压延电子铜箔轧制与润滑性能研究

1、压延电子铜箔轧制与润滑性能研究熊桑,刘娜娜，夏垒(北京科技大学 材料科学与工程学院，北京w0083)摘 要：工艺润滑是保证压延铜箔轧制性能与表面质量的重要影响因索之一，目前没有 专用铜箔轧制油，国内多沿用传统的铜板带轧制油，导致尺寸偏差、板面色差、表面光洁度 较差等问题，为此本文对新型研制铜箔轧制油smd-a. smd-b和国外同类轧制油rnq的 性能进行了对比研究。利用mrs-10a四球摩擦磨损试验机实验测其摩擦学性能，并通过冷 轧实验研究轧制油轧制工艺润滑效果。实验结果表明：采用工艺润滑后，能够降低轧制摩擦 系数和轧制总压力，改善润滑条件；新研制轧制油smd-b摩擦学性能更优，其pb值达到

2、 t 559n,与国外同类轧制油rnq相比提高了 35.7 %,且磨斑直径与摩擦系数分别下降了 20.9 %和15.8%；使用轧制油smd-b润滑时，与不润滑时的轧制总压力相比降低了 26.6% 左右，同时可以使铜箔轧制更薄，最小可轧厚度达到2sgm,且轧后表面更光亮、平整。关键字：压延铜箔；工艺润滑；摩擦学性能；最小可轧厚度；表面质量 中图分类号：tg335.12文献标识码：astudy on lubricating performances duringrolling copper foilxiong sang, liu nana, xia lei(school of material s

3、cience and engineering, university of science and technology. beijing 100083)abstract: in order to ensure the rolling properties and surface qualities, technological lubrication is one of the important factors during rolling copper fdil. there is no special rolling oil used in copper foil at home. d

4、omestic coiporations usually use traditional copper strip rolling oil, which leads to many problems such as dimensional deviation, surface shading and poor surface therefore, the comparation of developed new rolling oils smdsmd-b and foreign rolling oil that in use rnq had been studied mrs-10a four-

5、ball friction and wear testing was made to compare their tribological properties and the lubricating performances were studied through rolling experiments experimental results showed that lubrication technology could reduce the rolling friction coefficients and improve lubrication condition. smd-b h

6、ad better tribological properties than rn-q whose value reached 558n and increased 35.7% the wear scar diameter and friction coefficient were decreased 20.9% and 15.8% respectively. with the lubrication of smd-b, the total pressure of rolling was reduced 26.6% than that of without lubrication. it co

7、uld obtain thinner copper r)il and the permissive-rolled thickness was only 28pm. the rolled surface was shinier and smoother than that of without lubrication.作者简介：熊桑(1989-),女,硕士研究生在读，冃前主要从事金屈轧制、摩擦磨损与工艺润滑研究。e-mail: jxbjxs2008, tel:金项目：国家门然科学基金项日(51274037) 1：国家科技支撑汁划重点项fl“铜材短流程牛产关键技术开发 与

8、工程化"(2011bae23b00)key words： copper foil, processing lubrication, tribological properties, permissive-rolled thickness、 surface quality刖s工艺润滑是保证压延铜箔轧制性能与表曲质最的重要影响因素因素之一，目前没有-专用 铜箔轧制汕，国内多沿用传统的铜板带轧制汕，具产品厚度基本在50ym以上，难以达到电 子产品的挠性印刷电路板(fpc) z基板(fccl)所需厚度，口其工艺复杂常导致板而色 差、表而光洁度较差、产晶尺寸偏差11生产效率低等一系列问题冋。在

9、金属轧制过程中， 采用一定的工艺润滑，可以有效地减少摩擦，降低轧制压力，控制磨损和改善轧材表面质量, 并且延长轧辘使用寿命，降低动力消耗等。这些均符合当前冶金行业节能降耗、清洁生产及 保护环境的发展方向m句。铜及铜合金作为垂要的有色金属材料，其轧制摩擦、润滑一直是 世界铜加工企业关注和深入研究的重要课题血叽铜箔冷轧过程中，润滑状况是轧制摩擦学 过程的核心问题，轧制变形区内润滑状况的好坏是压延铜箔轧制技术的关键性指标。铜轧制 润滑汕的常规性能指标包括运动黏度、闪点、倾点、饰程、铜片腐蚀、最人无卡咬负荷等。 压延铜箔轧制过程屮，高温、高速、高负荷的发展趋势以及轧辘数日的增加必然导致轧制过 程中变形

10、热增加，使得轧件迅速升温，通常选择闪点不低于120°c.憎程不大于180°c的基 础油制备冷却性能优弄的润滑剂，以保证轧辘表而温度保持稳定刃。铜箔轧制耍求所用冷 却润滑剂盂具备优良的极压性、抗磨性、减摩性、润滑性、冷却性及退火清净性等。冷却润 滑剂对压延电子铜箔轧制过程具有极其重要的作用，可以减小最小可轧厚度，并能改善轧后 表血质量，制造出超低粗糙表曲压延铜箔，其表曲粗糙度ra可达0.4pm，更加利于高频信 号的传输。木文结合压延铜箔使川要求及轧制工艺特点，采jij mrs-10a四球摩擦辭损试 验机来考察新型铜箔轧制汕smda、smd-b和国外同类轧制汕rnq摩擦学特征，

11、并通过 四辘冷轧机对铜箔轧制油的轧制润滑性能进行了研究。2实验部分2.1实验材料实验采用了国内市场低硫加氢基础油smd研制的新型铜箔轧制油smd-a与轧制油 smd-b,以及国外同类商品轧制油rn-qo试验选用的3种铜箔轧制油的主要性能参数如下 表1。表1两种轧制油的性能参数table 1 the properties parameters of the three rolling oils分析项目轧制油smd-a轧制油smd-b轧制油rn-q试验方法外观淸澈、无色消澈、无色淸澈、无色目测色度，号000h测运动黏度(40c),mm2sl4.464.484.27gb/t265-1998闪点(开口

12、)，-c120145154gb/t267倾点，c<-47<-12<-12gb/t3535-83酸值，mgkohgl0.0920.0810gb/t264谓程范围，c80 205277307191.4 344.1sh/to558旋转氧弹(150°c), min4254601348sii/t0193铜片腐蚀(100°c, 3h),级lblalagb/t5096皂化值» mgkoh g-113.212.415.7gb/t8021硫含量，ppm2220sh/t0689-20002.2摩擦学性能测试在mrs-10a p4球摩擦磨损试验机上，采用gb/t125

13、83-1998国标，实验测试各轧制油 的炸值,评价油膜承载能力。在载荷392±5 n,转速1200±5r/min下,进行30 min的摩擦 磨损实验，计算出各轧制汕的平均摩擦系数，同时考察摩擦系数随摩擦时间的变化情况。采 用neophot-21型光学显微镜测呈钢球磨斑肓径，以比较各轧制汕的抗磨减摩性能。在轧 制过程中油膜强度和平均摩擦系数不仅反映了轧制油在一定工况下的油膜承载能力和减摩 防粘效果，同吋也反映了吸附膜的特性。本试验所用钢球均为上海钢球厂生产的一级 gcrl5标准钢球,12. 7 mm,硬度为hrc 61-65。2.3铜箔冷轧实验轧制试样为100mmx40mmx

14、0.18mm的铜板带，采用95/200x200mm四辘冷轧试验机 进行冷轧实验，轧机功率35 kw,轧制速度为60r/mino轧制前后分别用浸有丙酮和酒精的 棉纱擦洗辘面为铜箔表面，再用干净医用棉擦干，以保证结果准确。实验前，将轧制油喷淋 到轧馄、轧件上，并使轧辘空转几圈，待轧制油均匀分布在馄面、轧件后，再开始进行轧制。 冷轧过程屮记录每道次的轧制力和轧后厚度。分析铜箔最小町轧厚度及轧后表面质量，研究 各轧制油的润滑效果。利用lext ols 4000激光共焦显微镜观察铜箔轧后表而形貌并测量其 表面粗糙度。3结果分析与讨论3.1摩擦学性能分析在四球摩擦磨损试验机上进行摩擦学实验，对不同轧制汕的

15、摩擦学性能进行评价，其结 果见表2。通过表2可以看出,研制的新型轧制油smd-b,其&值分别达到了 559n，与 国外同类轧制汕rnq相比，smd-b的尸b值提高了 35.7 %,且磨斑直径与摩擦系数分別下 降了 20.9 %和15.8%,而smda与rnq相比差异明显,可见,轧制油smd-b冇助于提 高极压抗磨性能，减少摩擦磨损的发牛。各轧制汕摩擦系数与时间关系曲线如图1所示。表2轧制油摩擦学性能参数table 2 the tribological properties parameters of rolling oils参数/vnd錚 n /mm30min轧制油smda3530.0

16、9600.56轧制油smd-b5590.06970.40轧制油rn-q4120.08270.53图1不同轧制油摩擦系数与时间关系曲线fig. 1 friction coefficient of difibrcnt rolling oil with time curve由图1可知，随着摩擦时间的增加，轧制汕smd-a的摩擦系数曲线呈现逐渐增加的趋势，总体上波动较人，说明在长时间的摩擦过程屮形成的润滑膜不稳定：而使用轧制汕rn-q 和smd-b时，摩擦系数分别达到0.0827和0.0697,在前1200s均波动较小,轧制油smd-b 平均摩擦系数低于前两者，表现出良好的抗磨减磨性能。whan 1(

17、c)图2给出了不同类型轧制汕抗磨损试验示钢球磨斑形貌照片。由图2可以看岀，使用 轧制汕smd-a,钢球磨损表面擦伤迹象十分明显，且圆轮廓不规则，这是由于轧制汕的承 载能力较低，其成膜能力较差所致；便用轧制油rnq吋，磨斑形貌形状近似椭圆、磨痕混 乱，且磨斑直径较大，为530屮“，表明这种轧制油的抗磨损性能较差；使用轧制油smd-b 时，钢球磨损擦伤现象减轻效果最伴，不仅磨斑直径较小，磨损表面的划痕、犁沟较浅，圆 伦廓也比较规则的，磨痕较整齐一致，平均肯径为400pm；表明轧制汕smd-b的抗磨损效 果最好。(a)(b)图2 钢球磨斑形貌图fig. 2 the wearing shape of

18、the steel balla) with the lubrication by the smd-a ,b) with the lubrication by the smd-b,c) with the lubrication by the rn-q3.2铜箔轧制和润滑性能3.2.1轧制压力分析图3给出了在四辘冷轧实验机上，以相同的轧制规程、不同的润滑条件下，轧制道次 与轧制总压力的变化关系曲线，使用轧制油smda、smd-b> rnq润滑与不润滑相比， 轧制压力有了较人幅度的下降，说明使用铜箔轧制汕轧制时，在铜箔与轧辘表面之间形成了 化学吸附膜和摩擦化学反应膜组成的边界润滑膜，从而有效地

19、减少了两者直接接触血积，减 少了擦系数，因此降低了轧制过程中的轧制压力。轧制汕smd-b轧制润滑时效果最明显, 与不润滑时的轧制总压力相比降低了 26.6%左右，因此在很大程度上起到了节能降耗效果。图3各道次的轧制压力变化曲线fig.3 variation of rolling force with the rolling pass3.2.2最小可轧厚度在铜箔冷轧过程屮，轧机能把轧件压薄的极限厚度称为最小可轧厚度。由stone最小可轧厚度理论可知：在其他条件一定的情况下，最小可轧厚度取决于轧辘的弹性压扁，而弹性 压扁乂取决于变形区摩擦系数和轧制总压力，摩擦系数和轧制压力越小，轧制出的轧件就越

20、薄。在四辗冷轧实验机上进行轧制实验，经过7个道次轧制，不同润滑条件下各道次厚 度变化关系曲线如图4所示。图4不同润滑状态下轧件厚度随道次变化曲线fig.4 the rolling thickness with rolling pass under different lubrication由图4可见，随着轧制道次的增加，铜箔的厚度成非线性的减小；在润滑状态下，其 最小可轧厚度比无润滑时都有了明显的降低。在轧制过程中使用轧制油smd-b润滑时，有 效地降低了铜箔的最小町轧厚度，最小对轧厚度达到了 28屮m比无润滑时降低了 17.6%, 比使用轧制汕rnq润滑时降低了 12.5%o由此可见，轧制汕

21、smd-b润滑轧制时能有效控 制和降低轧馄与轧件之间的摩擦系数和轧制总压力，在轧制过程中表现出了优良的极压润滑 减磨性能，其润滑效果优丁国外同类轧制油rn-qo33表面质量分析3.3.1表面显微形貌将经过7道次轧制后的铜箔制作成5mmx5mm试样，放入含丙酮的烧杯屮进行超声波 清洗，去除铜箔表面残留的轧制油，并用无水乙醇擦拭于净，通过光学显微镜观察其表面形 貌，如图5所示。通过图5可以看出，未采用工艺润滑条件下轧制，轧馄与铜箔新生表面直 接接触，轧后表面存在人量划痕、犁沟，且深浅不-，分布杂乱，导致板面质量较差；采川 润滑轧制时，铜箔轧后表而质量得到了有效改善。比较b）、c）、d）可以看出，c

22、）表而光洁度 较好，表面划痕以及残留的油斑较少；d）表面次z,上面冇少虽划痕、犁沟，均匀分布；b） 表面较z前两者较差，划痕、犁沟杂乱地分布于轧后表面，可以明显地看到由于摩擦不均匀 产生滞留而形成的痕迹；山此可以看岀，采用轧制油smd-b的润滑效果优于轧制油smda、 rnq,且具与轧辘轧件的粘附效果也优于轧制汕smd-a> rn-q,使得轧制汕smd-b在轧 制过程屮更好地吸附在轧辘与轧件表而，并有效地隔离了轧辘与轧件及其新生表而的肓接接 触，从而避免了过大的粘附磨损。a) without lubricationb). rolling oil smd-a图5不同润滑条件卜带钢表面形貌f

23、ig.5 copper foil surface micro-photographs under different lubricating conditions3.3.2粗糙度由图6可知采用工艺润滑后，轧件表面更为光洁、平整，粗糙度有了明显的改善，且 使用轧制油smd-b时，表面粗糙度ra最小，其值为0.345pm,比无润滑状态下小31.6%。 因为无润滑条件下，轧馄与轧件表面直接接触，会发生表而z间的粘结，产生黏着懒损，而 在润滑状态下，润滑汕在轧件与轧辘之间形成一层汕膜，有效地隔离了轧辘与轧件，降低了 馄缝间的摩擦因数，使得轧后表面粗糙度降低卩讥在轧制过程中，对使用各种轧制油润滑 后的铜

24、箔表面进行整体观察，不存在明显的宏观缺陷，表面光洁度高，无汕污残留。图6不同润滑条件下轧件表面粗糙度fig.6 rolled surface roughness under different lubrication4结论(1) 在冷轧过程中，釆用一定的工艺润滑，可以降低铜箔最小可轧厚度和轧制过程的 力能参数。采用新研制的轧制油smd-b润滑其授小可轧厚度达到28岬，与无润滑时相比 轧制总压力降低了 26.6%，减少了轧制过程屮的能量损耗，具有节能降耗的应用效果。(2) 从摩擦学性能实验可以看出，新研制的轧制润滑剂smd-b优于smd-a,其pb 值达到412n以上的要求，具备了优异的极压、抗

25、懒减摩性能，能生产符合市场尺寸精度的 压延铜箔。与国外同类轧制汕rnq相比，smd-b的心值提高了 35.7 %,且磨斑直径与摩 擦系数分别下降了 20.9 %和15.8%。(3) 采用新研制润滑剂smd-b轧制时，与国外同类轧制汕相比，铜箔轧后表面划痕 以及残留的油斑较少，板而更光亮、平整，改善了轧制工艺润滑效果，铜箔表而质量得到了 很大的提咼。参考文献：1 赵京松.压延铜箔的现状及具发展趋势j.上海有色金属,2012,33(2): 96-99.2 guozhi liang. the study of high rolled copper foil industry situation and localization strategy j. advanced materials industry, 2011, 7:22-25.3 林福严，任建华.润滑理论与润滑技术研究进展c.液压(液力)用油品质及污染控制技术论 文集.2010:28-31.4j sun jianlin. technology and application of rolling lubricationm. metallurgical industry press, beijing, 2010.5 igarashi minoru, imaizumi sakae, kan