铜包钢技术课件

1、铜包钢技术铜包钢技术培训铜包钢技术培训铜包钢技术起 源：铜包钢起源于美国公司COPPERWELD（科普威），网上也能GOOGLE到COPPERPLUS，COPPERHEAD等类似的公司有铜包钢产品，但COPPERWELD移师中国，以及从TFC AMPHENOL所听到的传言，美国的COPPERWELD已生存艰难，卖给FUSHI倒也是个好事情。老牌企业韩国ILJIN把铜包钢项目卖给了老客户SAMATRON，开始专心做光缆方面的产品，而ILKWANG还在高抗拉的艰难中前行。巴西的COPPERSTEEL实在不能满足当地的需要，随着世界发达国家的污染工业向中国这个生产工厂的转移，在浙江德清、江苏张家港两

2、地萌发了大批的铜包钢生产厂家。连同包覆工艺在内，现在在我国，铜包钢的生产基地集中在长三角地区。根据资料显示，湘潭电缆厂是我国机械部系统当时唯一生产铜包钢导线工厂，生产能力500吨。哈尔滨电缆厂1992 年初利用热浸涂法生产无氧铜杆的工艺装备开发铜包钢线产品初步获得成功，拟今后开发生产铜包钢电车线。原电子部主要有三个无线电材料工厂采用电镀法工艺生产镀锡铜包钢线。汕头电线厂“七五”期间引进西德镀法生产工艺和主要装备，镀锡铜包钢线年生产能力300 吨；中原无线电材料厂“七五”期间引进美国电镀法生产工艺和装备，镀锡铜包钢线年生产能力为100 吨，马鞍山无线电材料厂引进国外关键设备，采用电镀法生产，镀锡

3、铜包钢线年生产能力为150吨。从专利网上的信息来看，江阴金属制品研究所早在1994年就研发铜包钢的生产工艺，相信这是与法尔胜后来上这个项目多少有关系，张家港友谊和满城宝山集团成立于1995年，而浙江百川是1997年成立，韶洋成立于1998年，张家港金鑫和浙北通讯成立于1999年，这些都是领头的企业。西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术工艺进化：从采用的工艺来看，这些企业都有差别，高能作为后来人，是在模仿中寻求提高。在粗拉方面，老企业都采用老的工艺手段，没有在线清洗的高效率粗拉设备，在电镀方面很多是采用传统工艺，也即氰化预镀及硫酸铜/硫酸

4、主镀，也有公司使用硫酸镍/硫酸预镀如常州金利，主镀也有公司使用氟硼酸铜/氟硼酸工艺如张家港友谊，百川尝试开发了无氰碱性预镀工艺以摆脱氰化污染及政策控制的问题。但无论怎样，要将铜离子镀到铁上去，是一定要阻止铁与铜离子直接发生的氧化还原反应。铁与铜离子直接发生的氧化还原反应，是铁基电镀铜要解决的最基本问题，我们把这个过程表示为：铁+铜离子=铁离子+铜，表达式为Fe+Cu2+=Fe2+Cu；Fe2+的生成，铁丝本身提供电子并转化为亚铁离子意味着铁丝的溶解，也就是我们所说的烂丝，这个过程形成的置换铜层，不涉及电沉积，结合非常薄弱。除了电镀，前后环节都是围绕拉丝在进行，在拉丝的过程可能会需要热处理。拉丝

5、的控制，简单来讲是围绕表面质量和连续性两点在做文章，也就是线要光，线不能断。而电镀的控制，重点是环节与环节间的清洗质量，不管它是在线的还是独立的工艺环节。铜包钢工厂的工艺和技术，都在这些基本理论上发展着，追求着更高的效率和利润率，这是每个企业的使命。 西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术定义分类：铜包钢顾名思义，是铜包着钢丝，因此是钢丝外围包裹铜层的复合线材，它利用低压高频信号的趋肤效应，在高频区沿表面行走，所以只要铜层厚度达到一定范围，某个频率段的信号就能被确保传递。铜起到传导弱电信号的作用，钢丝则起到支撑作用。依据铜包裹到钢丝的不同

6、方法，主要分为电镀、包覆、热铸/浸以及电铸。我公司采用的是电镀工艺，即用电解电池工作原理的电镀工艺将块状铜板“溶解”然后经电流引导到覆盖在钢丝上。包覆是将铜带包裹钢丝，在包裹的接口处用氩弧焊焊接；热铸/浸是将铜加热熔化为液体，钢丝穿过后带出铜液然后冷却凝固；电铸是电镀的特殊应用，在阴模内实现铜的还原聚集，此类工艺尚不多见。按照强度的不同，同时参照延伸情况，我们将铜包钢分为： 软态软态A A，半硬态，半硬态M M，硬态，硬态HSHS，超硬态，超硬态EHSEHS按照功能不同，我们又将铜包钢分为： 深拉母线，成品线，绞线胚线深拉母线，成品线，绞线胚线在铜包钢的基础上，仍可以进行不同类别的深加工，包括

7、镀锡，镀银，上漆，以及束丝，成缆，制钉，或者光亮退火编织等。西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术基本物理性能：铜包钢线作为一种线材，其基本物理性能是我们用眼睛或手或简单测量能观察到的性能，包括线径，表面质量，应力表现，连续性和密集排线效果。 1线径按照线材类普遍的国际国内标准，都是控制1%的公差，比如1mm的线，标准公差是0.01mm； 2表面质量主要涉及氧化，擦伤，线径的均匀度，圆度。 3氧化是指铜表面的氧化变质，铜氧化为氧化铜表现为黑色； 4擦伤是生产及运输过程对表面的碰撞所造成的伤害，通常直接导致线材发毛，变形，污染，交叉甚至断

8、裂； 5线径均匀度是指一卷线材从头到尾的直径的稳定性（通常是拉丝过程模具、排线及设备本身影响的），如果规律性出现直径的波动，我们称为小波浪，或者竹节，这在通讯线缆生产中会直接影响成品线的通讯电学性能。 6圆度是指一段线材在各个方向测量得到的直径数据的稳定性（通过由模具直接影响），这在通讯线缆生产中也会影响成品线缆的性能，而且线缆圆度在发泡后被放大，很不美观。 7应力表现是指一段线材在松弛状态表现出的应力趋势，我们称为弹翘，国外称为CAST EFFECT或者PIGTAIL EFFECT。横向应力表现为成圈的收缩趋势，纵向应力表现为螺旋升高的趋势； 8连续性是指一卷线材从头到尾在放线过程的连续程度

9、，如果生产过程接头多，则放线过程断裂的几率就高，这在通讯线缆生产中会导致客户生产线停顿，废品增多，材料消耗增多 9密集排线效果主要涉及排线是否均匀有序，是否压线，是否在盘边陷落，这在通讯线缆生产中由于放线阻力增大造成线材断裂，同样会导致客户生产线停顿及废品增多。西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术基础知识A-1：1欧姆定律和功率公式欧姆定律和功率公式 欧姆定律是电路的基本公式，表示为： 电压电压 U 电流电流 = - 公式为 I = - ；这在后面将用于推测电镀设备异常， 电阻电阻 R 以上公式可以变为：电压电压=电流电流*电阻电阻 或

10、者 电阻电阻=电压电压/电流电流 功率功率 = 电流电流 * 电压电压 公式为 P = I * U 以上公式结合欧姆定律可以变为： 功率功率=电流电流*电流电流*电阻电阻 或者 功率功率=电压电压*电压电压/电阻电阻； 这在后面将用于推测电镀设备的用电消耗情况。 电压标准单位是V（伏特），电流标准单位是A（安培），功率标准单位是W（瓦特），电阻标准单位是（欧姆）2电阻仪的作用电阻仪的作用 电子直流电阻仪的工作就是应用欧姆定律，对1米长的导体施加一个电压通电，内部有个电流表，可以测出电流的大小，然后换算成电阻用数字方式显示出来。这个值我们称为米电阻，当然客户一般提出的是公里电阻要求，这是1000

11、倍的关系，实际操作有时候忽略对误差的矫正。西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术基础知识A-2：3电阻及电阻率电阻及电阻率 中学物理提到，一根导体的电阻是导体本身的性质决定，另外与导体的长度成正比，与导体的截面积成反比。电阻顾名思义，是对电流阻挡的能力，这与水渠的道理一样，水渠越长，水流到最后越难；水渠越宽越大，水流得越容易。 公式为： 长度长度 L 电阻电阻=电阻率电阻率 * - 或表示为 R =- 截面积截面积 S 圆面的截面积圆面的截面积=圆周率圆周率*半径半径*半径半径 或表示为 S=*r*r 或者 S=1/4 *D*D （D=2

12、r，表示直径）其中=3.14159，所以S=0.7854*直径直径*直径直径； 如上所讲的，导体的电阻首先是其本身的性质决定的，这个“本身的性质”，我们称为电阻率，符号是；每个导体都有它的电阻率，我们所熟悉的铜的标准电阻率是17.241*mm2/Km，国际上称为IACS（国际退火软铜标准）电阻率。 另外，电阻受到温度的影响，下面会提到。西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术基础知识A-3：4导电率的概念导电率的概念 导电率是一个比值，定义是相对IACS铜标准电阻率的比值，也就是“相当于铜导电的能力的百分之多少”的概念。符号是，表示为： 铜

13、的电阻率铜的电阻率 导电率导电率 = - * 100% 某材料的电阻率某材料的电阻率 所以铜的导电率是100%，如果某材料的导电率是50%，说明这个材料的导电性能相当于铜的一半。 依据电阻，电阻率，截面积，长度的关系，当我们知道一个材料的截面积S，长度L，并能测到电阻R的时候，通过公式我们可以算出这个材料的电阻率，然后通过比值可以得到导电率，下面是推算过程： 长长 度度 某材料电阻某材料电阻 = 某材料电阻率某材料电阻率 * - 截面积截面积 得到： 某材料电阻某材料电阻*截面积截面积 某材料电阻率某材料电阻率 = - 测试的时候长度是1米 长长 度度 铜的电阻率铜的电阻率 铜的电阻率铜的电阻

14、率 * 1米米 某材料导电率某材料导电率 = - = - 某材料的电阻率某材料的电阻率 某材料电阻某材料电阻 * 截面积截面积 其中，截面积是圆形，上面讲到是0.7854*直径*直径，这就是为什么有我们平时使用的计算公式：导电率导电率=0.0172410.7854直径直径直径直径米电阻。米电阻。西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术基础知识A-4：5温度如何影响电阻温度如何影响电阻 上面讲到，温度对电阻会有影响，温度越高，电阻越大，反之越小。为了统一评价标准，国际上通行20时的电阻或电阻率或导电率。参照ASTM美国标准，实验结果表明，铜包

15、钢电阻受温度影响的系数为0.0038/，这个系数的使用是为了矫正实验环境下测得的结果。 西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术案 例：比如现在实验室温度是28，那么测到的电阻，假设是72欧姆，肯定比20时候的大，因为温度高了，所以电阻也高了。那么20时到底多少，我们要让72变小，就是除以一个大于1的数字，28是高出了8度，所以影响系数是0.0038*8=0.0304，原本是1，现在变为1+0.0304=1.0304，这就是转换系数，那么可以算出，28时的72欧姆，相当于20时的72/1.0304=69.88欧姆，所以：假设A温度下，电阻是

16、R，而20度下电阻是r，那么R=r*1+(A-20)*0.0038 我们依据影响系数0.0038/专门列出了常见温度的温度系数表，就是为了方便计算，将温度系数也放入到导电率公式，就得到最终的： 导电率导电率 = 0.0172410.7854直径直径直径直径米电阻米电阻温度系数温度系数 并联电路的电阻公式为： 分电阻分电阻1*分电阻分电阻2 R1*R2 并联电阻并联电阻 = - 表示为 R= - 分电阻分电阻1+分电阻分电阻2 R1+R2 分电阻铜管电阻R1=铜电阻率铜*L/S铜，表示为R1=c*L/Sc 分电阻钢芯电阻R2=钢电阻率钢*L/S钢，表示为R2=s*L/Ss 假设铜所占面积比为Ac

17、，铜包钢截面积为Scs，则Sc=Ac*Scs；Ss=(1-Ac)Scs西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术案 例：代入公式得到： c*L s*L - * - Ac*Scs (1-Ac)Scs R = - c*L s*L - + - Ac*Scs (1-Ac)Scs 简化以上公式得到铜包钢并联导体的总电阻： c R = - * L Ac+(1-Ac)* c/s*Scs 此外根据电阻公式又能有： R = cs*L/Scs c 因此cs = - Ac+(1-Ac)* c/s 再根据导电率定义，令cs= c/cs 令cs= c/s 简化上述公式

18、得到我们最关键的公式之一： 即cs=Ac + (1-Ac) *s；或者是Ac=(cs-s) / (1-s) 也就是说，铜包钢的导电率由钢芯导电率s和截面上铜层所占面积比Ac决定，而且不是正比例关系。 西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术重要性能 1：铜包钢性能中最重要的部分，因为电学性能决定了铜包钢在通讯线缆中的表现。当我们确定了一种钢芯材料后，需要达到客户所要求的导电率要求，首先转化的就是Ac，依据Ac将衍生出更多的技术参数，包括铜含量，电镀参数，铜层厚度，强度分配，镀前镀后直径变化或者脱铜实验的脱前脱后的直径变化等，这些都是围绕Ac

19、在进行着计算。 A铜含量（质量比）铜含量（质量比）Mc 物理学上有一个关于密度的基本概念，物质的重量物质的重量=密度密度*体积体积 钢有钢的密度，铜有铜的密度，假设有根铜包钢导体长度为L，截面积为Scs，铜的面积比为Ac，那么铜的体积是Scs * Ac *L，铜密度为 c 钢的面积比为(1-Ac)，那么钢的体积是Scs * (1-Ac) * L，钢密度为s 铜的重量铜的重量 c * Scs * Ac *L Mc = - = - 铜包钢的重量铜包钢的重量 c * Scs * Ac *L + s * Scs*(1-Ac)*L Ac Mc = - Ac + s/c (1-Ac) 从书上或者网上可以查

20、到铜和钢的密度，得到s/c的比值大约是0.8775西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术重要性能 2： B 铜层厚度铜层厚度 铜层厚度铜层厚度=（铜包钢的直径（铜包钢的直径-钢芯的直径）钢芯的直径）2 如果已知铜包钢的直径，导电率和钢芯的选材，那么Ac已经可以算出来，那么钢芯直径是多少呢？ 铜包钢面积铜包钢面积 - 钢芯面积钢芯面积 Ac = - 铜包钢面积铜包钢面积 设铜包钢直径为Dcs，钢芯直径为Ds，则： 0.7854*Dcs*Dcs 0.7854*Ds*Ds Ds * Ds Ac = - = 1 - - 0.7854*Dcs*Dc

21、s Dcs * Dcs Ds = Dcs * （1-Ac） 因此铜层厚度铜层厚度= Dcs - Dcs * （1-Ac） 2 同样根据这个计算，可以应用在实战中，得知在脱铜实验中脱去铜的钢芯的直径应该是多少，核对实际测得的值，也就是上面计算得出的Ds值，以作为质量情况的一个判断标准。 C铜包钢密度铜包钢密度 A中讲到，铜包钢的重量铜包钢的重量=cs* Scs * Ac *L + s * Scs*(1-Ac)*L；那么 铜包钢重量铜包钢重量 c * Scs * Ac *L + s * Scs*(1-Ac)*L 铜包钢的综合密度铜包钢的综合密度 = - = - 铜包钢体积铜包钢体积 Scs * L

22、 简化得到铜包钢密度cs =c * Ac +s * (1-Ac)西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术重要性能 3： D铜包钢公里重量铜包钢公里重量 公里重量顾名思义是每公里铜包钢线的重量。上述C中已经阐述了复合材料的密度计算方法，A中也已经讲到了密度重量体积的关系，如果现在有一个品种的铜包钢，直径是1.02mm，密度正是8.15 g/cm3，那么每公里的重量实际就是个圆柱体的体积计算问题，唯一要注意的是单位的统一，因为密度的单位是g/cm3。 每公里的重量每公里的重量(单位克单位克/g)=密度密度(g/cm3)*每公里的体积每公里的体积

23、(cm3) =8.15 g/cm3*1.02mm*0.1cm/mm*1.02mm*0.1 cm/mm*0.7854*1000*100cm 这个公式中0.1cm/mm*0.1 cm/mm*100cm正好等于1；1000正好是转化为Kg，因此简化公式为： 每公里的千克重量值=密度*0.7854*直径*直径 E 镀前镀后直径变化镀前镀后直径变化 这项应用是B中所描述的反过程计算，只要变换这个公式： Ds = Dcs * （1-Ac） 得到 Dcs= Ds / （1-Ac） 即可 这项应用，是用于电镀过程，判断电镀后的半成品是否已经基本达到要求。如果进线是2.2mm，要达到某个导电率或者说上铜的面积比

24、例，那么镀好了之后出来就应该达到某个直径，如果提前算出这个直径Dcs，就可以在生产过程通过暂时停机，用千分尺测量半成品线径协助判断是否基本合格。西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术重要性能 4： F 电镀参数及强度分配在后文详细阐述电镀参数及强度分配在后文详细阐述 1破断拉力：破断拉力：破断拉力是指将一段线材拉断时最少应该使用的拉力大小，实际操作中可以直接在抗拉仪上数字显示出来。标准单位为N（牛顿），也有表示成为公斤力（Kgs），甚至有表示成英制的英磅（lb），这之间的关系是1kgs=9.8N；1 lb=0.45359kg 在最后会给出

25、常用的各类单位之间的转换关系。 2抗拉强度：抗拉强度：抗拉强度是压强的概念，符号。我们知道，压强=压力/截面积，因此，线材的抗拉强度=破断拉力/线材的截面积，标准单位为N/mm2，也有表示成为Kgs/mm2，甚至lb/in2或者Mpa/psi等，这在最后也会给出转换关系。 无论无何转换，我国所熟悉的是N/mm2的表达方法，这个指标显示的是线材承受拉力的能力，我们有时候表达为硬度，有多硬，虽然不够准确，但能体现出大概的意思。比如1.02mm的线材破断拉力是600N，则抗拉强度=600/0.7854/1.02/1.02=734N/mm2 3延伸率：延伸率：延伸率是线材在拉断时的伸长比例，比如原来长

26、度是1米，拉断后的两段加起来总长度为1.03米，那么伸长了1.03-1=0.03米，伸长的比例就等于0.03/1=3%，延伸率是表示线材柔软可变形的程度大小的指标。国际标准中硬线通行指标为1%。 4抗扭转：抗扭转：前面三项指标实际都是沿线的轴方向的性能表现，而抗扭转是垂直轴方向的截面上的性能表现。在压力扭曲之下，线在截面方向变形，最后断裂，这个过程所用的最小的力和扭转的圈数，表示出线的韧性和结构力。国际标准一般要求将长度等于100倍直径的试样在转速15rpm的情况下扭转次数要达到20次以上。 5缠绕实验：缠绕实验：缠绕实验是将直径为D的线材缠绕在同样直径为D的圆柱体上，缠绕10圈以上后所观察到

27、的表面的变化。由于D相同，在车间我们将铜包钢绕在同一段铜包钢上。缠绕实验没有列入基本物理性能范畴，因为它实际是靠强迫外侧面两倍拉伸后观察到的结果，这个实验的意义在于检验时候铜层会翘皮，裂开甚至剥落，常被用在电镀半成品检测环节。 西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术标 准：铜包钢的国际标准主要是ASTM美标和BS英标两类，我公司搜集的包括ASTM B227 B228 B229 B452 B869以及BS 4087，其中B227针对电话线，B228和B229分别是绞线和复合绞线，B452是电子用途，B869是CATV专用标准，而BS 408

28、7则是英国的电话线标准。 由于缺乏国内标准，所以国际标准烦琐的地方就只是单位之间的转换。比如国外表达线径用的是线规，标记为AWG或者BWG，SWG，目前更通用的是AWG美国线规，像用于有线电视同轴电缆中心导体的通常是AWG14/AWG18/AWG20也就是1.628mm/1.024mm/0.813mm，当然在国际标准中，一般附带了直径等同于多少英寸(inch)，根据单位转换也可以得到直径的具体值。 在标准中，出现一些简写字母，比如A（退火软态），HS（高抗拉），EHS（超高抗拉），这是对铜包钢状态的分类。阅读铜包钢标准，我们可以概括出标准的结构：使用范围，涉及的参考文件，确定定单需要提出的要求

29、，直径及公差，抗拉强度，延伸率，电阻率及电阻，接头要求，铜层厚度，检验方法，合格证和包装；这些也都是我们销售和生产围绕的主要问题。国际标准中主要涉及的单位转换为：长度单位： 1米米=10分米分米=100厘米厘米=1000毫米毫米=10,000忽米忽米=100,000丝米丝米=1000,000微米微米=1,000,000纳米纳米 1码码(yard)=3英尺英尺(foot)=36英寸英寸(inch) 1英里英里(mile)=1760码码(yard)=1609米米(m) 1英寸英寸(inch)=25.4毫米毫米(mm) 1inch=1000mil面积单位： 1inch2=645.16mm2 cmil

30、=circular mil=mil2重量单位： 1吨吨=1000千克千克(kg)=1,000,000克克(g)； 1镑镑(lb)=16盎司盎司(oz)=0.45359千克千克(kg)力学单位： 1kgs=9.8N 1kgs/mm2=9.8N/mm2 1N/mm2=1Mpa=1000Kpa 1PSI=6.9Kpa综合单位： 1/1000ft=3.281/km 1lb/1000ft=1.48816/km 西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术特 性：我们简单地认为，无应力原始状态钢丝内部的铁原子晶体结构如同一个个的乒乓球，经过拉拔变形后变为小

31、的柱状纤维，如同一个个的圆柱体，这个过程属于塑性加工，对金属的挤压将导致加工硬化，即引起金属的抗拉强度增加。有学者通过研究发现，原始状态的钢丝通过拉拔形变发生的形变量，与抗拉强度的变化有一定的增函数关系，经过南通钢丝行业的同行的指点，也通过我公司内部若干次实验，我们总结认为，钢丝拉拔形变的原理可以用公式描述为： 拉拔前的直径拉拔前的直径 拉拔后的强度拉拔后的强度 - = - 拉拔后的直径拉拔后的直径 拉拔前的强度拉拔前的强度 这是个经验公式，对于我们的钢芯选材起到根本性的指导意义。钢丝的弹性形变，是指在非断裂情况下通过形变向拉力屈服，如同弹簧一样。弹性形变基本符合胡克定律，即拉力=弹性系数*形

32、变量，表示为f=k*x。在弯曲或者断裂之前，普通金属都能发生弹性形变，极限拉力就是破断拉力。 所以铜管与钢芯两者结合起来，相当于两根不同的弹簧捆绑在一起，由于两者相互结合，在一个拉力之下，不可能发生弯曲，他们的形变是同步的。西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术加法原则加法原则 ：1 1导电率加法导电率加法 这是之前所得出的公式cs=Ac + (1-Ac) cs=Ac + (1-Ac) * *ss，变化一下发现：cs=Accs=Ac* *100% + (1-Ac) 100% + (1-Ac) * *s=cs=Acs=cs=Ac* *c +

33、 (1-Ac) c + (1-Ac) * *ss，表述成中文就是：铜包钢的导电率铜包钢的导电率= =铜的导电率铜的导电率* *铜的面积比铜的面积比+ +钢的导电率钢的导电率* *钢的面积比钢的面积比2 2强度加法强度加法 前面讲到同步形变，比如钢的弹性形变系数为K，铜的形变系数为k，同步变形量为x，那么钢所承载的拉力F=Kx，铜所承载的拉力f=kx，拉力的比是K：k，也就是说施加的力是按照两个人的承受能力来分配的，俗话说能者多劳。如果不按K：k来分配，那么x就不相等，也就不是同步形变，非同步形变的捆绑弹性体，就意味着向某个方向弯曲变形，这是很简单的道理。 假如某个状态钢芯强度为s，铜的强度为c

34、，铜的面积比为Ac，那么 总的拉力总的拉力 ss* *（1-Ac1-Ac）* * S + c S + c* *AcAc* *S S 总的强度总的强度 = - = - =s= - = - =s* *（1-Ac1-Ac）+c+c* *AcAc 总的面积总的面积 S S 表述成中文就是：铜包钢的强度铜包钢的强度= =铜的强度铜的强度* *铜的面积比铜的面积比+ +钢的强度钢的强度* *钢的面积比钢的面积比3 3密度加法密度加法 上面已经推算出铜包钢密度cs =c cs =c * * Ac +s Ac +s * * (1-Ac) (1-Ac)，表述成中文就是：铜包钢的密度铜包钢的密度= =铜铜的密度的

35、密度* *铜的面积比铜的面积比+ +钢的密度钢的密度* *钢的面积比钢的面积比 西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术电电 镀镀 1：电镀实际是化学中的电解池，可以理解为在电力的驱动下，正极从铜板抽取电子，然后先像水泵一样把电子打到钢丝表面。铜板失去电子成为铜离子，离子可以在溶液中呈现游离态，如蝌蚪游泳。在钢丝表面，富集了大量电子，溶液与钢丝接触的表面的铜离子很快就得到电子，还原成铜原子“跑”到钢丝表面形成镀层。离子状态的铜在溶液中是蓝色的，而原子状态的铜在阳光下是亮金黄色。溶液与钢丝接触的最紧密的一层，称为扩散层，是一个靠浓度传递的接触

36、层，可以想象，在这个接触层，铜离子拼命地想游到钢丝表面得到电子，如果铜离子跟不上供给，那么水中的H+也会得到电子生成氢气，生成氢气的过程属于副反应，生成铜的属于正反应，正反应的比例我们称为电流效率；能否来得及供给实际上反映的是电子流速，我们称为极限电流密度。下面再讲几个基本概念： A A铜离子活度：铜离子活度：由溶液中的所有离子的浓度以及铜离子浓度决定，增函数； B B铜电极电位：铜电极电位：由铜离子活度和温度决定，增函数，决定电镀工作电压； C C极限电流密度：极限电流密度：与铜离子的扩散系数，铜离子的浓度成正比，与扩散层的厚度成反比；从这几个概念可以看出，铜离子浓度越高应该是活度越高，但是

37、电位也越高。温度越高，电位也是越高，扩散层厚度越大，电流密度越小；上面提到的扩散层，对于电流密度有着重要意义，由于电流密度和设备的设计决定实际生产时的最大电流，最后决定产量，所以扩散层对产能问题有着直接影响。 西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术电电 镀镀 2：有文献称极限电流密度状况下是能斯特扩散层模型，我们可以想象，比如在某浓度的铜离子中，从本体溶液到离钢丝表面的这段距离内，本体浓度为C，越向钢丝，浓度呈现线性下降趋势，一直到钢丝表面浓度为0，这段距离很短，可以假定在这个流体层是静止的，在超过这个距离，浓度可以被认为就是和本体一样，

38、都是C，铜离子必须通过穿越这个扩散层才能到达钢丝表面。 在极限电流密度的能斯特扩散区，铜离子一到达钢丝表面就减少，迅速变成铜原子固体，这个时候接触表面浓度就是0，沉积反应的速率由铜离子到钢丝表面的运输速度决定。 如果钢丝上施加比这个时候的极限电流更大的电流，那么在钢丝表面电位就发生进一步变化，也就导致上面所说的其他比如的H+还原。 在开篇的时候我们提到，钢铁直接暴露在酸铜溶液中，不用施加电位就会发生置换反应，所以在厚镀铜的要求下，需要对钢丝进行保护，在钢丝不腐烂的情况下使钢丝表面镀一层比铜更不活跃或者相同活跃的金属，使他们不发生置换反应，而发生致密的电沉积。 初中化学讲到，金属的活动性顺序为：

39、 钾-钙-钠-镁-铝-锌-铁-锡-铅-（氢）-铜-汞-银-铂-金；另外镍也是非活泼金属，由于比铜懒惰的金属都是贵金属，会导致生产成本加大，所以我们采用了预镀铜工艺，使用的媒介是传统的NaCN/CuCN溶液。 由于在氰化溶液中多种络合物，使沉积电位大幅度负移，这就避免了钢丝基底上生成置换铜层，简单理解是，这个溶液把钢丝保护起来，不会让钢丝与铜离子发生反应，否则就会生成“虚铜”。 包括当前改进的以KOH浓度185g/L以及CuSO4浓度45g/L为基底的无氰电镀工艺，也必然是需要靠电位控制才能保障电镀效果的工艺方法。 前文讲到了欧姆定律和功率公式，在我们实际生产中，经常要用到这两个公式来判断电镀机

40、的状况。电阻=电压/电流，电镀的生产需要确定的是电流，这在后文将会阐述。为了控制稳定的电流，而整个电镀电路的电阻是可变的，因此电压需求跟着变动。西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术电电 镀镀 3：那么整个电镀电路的电阻由哪些方面组成？首先这是个串联电路，电阻是由各个部分累加起来的。其次看这个串联电路的组成部分，从整流器正极出来，流经铜条导体，再经过铜条框架，连接到钛牌，钛牌与铜板接触，铜板与溶液接触，溶液再与钢丝接触，钢丝连到不锈钢滚筒，滚筒侧面连接碳刷，碳刷与铜环连接，铜环连接到铜条，最后到达负极。 该线路中任何一个点发生接触不良，或

41、者状况异常，都将引发电压升高。由于全电路要控制稳定的电流，所以线路功率按照公式P=I*I*R，可以知道功率是增加的，线路功率的表现就是发热，特别是铜条上，铜条占据了大部分线路，如果在某个电流发热得更厉害了，说明整个线路电阻出现了异常，应该仔细检查。另外一个可以应用的方面是估算电镀环节的用电成本。 电镀机工作的电压是可以从显示仪表读出来的，工作电流也是可以读出来的，因此电镀环节的功率=U*I，24小时的用电量就可以算出来。此外根据电流和上铜量，可以粗略估算24小时的产量（后面详细阐述），大概是I/36/Mc，那么无论如何变换材料，变换导电率，如果都参照相同的工作电流，比如4000A，溶液状况认为

42、不变，则电压也是不变的，功率是不变的，那么就可以估算不同品种的用电量。 电镀机器除了主镀的电镀环节可变性较大以外，其他组成的辅助设备在正常工作的情况下几乎不存在功率变动，因此可以认为是不变成本。西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术电电 镀镀 4：目前的铁丝生产工艺流程为： 1在线机械剥壳：在线机械剥壳：横向与纵向轮子的配合使用，使进线的盘条经过大幅度折弯，这样在表面的鳞状锈斑就在来回的扭曲之下剥离，脱落在地。 2在线电解酸洗在线电解酸洗：经过机械剥壳的盘条进入酸洗槽，槽分为多格间隔，与小型整流器连接，槽中为铅板，通过交叉连接，盘条经过酸

43、洗槽时实际是在变换阴阳极，实现阴极电解酸洗和阳极电解酸洗的交替，能达到更好的酸洗效果，且不会发生氢脆。酸采用硫酸，质量分数浓度20-30%，波美表18-25度，电流40-100A，一般取50A左右，进线粗一点的可以选择大一点的电流。 3在线清洗：在线清洗：在线清洗的目的是去除残留在盘条表面的硫酸 4在线涂硼砂：在线涂硼砂：一般认为，硼砂的作用一是润滑二是粘性，其中润滑包括硼砂润滑性本身以及填补盘条表面弥补清洗不足使表面更光滑。硼砂在高温下溶解于水，清洁的盘条经过硼砂溶液则在表面沾染上硼砂溶液，为进入下一道做准备 5在线加热烘干：在线加热烘干：由于滑轮式连续拉丝也是干拉机器，使用的是拉丝粉，因此

44、在真正进入拉丝环节之前应对盘条进行烘干，高温烘箱使硼砂在加热后更好地沾在盘条表面。从最初的盘条到这里，都是粗拉的前处理，前处理的质量直接影响到拉丝，进而影响到电镀的质量，所以非常重要。 6存储式多头滑轮式连续拉丝机拉拔：存储式多头滑轮式连续拉丝机拉拔：存储式多头滑轮式连续拉丝机对于拉拔配模没有太大的要求，因为每道都有一个储存一定量丝的轮毂，操作工可以根据当时的情况及时调整各个轮子的转速而不会断线。这道环节往往因前道的问题而出现严重质量表现，比如丝发毛或断线。钢丝发毛除了线路摩擦外，主要是酸洗，涂硼砂和模具三大因素导致。 7象鼻式象鼻式/吊钩收线，成卷：吊钩收线，成卷：传统使用吊钩收线，象鼻式收

45、线为高速拉丝提供了保障，但也应密切关注，防止线过度集中未能及时落下，或落下成圈混乱。 8热处理：热处理：热处理是通过温度变化让钢丝内部的结构发生本质变化，不同成分的钢丝在不同的温度有结构临界点，国内的工厂普遍都是在抄袭他人的数据然后微调。我们一般涉及到的是三类热处理，一类是回火，不改变机械性质，可以缓解拉丝导致的钢丝内部疲劳，利于进一步拉拔；一类是退火，改变弱化机械性质的热处理，还有一类是淬火，是改变加强机械性质的热处理。淬火通常在高碳钢领域使用，比如使低一级别含碳量的钢丝通过铅淬火达到更高一级的抗拉强度。西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包

46、钢技术电电 镀镀 5：常规而言，铜包钢领域所涉及的热处理主要是： 1.1.中温回火，中温回火，加热时间1.5-2.5小时，保温时间3-5小时，温度400-550度，这项热处理被用于对M6拉拔高强度铜包钢时使用。 2.2.退火，退火，恒温700-780度，时间6-10小时，随炉冷却12小时，到300度以下可以出炉，也有将冷却时间延长的，冷却时间延长是为了让结构体更好的融合，使延伸更佳。 3.3.管道退火，管道退火，790-500度管道递减温区，出口为200度烘干，用于细线的连续退火，管道退火设备一般同时设计有在线热浸镀锡工序。 西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology

47、Co.,Ltd.铜包钢技术电镀工艺流程电镀工艺流程 1 1：目前的电镀过程生产工艺流程为： 1 1浸蚀（酸洗）：浸蚀（酸洗）：除去钢铁丝表面的锈，成分主要为氧化亚铁，氧化铁以及四氧化三铁。如果是经过高温处理过的，一般四氧化三铁相对较多，酸的强度需要高一点才能有效处理。我公司使用盐酸进行酸洗，正常浓度为15%左右，配比是刚买回来的盐酸与水按1：1.5混合，浓一点是1：1；差一点的盐酸为黄绿色，纯一点的盐酸无色。 酸洗过程不断消耗盐酸，生成氯化亚铁和氯化铁，分别是浅绿色和黄绿色溶液。此外盐酸也能起到轻微的除油功能。另外应该注意的是，盐酸如果在除去锈的同时接触到钢丝基体，同样能与钢丝发生反应，生成氢

48、气，如果过量反应，将形成氢脆。氢脆是溶于钢中的氢,聚合为氢分子,造成应力集中,超过钢的强度极限,在钢内部形成细小的裂纹，这将直接严重影响后续的铜包钢拉拔。 2 2清洗：清洗：这一步的清洗主要是除去钢丝酸洗过程残留在表面的液体，为下一步清洗做准备。残留液体主要是盐酸，氯化亚铁和氯化铁。残留液体更换不及时将导致大量铁类离子沾在铁丝表面，导致一进入碱洗就表面形成黄色物质。 3 3除油（碱洗）：除油（碱洗）：经过上一步清洗，残留的盐酸，氯化亚铁和氯化铁基本被清除，但仍会有少量带入碱液氢氧化钠，生成沉淀，另外一方面是碱被带进来的盐酸中和掉。碱洗的作用是让油脂类与碱发生皂化反应，生成溶解于水的物质。所以碱

49、不断地被消耗，沉淀不断地增加。 4 4磷化洗：磷化洗：除去锈蚀和油腻之后，钢丝表面已经非常光洁，但混合物质实际还是比较多的，主要是皂化反应后的多链脂肪酸钠，磷化洗所用的磷酸钠溶液提高了钢丝表面的水洗性能，更有效地清理表面的杂质，同时我们认为磷酸钠溶液能为钢丝提供良好的保护效果，形成中性水膜防止在空气中氧化。 5 5电子酸洗：电子酸洗：电子酸洗采用稀硫酸，质量分数浓度大约8%，用浓硫酸按1：10兑水混合，通电，阳极为铅板，阴极为钢丝，滚镀，实质是电解质为硫酸的电解反应，在阳极生成氧气，在阴极生成大量氢气，氢气气泡从空隙喷涌而出，有人称这个为“爆炸清洗”，在气体的迅速冲击之下，彻底地去除钢丝表面最

50、后仍残留的物质，为预镀打下良好的表面基础。电子酸洗不能过于猛烈，否则也可能埋下氢脆的隐患，如果电解硫酸浓度不够，则会影响爆炸清洗的效果。当溶液颜色很绿很黄的时候，往往是硫酸浓度过低的时候，则需要考虑将亚铁和铁离子去除以及添加硫酸。西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术电镀工艺流程电镀工艺流程 2 2： 6 6多道清洗：多道清洗：此处的多道清洗，是为了清除电子酸洗残留的液体包括稀硫酸和硫酸亚铁以及硫酸铁。预镀溶液是碱性的，所以不能让酸液带入到预镀液中去。另外亚铁和铁离子都能与氰根离子发生反应生成更复杂的物质粘在钢丝表面，甚至污染溶液。此处多

51、道清洗不仅包括水冲洗，还包括棉布在压力状态下的擦洗。 7 7预镀：预镀：又称闪镀，是快速地在钢丝表面镀上一层薄的铜层，有效地保护钢丝基体，预镀溶液为剧毒的氰化钠/氰化亚铜混合溶液，钢丝仍然是滚镀。此过程非常关键，因为铜包钢一共就两个结合点，一是预镀层与钢丝基体的结合点，再一是预镀层与主镀层的结合点，两个结合点一定要清洗干净，而且预镀层质量须状态良好，鉴于此，我们可以理解，进出预镀的清洗环节很重要，而且预镀环节的溶液浓度控制也很重要。 8 8多道清洗：多道清洗：此处的多道清洗，是为了清除预镀槽出来后残留的液体，主要是碱性的预镀混合溶液，碱性镀液在产品表面形成一层致密的碱膜，会妨碍进一步的增厚电镀

52、，因此这里的多道清洗不仅包括水冲洗，还包括棉布在压力状态下的擦洗，特别在这里不能省略棉布的压力擦洗。 9 9活化：活化：活化使用稀硫酸，但浓度不能超过主镀溶液里的硫酸浓度。我公司对于活化目前没有形成成熟意见。笔者认为活化的硫酸在理论上是有必要的。如果从预镀出来的带有薄铜层的钢丝能被清水和夹紧的棉布有效地清除表面，那么在从预镀到主镀之间，唯一可能发生的就是铜的干燥和氧化，另外酸对铜表面的活化有书本可查。实践表明，活化环节去除后也并没有造成不良后果，所以笔者认为不是关键因素。 1010正镀：正镀：正镀采用的是传统的酸铜电镀工艺，前道环节都得到确保的情况下，正镀将变得非常轻松。正镀的关键性体现在铜包

53、钢最终质量的控制上，特别是导电率，真正厚度的铜层是在这个环节实现的，所以要通过准确的计算和不断的检查控制住质量，另一方面也是有效地节约成本。正镀在操作上的困难以往发生在旋转排线上，通过将放线调整为滚动放线，有望得到彻底改善，因为钢丝在设备中展开方向是一致的，就有效地缓解了钢线本身的残留应力。 西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术电镀工艺流程电镀工艺流程 3 3： 1111镀后清洗：镀后清洗：镀后的清洗用略带碱性的肥皂液是为了中和酸性的主镀液，否则残留在半成品铜包钢的酸性主镀液暴露在空气中将形成微型电解池，加速铜的氧化导致发黑。氧化的半成

54、品在后续拉拔时仍会残留氧化斑在成品表面，严重影响表面质量。 1212加热烘干：加热烘干：加热烘干是为了强化表面保护的效果，将水溶液最后去除，使铜层能够在干燥的环境下得到保存，特别是在夏天，加热烘干的作用特别明显。 1313收线：收线：我公司原来采用100公斤塑料盘收线，随着客户要求的提高，为了减少大盘包装中接头的数量，现在已经改进为500公斤铁盘收线，收线的排线质量同样影响在本公司后续拉拔时的效率，因此现场操作也应该对排线特别注意。 1414拉丝机拉拔：拉丝机拉拔：拉拔过程是通过拉丝机牵引，将镀完的半成品线经过数道模具拉拔达变形到最终要求的线径。目前我公司的拉丝机拉拔能力不统一，收线能力也不统

55、一，生产主管应该对拉丝机的性能有充分了解，拉丝机的总体产能也缺乏有效评估。 1515最终收线：最终收线：按照客户定单的包装要求，我们将不同的铁盘或木盘装到拉丝机的收线设备上，完成排线、收线，到达一定重量后下盘进入包装流程 1616包装：包装：包装主要是内包，外包和固定。内包应使用薄塑料膜保护，外包使用蛇皮袋、硬纸板甚至木条包围，最后使用木托架，铁支架等固定，用钢铁打包带捆绑。在包装盘的明显位置标贴麦头、检测报告等客户要求的内容。 西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术电镀相关的重要概念及公式电镀相关的重要概念及公式 ：电镀参数的目的是实现

56、上铜重量比的控制，要弄懂电镀参数首先要理解与电镀相关的几个重要概念及公式： 1法拉第定律：法拉第定律：法拉第定律的电镀计算的最根本，公式为电镀铜的重量=铜的电化当量*工作电流*工作时间*电流效率，表达为m=Q*I*t* 电化当量表示的是一库仑电子所产生或消耗的以克为单位的重量，铜的电化当量Q=63.55/2/96487=3.293*10-4 g*C-1 2电流密度电流密度：之前提到极限电流密度的概念，电流密度表达的意思是在单位面积上分布的电流的密度，所以电流密度=总工作电流/总工作表面积，表达为ASD=I/S，电流单位为A，表面积单位为平方分米dm2，ASD的单位写为asd，表示每平方分米多少

57、安培。由于法拉第定律涉及电流和电流效率参数，所以必须考虑电流密度是否超过极限电流密度，如果超过将影响电流效率的值。 3转速采集：转速采集：转速采集是滚镀中牵涉的有关角速度值的特殊采集过程，不像挂镀，挂镀从进入溶液到出溶液的时间是可以用秒表测出来的，线材的连续滚镀，如果取线材上的某一点从进入溶液到出溶液时间是可以测算出来的，但某一质点用于计算太难理解。无论无何，由于法拉第定律还涉及时间参数，所以滚筒的转速采集也至关重要。一是要搞清楚转速与仪表控制是否同比例，二是要搞清楚仪表上的显示与实际转动速度到底是什么关系。 转速采集可以采用红外线扫描法，在滚筒侧面粘贴反光标签，用红外线扫描计转速，单位RPM

58、，即每分钟多少转；也可以采用定圈计时法，选取一枚滚筒上的螺丝定位，以这枚螺丝到达某位置开始计算，转动数圈后再次经过同一位置需要多少时间，则可计算出转速。 4电流效率：电流效率：电流效率前面已经阐述过，的变化根本原因是电压的变化导致的过电位，使得允许发生更多的副反应，无论是发生在阴极还是阳极。电压变化的问题应该考察溶液浓度，电流密度，阳极面积，溶液温度等。 5阴、阳极面积：阴、阳极面积：阳极是铜板，工作面主要是朝向溶液方向的一面，背向溶液方向的一面一般认为按50%计算。阴极是钢丝，完全暴露在溶液中，而且是行进状态，溶液也是流动的，所以钢丝浸泡在溶液内的表面积全部被认为是有效阴极面积。有资料显示，

59、阳极和阴极在酸铜溶液电镀非搅拌情况下，极限电流密度几乎相同，都为10asd，因此按照这个理论推算，阴极和阳极的面积比应该是1：1，但是存在一个问题，电镀铜使用的是可溶性的阳极铜，所以铜是在不断消耗的，如果起点状态就是阴极和阳极1：1，当阳极消耗时，阳极电流密度势必增加而很快超过极限电流密度，那时将导致阳极过极化，电位增加，电解水生成氧气。所以一般我们采用1：2的阴极、阳极比例，为的就是给阳极留一点不断溶解的空间。 西安杰邦科技有限公司Xian Jsbound Technology Co.,Ltd.铜包钢技术实战演实战演算 1：准备好了以上的知识，可以进入实战的演算： 依据法拉第定律，拆分电镀槽

60、的连续电镀为停顿式电镀，我们假设线上的某个点从进入镀槽到出镀槽所需要的时间是t，所经过的距离为L，那么在t这个时间段，电镀产生的铜实际是均匀地分布到这个长度L上的。通过计算可以得到： 单位长度(1m)铁丝上的铜重量AVGm=QI (L/v)/L=QI/v，其中v是线行进的速度，单位m/s，L是上面假设的长度，单位m，所需要的时间t，单位s，其他QI都是前面提到的铜的电化当量和电镀槽的工作电流。 单位长度(1m)铁丝重量为 Sm=(/4) * D * D *铁 ，其中铁为钢铁丝密度，单位g/cm3，D表示钢铁丝进线线径，单位mm； 两者的比例就是单位长度（1m）铜包钢当中的铜与铁的比例： Mc