淺談銅桿質量對超微細線拉伸斷線的影響

何姍珊

(江西銅業集團公司，江西 貴溪 335424)

1 引言

超微細線材是一種高新技術產品，在現實生活中應用廣泛，特別是在儀器關鍵部件連接方面的優勢特別突出，比如可以用作生化醫用精細線材、高速寬頻傳輸用纜線等。隨著微電子電器行業的迅速發展，帶動了電線電纜企業對微細電子線材的需求。根據上海電纜工程設計研究所統計，預計到2015年微細電子線材的需求量將達到30萬t左右，其中直徑不大于0.05mm的電子線材需求量將達到9萬t左右[1]。

超微細銅線是指直徑不大于0.05mm的銅線，這種銅線也被稱為超細銅線。生產超細銅線，一般采用拉伸法。拉伸法具有自動化程度高、產品表面質量好、尺寸精度高，且能在同一機列上實現連續等優點。目前，我國能夠全部掌握成套生產技術，生產超細銅線的企業為數不多，這主要一方面在于超細銅線生產對母線的質量要求很高，需要先進的銅桿制造裝備和工藝技術，另一方面在于拉制超細銅線本身的工藝技術要求很高[2]。

銅線在拉制過程中很容易發生斷線的現象，這也是超細銅線生產的難度所在。斷線的根本原因就是因為超細銅線太細，銅線拉斷力較小，微小的銅桿缺陷或稍大的外力都很容易造成“斷線”的發生。導致拉伸斷線的原因很多，如銅桿質量、拉伸設備、潤滑狀態等。本論文重點探討的是銅桿質量對超微細線拉伸斷線的影響，并在此基礎上提出了相應的解決措施。

2 超細銅線的生產流程以及主要特點

目前全世界范圍內的銅線的生產都經歷兩個步驟:制桿和拉線，制桿尺寸一般為Φ8mm，從Φ8mm以后開始進行拉伸變形。目前我國制桿的工藝主要有美國南方線材公司的SCR法、德國西馬克.梅爾公司的Contirod法以及上引法[3]等，超細銅線拉伸的母線一般選用連鑄連軋法生產的光亮圓銅桿，這是由于連鑄連軋生產的銅桿經歷的大變形量的熱變形，因此其產品具有晶粒細小、致密度高，表面光潔等優點。在拉制過程中，超細銅線的生產流程包括大拉、中拉、小拉、細拉和微拉，銅線直徑隨工藝流程逐漸減細，產品規格不同，生產的道次、工藝也有所不同。

在銅線的生產過程中，常會出現很多產品缺陷，導致成品率極低，比如斷線、規格不均問題、銅線表面不規整等等。在這些缺陷中，斷線現象是最為嚴重的。規格較大的銅線的拉斷力也相對較大，所以在生產規格較大的銅線時斷線現象的發生概率會小很多。然而，由于超細銅線的截面很小，所以它的拉斷力也相對很小，因此在超細銅線的生產過程中，斷線現象是很常見的。在超細銅線的拉制過程中，隨著線徑的不斷減小，拉伸難度越來越大，細拉和微拉成為最關鍵的工序，這也是超細銅線特有的生產流程。

3 銅桿質量對超微細線拉伸斷線的影響

銅線拉斷力的大小是產生斷線的內因，因此，控制銅桿的質量對于減少超微細線拉伸斷線現象的發生具有重要意義。一般來說，評價銅桿質量的指標主要有銅桿中雜質元素的含量、表面缺陷、氣孔以及銅桿的塑性等。為了研究銅桿質量對超微細線拉伸斷線的影響，筆者分別對銅桿中雜質元素的含量、表面缺陷、氣孔以及銅桿的塑性等進行了探討。

3.1 銅桿中雜質元素的影響

銅桿雜質元素含量的多少是對銅桿純度的一個主要表征，也是評價銅桿質量的好壞的一個很重要的指標。當銅桿中的雜質元素達到一定的量時，雜質元素會對銅桿內部的微觀結構產生影響，此時這些雜質元素就會降低銅桿的質量。例如，鋁、鋅、鐵等金屬元素很容易固溶于銅桿中，雖然這些雜質元素在一定的程度上可以提高銅桿的硬度，但是這些雜質元素的存在一定程度上也會影響到銅桿的熱加工性能和銅桿的塑性[4]。因為這些雜質元素的存在，會減小銅桿的塑性，尤其是會影響到雜質素周圍金屬的塑性。當銅桿拉伸變形不斷加大時，金屬無法承受外界要求的形變量時，斷線現象就會發生了。

3.2 銅桿表面缺陷的影響

表面缺陷是指銅桿表面存在局部物理或者化學性質不均勻。這些缺陷包括非金屬夾雜物以及機械損傷、孔洞、氧化斑等。表面缺陷的程度也是衡量一個銅桿質量好壞的標準。表面缺陷比較少的銅桿，質量相對就會較高;表面缺陷較多的銅桿，質量就會相應的較低。表面缺陷通過影響銅桿的質量，在一定程度上也會對超微細線拉伸斷線有一定的影響。

表面缺陷的存在減少表面可變形的金屬量，從而改變了銅桿的可變形量，減小了銅線的抗拉能力。因此當外界的拉力變大時，銅線就會發生斷線現象。另外，當拉制銅桿時，表面金屬流動滯后于心部金屬流動，因此由于表面和心部運動的差異就會產生沿著軸向的附加拉應力，這種附加拉應力容易產生表面裂紋，雖然造成這種附加應力的原因主要是模具和潤滑，但表面缺陷的存在會使允許附加應力大為降低，并加劇裂紋的擴張。

3.3 銅桿中氣孔的影響

銅桿中氣孔的多少也是一個衡量銅桿質量好壞的另一重要指標。當銅桿內部含有氣孔時，會使得氣孔周圍部位的銅原子比其他部位的銅原子數量少，同時，也在一定程度上改變了銅桿內部的微觀結構，從而影響了銅桿的質量。

銅線內部存在著氣孔，也很容易就會導致斷線現象的發生。銅桿內部氣孔的存在會使得本應由金屬物質填充的部位出現了空洞，會使得這個部位的金屬橫截面積顯著減少，進而導致該銅線的抗拉能力下降，易出現斷線現象。具體來說在拉制過程中，由于氣孔的存在，隨著外加應力的增加，拉制線徑逐漸變小，使得銅線在此處存在很大的應力集中，銅線的塑性變形程度增大。但是由于氣孔區域與基體部分的塑性變形能力存在很大差異，氣孔與位錯相互作用使變形更加困難并存在嚴重的應力集中，最終導致基體與氣孔相脫離，基體區域發生典型的純金屬韌性斷裂，而氣孔周圍發生脆性斷裂，導致銅線斷線[5]。

3.4 銅桿塑性的影響

塑性是指在外力作用下，材料能夠穩定的發生永久性的變形同時又不破壞其完整性的能力。在影響銅桿質量的因素中，銅桿的塑性也是一個很關鍵的因素。塑性好的銅桿，質量相對較高;塑性差的銅桿，質量也就相應的較低[6]。

當生產銅桿的原材料銅含量較低時，會對銅桿的塑性產生一定的影響。此外，在生產過程中，當外界的拉應力超出了被拉制的銅線的抗拉強度，這將導致斷線現象發生，這是最直接的原因。當銅線經過多次的拉制導致加工硬化后，如果此時不及時退火，也會導致這種銅線的塑性變差。當銅線的塑性變差后，在拉伸過程中變形抗力過大，往往會使得銅線斷線，并且會使得斷裂的部位出現脆斷的形狀，并且斷面收縮率也比較小。

4 結語

斷線現象是由很多原因引起的，除了外界的拉力以及設備等因素外，銅桿的質量原因對于斷線現象的影響是不容忽視的。提高銅桿的質量，減少銅線中的氣孔的存在，降低銅線中雜質元素的含量以及克服銅線塑性不足和表面缺陷等對于減少斷線的發生具有重要意義。

[1]王濤.中國銅加工材生產、消費與市場分析(下)[J].資源再生，2012(12):38－41.

[2]鄒建成.中國銅加工技術發展趨勢[J].中國有色金屬，2013(16):30－32.

[3]毛允正.連鑄連軋生產銅線桿技術述評[J].資源再生，2012(5):53－56.

[4]羅云，劉瑩，鐘志強.淺析雜質元素對銅桿質量的影響[J].有色金屬加工，2012(3):26－30.

[5]攸駿.SCR連鑄連軋鑄坯中氣孔與銅線桿表面缺陷關系研究[J].云南冶金，2013(6):61－35.

[6]陳渝，湯菲.無氧銅桿季節性斷線的主要原因和解決的方法[J].電線電纜，2003(2):25－26.