便。厚帶開卷機還應設有壓緊、夾送、鏟頭裝置。

上卷小車

液壓受料小車可用于卸套筒,帶卷,小車工作面襯有對帶卷表面起保護作用的保護層,并有對應包裝袋的凹槽。
上卷小車配有帶卷儲存架可儲放帶材,臺面襯有對帶卷表面有保護作用的保護層。上卷小車配有卸套筒的翻轉裝置,帶卷儲存料架配有套筒儲存裝置。

前液壓剪

帶喂料裝置,喂料輸送裝置由鏟板、鏟板移動導軌、輸送帶、剪切機組成

帶材縫合機

縫合機配有上下二只沖模、壓下結構、液壓系統、前后導板臺、一個氣動絨氈制動器、導向輥和一套獨立操作的開關盒

脫脂清洗設備

設備配有噴淋脫脂室、刷洗脫脂室、冷水清洗室、熱水清洗室、單列擠干輥、管道和噴嘴,擠干輥用交流變頻電機驅動,脫脂液過濾精度50μ。
刷洗脫脂室:刷洗脫脂室內配有清洗刷輥、反向壓力輥及脫脂劑的循環和加熱系統,儲液槽配備真空撇油器、液位器、管道及閥門。刷洗脫脂室上留有抽吸口,用于裝排風管道。
清洗刷為二個貝綸刷輥,配有二個直徑橡膠復面的反向壓力輥,由操作人員設定依據刷輥電機電流大小閉環自動調整刷洗得壓力。

循環酸洗機

循環酸洗機由循環酸洗槽、酸霧收集裝置和冷水噴淋工作區組成,循環酸洗槽由外槽、內槽、浸入式酸泵、耐酸導輥、橡膠復面導向輥和氣動擠干組成。

刷洗拋光

在不銹鋼制成的清洗室內,裝有3M拋光輥和橡膠面的反向壓力輥,以及冷水管道及噴頭。每對拋光輥經設定后自動調整拋光輥的壓力。拋光輥兩端軸承支撐,可快速換輥。
拋光輥:3M拋光材料或含粒度1500~2000目的帶磨料拋光輥,速度可調600~1200rpm(交流變頻電機驅動) ,反向壓力輥由交流變頻電機和減速機進行驅動。

水循環利用系統

水循環利用系統由儲液槽,水泵等組成;通過水循環三級利用系統,水被充分地逐級利用,達到節約水的目的。在設備的水回流管道上安裝有一臺大流量的過濾器(50μm)

鈍化裝置

包括一個熱水噴淋室和二級表面鈍化處理箱,鈍化液過濾精度10μ。
熱水噴淋室包括:一個不銹鋼的噴淋室、二對氣動擠干輥(其中一對為3M材料的擠干輥)、不銹鋼儲液槽及加熱與溫度控制系統。

干燥箱

干燥箱配有軸流風機、導輥、電加熱系統、熱空氣分配箱、溫度指示控制器及隔音裝置等。干燥箱熱風溫度約70℃ ,熱空氣循環利用,熱空氣通過分配箱均勻的吹到帶材表面,干燥箱出口處裝有冷卻風機,通過風道與風刀在帶材表面形成高速氣流,吹干帶材表面的水分并冷卻帶材。

后張力輥

出口偏導輥及S輥用于隔斷清洗與卷取的工作張力。放置于干燥箱與卷取機之間,用于整個機列張力的分段控制,每只S輥都有交流變頻電機及變頻控制器控制,張力無級調節。清洗線的張力控制一般在0.03~0.05σs左右,卷取張力一般比開卷張力大1.1~1.5倍,

后液壓剪

液壓剪有夾送裝置,用于切除料卷帶材接頭和分卷。

上料輸送平臺

由輸送皮帶,平臺鋼架與偏轉輥組成

卷取機

卷曲機由直流電機、齒輪變速箱、漲縮的液壓缸和液壓帶卷卸料器、EPC對邊系統組成。卷曲機安裝在可移動的導軌上,光電伺服邊部控制。配有帶材導向的臺板、導輥以及襯紙開卷機。配有一臺液壓驅動的帶卷小車、儲料臺、套筒的自動卸料及存放架,卷取張力2kg/mm2.

液壓氣動系統

液壓系統:液壓控制閥、液壓元件、液壓管道、液壓站組成
氣動系統:氣動控制閥、氣動元件、氣動管道、氣動三聯件組成

機列運行速度

厚帶清洗線一般最高速度不超過60m/min,薄帶清洗線最高速度不超過100m/min。

擠干輥布置

每個工藝段出口采用雙列擠干輥,以防止工藝介質的混竄,其中一列擠干輥可主動傳動,以方便穿帶,穿帶后轉為被動牽引方式。擠干輥在穿帶時能夠自動抬起,帶頭穿過后自動壓下。在烘干箱入口的雙列擠干輥中,后面一對采用3M千年輥將帶材表面殘留液體降到最低。

2

圖2 國內典型銅及銅合金板帶材清洗線結構

  從清洗線本身來看,合理配置脫脂、酸洗、清刷、鈍化、烘干等工序環節、采用先進的工藝控制方式實現清洗-退火連續化生產,是保證清洗過程穩定、高效,達到不發生工藝介質混竄、徹底清除影響帶材表面質量的各種污物、盡量降低污染物的排放、減少工藝介質的耗量、提高帶材表面質量的關鍵。因此根據各銅加工企業生產工藝流程的不同,目前國內外對高精板帶清洗線配置主要有三種方案:
1、將除油清洗與酸洗研磨工序分開,形成除油清洗機列和酸洗機列的設計,其中除油清洗機列用于退火前帶材的卸漲、脫脂、烘干,目的是保證帶材卷式退火質量;酸洗-清刷(研磨)機組主要用于退火后帶材表面的處理,目的是保證退火后帶材表面潔凈、光澤和平整;
2、脫脂清洗和酸洗清刷集中配置在同一機列上,形成脫脂-酸洗-清刷(研磨)-鈍化-烘干清洗機列,各段可以全線聯動,也可單獨使用脫脂、酸洗功能;
3、將脫脂清洗、展開式退火爐、酸洗清刷配置成連續化的退火-清洗生產線。隨著現代大張力、大卷重、高速軋制技術的發展,帶材薄型化趨勢明顯,罩式退火雖然具有設備結構簡單、工作可靠、造價低廉、密封性好等特點,但在退火過程中帶卷內外性能不均、薄帶退火易粘接、殘油污跡等弊端日益顯現,因而自上世紀九十年代起,展開式連續退火爐得到了廣泛應用,連續展開式退火目前主要有兩種形式:立式展開爐和水平氣墊爐,國外稱為AP爐,其特點是將清洗、退火、冷卻、酸洗、拋光、研磨等多種功能集成于一體,其典型布置形式如圖4、圖5所示,具有連續化、高效率、高表面、均勻快速的技術優勢,是目前銅及銅合金高精帶連續化生產的發展方向。

3
圖3 立式展開爐平面布置方案

4
圖4 水平氣墊爐平面布置典型方案

  目前國內先進銅加工企業,薄帶采用氣墊爐或立式展開爐退火,其脫脂、退火、酸洗、清刷一次完成,成為提高生產效率、保證帶材表面質量重要工藝方法,實現了清洗-退火連續化生產。而對于中厚帶中間退火,國內外普遍采用氣體保護罩式爐卷式退火工藝,退火與清洗相分離,這種退火-清洗方式對于生產規模較大的銅加工企業,采用脫脂清洗與酸洗清刷清洗集中或分離布置的比較見表12,如果采用脫脂、酸洗-清刷集中配置的清洗線,脫脂工序與酸洗工序不能同時工作,其工序生產效率得不到充分發揮,現實中有些企業常常省略退火前的脫脂清洗工序,而僅靠退火后酸洗-清刷工序滿足帶材表面質量的要求,這對于高精板帶材生產是十分不利的,同時也產生了較多的由于過度依賴清刷、研磨帶來的表面質量問題。另外為提高清洗線的生產效率,國內對清洗線的速度要求也越來越高,以彌補工序生產效率的不足,其間必然帶來清洗質量的下降和設備功率匹配等方面的問題。因此對于具有一定規模的銅加工企業而言,采用脫脂清洗與酸洗-清刷相分開配置的清洗工藝應是較理想的選擇,這是目前銅板帶生產企業應認真考慮、討論的工藝問題。

表12 脫脂酸洗集中配置和分開配置的優缺點對比


配置形式

特點

優點

缺點

脫脂酸洗集中配置

將脫脂清洗工序與酸洗、清刷(研磨)、鈍化、烘干工序集中配置在一條生產線上,采用一套開卷、收卷、張力控制系統。

機列制造成本較低,工藝介質循環利用充分,一條生產線既能滿足脫脂清洗的要求,又能滿足退火帶材酸洗-清刷的要求,工藝適應性強。

單體機列長,穿帶長度長,工藝控制環節多,各工序段工藝介質易發生混竄,工序間擠干效果要求高,帶材表面擦劃傷機率較高;脫脂、酸洗產品共用一條機列,工序利用效率不高,一條生產線很難保證退火前清洗,退火后酸洗清刷的工藝要求;

脫脂酸洗分開配置

將脫脂-烘干清洗與酸洗-清刷(研磨)、鈍化、烘干工序分別配置成線,各自有獨立的開卷、收卷、張力控制系統。

單體機列長度縮短,穿帶長度大大縮短,工藝介質沒有混竄的問題,擠干夾送輥數量少,帶材擦劃傷機率較小,操作效率高;各自執行不同的清洗目的,退火前脫脂清洗,回火后酸洗清刷,工序利用效率高,有利于提高帶材表面質量。

分開配置機列成本比集中配置高,占地面積有所增大,電耗、水耗有所增加。大規模生產的中間清洗效率高,但對于生產規模較小時,其清洗效率優勢不明顯。

四、現代高精銅及銅合金板帶材清洗技術的發展
  銅及銅合金板帶材清洗技術的進步與合金品種、潤滑技術、電氣自動化控制技術以及光亮退火技術的發展密切相關,現代軋機除油效果的改善、低殘留軋制潤滑油的使用、還原性退火技術等對銅及銅合金板帶材加工表面質量的提高奠定了堅實的技術基礎,推動了現代銅及銅合金板帶材清洗技術向連續高效、低污染、低排放、高表面質量方向發展,當前銅及銅合金板帶材清洗技術的主要技術進步表現在如下幾個方面:
1、退火-清洗連續化生產技術。
  當前以水平氣墊爐和立式展開爐為代表的退火-清洗機組在速度、張力分段、控溫精度、爐壓、氣氛循環、爐體密封等方面控制水平日益提高,機組生產速度最高可達到120m/min,爐內微張力控制水平可以達到≤2N/mm2,退火后材料硬度波動≤±5HV,晶粒度波動小于±5μm,大幅提高了高精板帶材退火-清洗生產效率和產品表面質量,使之成為目前先進的高精板帶生產方式。
2、高表面質量、無污染、高效率清洗技術。
  銅及銅合金板帶材清洗排放的污染物包括:廢酸、廢堿等液體介質、堿霧廢氣等,這些物質是銅加工企業重要的污染物排放源。隨著國內外環保意識的提高,環保政策、法規日益嚴格,高效、無污染的表面清洗技術成為銅加工領域重要的技術發展方向,其中高壓熱水沖洗技術配合兩級熱水噴淋,可以達到雙面10mg/m2的脫脂效果;配合全氫光亮退火技術可以達到消除退火色、保證帶材光亮的效果。從而徹底淘汰了傳統的酸、堿清洗-清刷介質,實現清洗機組污染物零排放,該項技術的研發,是最具發展前途的無污染、高效清洗技術。
3、高精度清洗后處理清刷、磨洗控制技術。
  采用帶磨粒的刷輥和拋光磨輥處理退火后帶材,徹底清除退火、清洗產物,提高退火后帶材表面質量。目前各種清洗專用刷輥、拋光輥產品、規格已形成系列,可以滿足不同表面光潔度的要求。在刷洗壓力方面實現了閉環控制,可根據帶材表面狀況適當調節刷洗力度,提高帶材表面質量。同時為增加清刷的穩定性,對于寬度大于400mm的帶材,采用了兩端支撐的可以快速更換刷輥的刷箱結構,有效避免了寬板清刷、研磨產生的振痕,經過清刷或研磨后的帶材具有優良的表面光潔度。
4、長壽命防變色鈍化技術。
  以BTA(C6H5N3)和AMT(2-氨基-5-琉基-1,3,4-噻二唑)為基的復配有機化學成膜防變色鈍化技術具有良好的防變色效果,其中新近開發的AMT復配鈍化劑,具有在80℃濕熱空氣中24h不變色的優良鈍化效果,對于保持成品帶材的品質具有重要的意義。
5、高效烘干、冷卻技術。
  為保證帶材成品卷取出于干燥狀態,卷取溫度低于60℃,現代烘干裝置普遍采用了多層氣幕、循環氣流烘干、冷卻區段設計,可以最大限度提高烘干、冷卻效率,縮短了工藝烘干時間,為提高清洗線速度奠定了基礎。
6、新型擠干輥的應用
  為提高各工序段的擠干效果,3M公司開發的新型不織布疊合制成的“千年輥”,其為多段多孔形結構,可根據帶材寬度配置擠干輥段數,與橡膠擠干輥相比摩擦系數大,具有高速下不打滑,對工藝介質及細小渣屑具有良好的阻擋、吸附、甩出作用,擠干效果比橡膠輥高、可有效減少帶材產生擦劃傷,使用壽命是一般橡膠輥的10~40倍,具有良好的性價比優勢,完全高品質高精銅及銅合金板帶材生產的需要。

五、結語
  銅及銅合金板帶材做為支持現代科技發展的關鍵基礎性功能材料,廣泛應用于各種高精密器件的加工制造,對材料的性能、精度和表面質量要求不斷提高,薄型化、高精度、高性能、高表面質量已成為現代高精銅及銅合金帶材的重要發展方向,高效率、高表面質量、節能環保的新型表面清洗技術及先進的工藝控制技術是未來高精銅及銅合金板帶材生產工藝及裝備開發的重要內容,當前新型銅帶清洗技術不斷涌現,是當今銅加工行業應重點關注的技術發展領域,新型銅及銅合金板帶材清洗技術的推廣應用,對提高我國高精銅及銅合金板帶材品質具有重要的推動作用。

版權所有 © 北京建萊機電技術有限公司
csogo投注平台