一种Cu-Sn/Sn-Au双复合镀层极薄钢带的生产方法

摘要

一种Cu-Sn/Sn-Au双复合镀层极薄钢带的生产方法：第一次退火；冷轧；经开卷、分条、去毛刺后热喷涂Cu-Sn；第二次退火；热喷涂Sn-Au；第三次退火；空冷并卷取。本发明生产的钢带，抗拉强度为300~350MPa，延伸率为38~45%。表面镀层呈现光亮的金黄色，表面硬度为100~120 HV，粗糙度为0.1~0.2μm，镜面反射率为94~99%，在常规环境下放置720d后，镀层失光率不超过0.5%。电阻率为14~18 μΩ?cm，热导率为60~75 W/m?℃。在350~400℃下保持480 h后，表面氧化面积不超过0.1%，硬度值变化率不超过0.3%。解决了传统工艺成本高、浪费大、污染重、效率低的问题。

说明书

技术领域                  

本发明涉及一种钢带的生产方法，具体属于一种Cu-Sn/Sn-Au双复合镀层极薄钢带的生产方法。

背景技术

极薄镀Au钢带由于其具有较薄的厚度、优良的表面性能、导电性能、导热性能和耐热性能，广泛应用于光电子行业，用以生产精密半导体、电子芯片或者特殊光源，市场需求量极大。

目前，生产镀Au钢带主要是在冷轧带钢表面连续分段电镀Cu、Ni、Au单金属，形成传统的Cu-Ni-Au复合镀层。尽管该工艺历史悠久，但其存在以下难以解决的问题，即：一是该镀层以Cu为基底，容易发生氧化，造成镀层的稳定性下降。此外，一旦腐蚀介质通过Au层的裂纹和针孔，穿过Ni和Cu的孔隙到达Fe基体，由于Fe基体是腐蚀电偶的阳极，很快就会腐蚀出现锈点。二是如果采用连续电镀，在电镀Au的过程中，需要使用剧毒的氰化物做电镀液，这会严重污染环境。三是钢带经过连续电镀后，表面容易钝化，所得复合镀层的综合性能难以控制。四是连续电镀过程导致生产能耗较大，废液较多。特别是生产中需要使用大量的贵重金属Ni和Au，生产成本颇高。

公开号为CN104195607A的中国专利，公开了一种锡铜双层电镀钢板的制造方法。其技术方案主要包括如下步骤：将冷轧薄钢板除锈、洗净，再用稀酸活化后在钢带表面化学浸镍，然后依次电镀铜、电镀锡，随后进行软熔、淬水、苏打清洗、铬酸盐阴极钝化、清洗、吹干后得成品，所得锡铜双层电镀钢板具有优异的焊接性能和耐蚀性能。但是，该镀层钢板主要用于生产食品罐和饮料罐，由于钢带中没有含Au的复合镀层，导致产品的表面性能、导电性能、导热性能和耐热性能不能满足光电子行业的要求。

公开号为CN101619474B的中国专利，公开了一种锌镍双层电镀钢板的制造方法。其技术方案主要包括如下步骤：将冷轧钢板进行除锈处理或将热轧钢板进行除鳞处理，用水洗净，再用稀酸活化，然后在钢板表面进行电镀镍。随后在氢气或氮气保护气氛下对钢板进行退火处理，在钢板表面形成镍铁合金层，接着在镍铁合金层表面电镀锌。镀锌结束后，对钢板进行水洗，得到成品，所得锌镍双层电镀钢板的耐蚀性能有大幅提高，同时解决了镀层和基体的结合力问题。但是，该镀层钢板主要用于制造汽车和家用电器外板，由于钢带中没有含Au的复合镀层，导致产品的表面性能、导电性能、导热性能和耐热性能不能满足光电子行业的要求。

公开号为CN102206842B的中国专利，公开了一种锌锡双层电镀钢板的制造方法。其技术方案主要包括如下步骤：将低碳冷轧钢板进行酸洗、除锈、脱脂、洗净处理，并用稀酸活化。对活化后的钢板进行电镀锌，完成后再用水洗净。随后进行电镀锡，完成后再次用水洗净。然后用电阻软熔炉对镀锡板进行软熔、淬水、苏打清洗、铬酸盐阴极钝化，完成后将锌锡双层电镀钢板水洗、吹干，得到成品。但是，该镀层钢板主要用于生产食品罐和饮料罐。由于钢带中没有含Au的复合镀层，导致产品的表面性能、导电性能、导热性能和耐热性能不能满足光电子行业的要求。

公开号为CN101922031B的中国专利，公开了一种双镀层钢带的制造方法，主要是在钢带清洗干净后，先电镀镍铁合金后再电镀镍。解决了钢带上镀纯镍层成本高、耐蚀能力差的问题，所得双镀层钢板主要用于制造电极。但是，由于钢带中没有含Au的复合镀层，导致产品的表面性能、导电性能、导热性能和耐热性能不能满足光电子行业的要求。

通过对现有技术进行分析，本申请认为，如果以高性价比的碳素钢作为原料钢种，采用合适的轧制及热处理工艺控制原料的厚度和力学性能，并通过连续热喷涂工艺，使钢带表面形成具有优良表面性能、导电性能、导热性能及耐热性能的复合镀层，就有可能生产出光电子行业需要的极薄镀Au钢带，解决当前该技术领域存在的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种具有优良的表面性能、导电性能、导热性能和耐热性能，完全满足光电子行业要求的Cu-Sn/Sn-Au双复合镀层极薄钢带及其生产方法。

实现上述目的的措施：

一种Cu-Sn/Sn-Au双复合镀层极薄钢带的生产方法，其步骤：

1) 采用冷轧碳素钢板作为原料，进行第一次退火，控制退火温度为600~640 °C，保温时间为30~40 min；

2) 进行冷轧，控制轧制道次数为5或6道次，总压下率为77~90%；冷轧结束后进行脱脂；

3) 经开卷、分条、去毛刺后，进行热喷涂Cu-Sn：控制Cu与Sn粉末均匀混合，平均粒径为0.2~0.4 μm，Cu与Sn的浓度比例为1:1~2:1，喷涂速度为400~500 m/s，沉积率为0.3~0.5 kg/h；

4) 进行第二次退火，控制退火温度为400~450 °C，保温时间为25~35 min；

5) 进行热喷涂Sn-Au： 控制Sn与Au粉末均匀混合，平均粒径为0.1~0.2 μm，Sn与Au的浓度比例为1:4~1:5，喷涂速度为300~350 m/s，沉积率为0.1~0.2 kg/h；

6) 进行第三次退火，控制退火温度为380~420 °C，保温时间为20~30 min；

7) 进行空冷并卷取。

本申请为了实现上述目的，进行了大量的试验及分析，经过优化选择，采用普通的SPCC冷轧钢板作为原料坯，采用一次退火+一次冷轧+热喷涂Cu-Sn+二次退火+热喷涂Sn-Au+三次退火的工艺进行生产。之所以这样选择，是因为：一是以普通的碳素钢SPCC作为原料钢种，可以降低原料成本。二是通过一次冷轧+三次退火，既能保证冷轧原料及产品的厚度和力学性能，又能促进镀层的合金化过程，提高镀层的表面性能。三是用低成本的Sn来完全或者部分替代贵金属Ni和Au，并充分发挥Sn的作用。一方面，先在钢基上热喷涂一层Cu-Sn合金来取代Cu金属单层，可以明显增强基底的耐蚀能力和稳定性。另一方面，用热喷涂Sn-Au来替代电镀Ni+电镀Au，无需使用剧毒的氰化物，保护了环境。与连续电镀相比，热喷涂过程速度快、原料浪费少，镀层厚度精确可控。另外，相对于Au金属单层，Sn-Au合金既可以保证镀层的性能，又能显著降低贵金属Au的用量，降低生产成本。四是在热喷涂过程中，进行两次退火处理，既可以调节产品的力学性能，降低镀层的内应力，又能将镀层表面残存的氧化物去除，保证镀层的表面光洁度。

 与现有普通钢带相比，本发明生产的钢带，其厚度为0.1~0.2 mm，抗拉强度为300~350 MPa，延伸率为38~45%。表面生成了一层均匀致密、附着力强、厚度为8~12 μm的Cu-Sn/Sn-Au双复合镀层，镀层呈现光亮的金黄色，表面硬度为100~120 HV，粗糙度为0.1~0.2 μm，镜面反射率为94~99%，在常规环境下放置720 d后，镀层失光率不超过0.5%，产品的表面性能良好。电阻率为14~18 μΩ?cm，热导率为60~75 W/m?°C，产品的导电和导热性能良好。在350~400 °C下保持480 h后，表面氧化面积不超过0.1%，硬度值变化率不超过0.3%，产品的耐热性能良好。产品性能完全满足光电子行业的需要。特别是采用热喷涂Cu-Sn+热喷涂Sn-Au工艺后，解决了传统工艺生产所带来的成本高、浪费大、污染重、效率低的问题。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的冷轧工艺参数列表；

表2为本发明各实施例及对比例的制带工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例的产品性能列表。

以下各实施例按照以下生产步骤生产：

1) 采用冷轧碳素钢板作为原料，进行第一次退火，控制退火温度为600~640 °C，保温时间为30~40 min；所采用的冷轧碳素钢板的厚度在0.9~1.0 mm；

2) 进行冷轧，控制轧制道次数为5或6道次，总压下率为77~90%；冷轧结束后进行脱脂；

3) 经开卷、分条、去毛刺后，进行热喷涂Cu-Sn：控制Cu与Sn粉末均匀混合，平均粒径为0.2~0.4 μm，Cu与Sn的浓度比例为1:1~2:1，喷涂速度为400~500 m/s，沉积率为0.3~0.5 kg/h；

4) 进行第二次退火，控制退火温度为400~450 °C，保温时间为25~35 min；

5) 进行热喷涂Sn-Au： 控制Sn与Au粉末均匀混合，平均粒径为0.1~0.2 μm，Sn与Au的浓度比例为1:4~1:5，喷涂速度为300~350 m/s，沉积率为0.1~0.2 kg/h；

6) 进行第三次退火，控制退火温度为380~420 °C，保温时间为20~30 min；

7) 进行空冷并卷取。

表1  本发明各实施例及对比例的冷轧工艺参数

表2  本发明各实施例及对比例的制带工艺参数

表3  本发明各实施例及对比例的产品性能

  从表3可以看出，本发明申请的钢带，其厚度为0.1~0.2 mm；抗拉强度为300~350 MPa，延伸率为38~45%；表面生成了一层均匀致密、附着力强、厚度为8~12 μm的Cu-Sn/Sn-Au双复合镀层，镀层呈现光亮的金黄色；表面硬度为100~120 HV，粗糙度为0.1~0.2 μm，镜面反射率为94~99%，在常规环境下放置720 d后，镀层失光率不超过0.5%，产品的表面性能良好；电阻率为14~18 μΩ?cm，热导率为60~75 W/m?°C，产品的导电和导热性能良好；在350~400 °C下保持480 h后，表面氧化面积不超过0.1%，硬度值变化率不超过0.3%，产品的耐热性能良好。产品性能完全满足光电子行业的需要。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术的限制性实施。