低氧铜杆线铜粉剥离原因分析及其对策措施

杨斌

江苏宝胜精密导体有限公司江苏省扬州市225800

摘要：低氧铜杆是电线电缆生产的主要原料之一，在电线电缆行业占有较大的比重。近年来，随着科技水平的不断提高，电线电缆的生产设备、规格、品种要求也不断提高，在生产设备上向高速、多头拉丝、连拉连包等方向发展，规格以细线方向、超细线发展，品种以漆包线、涂装线发展。因此，对铜丝坯的性能提出了更高的要求。

关键词：铜粉；氧化膜；表面损伤；拉丝模具

为提高电线、电缆的拉拔质量，就需要严格控制低氧光亮铜杆的铜粉含量。将多年的生产实践与试验相结合，分析铜粉对后续拉拔质量的影响，主要对低氧铜杆表面铜粉的形成机理进行了探讨，针对影响铜杆铜粉含量的主要影响因素和环节进行试验并提出了有效的控制方法，将铜杆的铜粉含量控制在合理范围。

一、概述

随着社会的发展科技的进步和更新，电线、电缆行业开始向超细线方向发展，此外镀层类和漆包类铜线材品种需求量也越来越大、质量要求越来越高，因此对连铸连轧法生产的低氧铜杆的性能要求也日益提高。在铜杆线拉伸、镀层过程中，由于低氧铜杆坯的内在质量缺陷及后续拉制过程中出现的质量缺陷，导致铜杆线表面出现损伤，铜粒子脱离铜基体，并在铜线表面出现一个凹坑、毛刺等质量缺陷。在后续拉伸过程中，特别是微细线制备过程中，铜线坯在三向应力的作用下，缺陷处出现应力集中导致断线。另外，在生产漆包线、镀层线时，由于线表缺陷，容易导致镀层不均或镀层脱落，影响漆包线、镀层线的产品质量。同时，铜粉大量脱落，进入润滑液中，恶化润滑液的质量，堵塞拉伸模或漆模，影响线表，甚至出现拉伸断线。为了系统研究低氧铜杆、铜线拉制过程中表面铜粉剥离的原因，通过对低氧铜杆线坯及其后续拉伸加工的整个工艺流程进行控制、分析，以减少铜杆及其线材的表面铜粉剥离，改善铜杆表面状况和提高镀层质量。

二、铜粉对铜杆质量的影响及危害

1.铜粉对拉伸过程的影响。铜粉对铜杆拉伸过程的影响主要表现在拉伸模具的润滑和铜线杆表面擦伤及拉断等方面。铜杆拉伸过程中润滑必不可少，若铜杆的铜粉含量过多将会使拉伸过程中铜杆在压缩工作区受机械应力作用剥落的铜粉堆积在拉伸模具的工作区末端和定径区入口处。铜粉堵塞模具口阻止润滑油或润滑脂进入，恶化润滑作用，破坏拉伸模具内壁与铜线杆之间由润滑剂形成的抗高压润滑薄膜，摩擦力增大，使生产所需的拉伸力急剧增大，不仅增加能耗抬高成本，而且即使采用很小的加工率，也极易出现断线，影响正常生产。此外润滑恶化严重时还会出现干摩擦，导致线杆与模具内壁出现粘连，影响铜线杆拉伸后的表面质量，过量铜粉也会划伤线表，无法拉制出高质量的铜线;粘连及铜粉还会加速模具内壁磨损，缩短模具使用寿命。此外还有部分铜粉因受模具的径向压力会被压入拉伸后的铜线表面，形成的薄弱区继续影响后续拉拔过程和产品质量。

2.铜粉对拉伸产品性能和质量影响。由于铜粉堵塞模具润滑质量降低，在工作区末端和定径区入口处对铜杆摩擦力增大，铜粉剥落恶化线表质量，而且铜粉颗粒会严重擦伤铜线杆在其表面留下毛刺、划痕、凹坑等缺陷，这对后续拉伸尤其是微细线和超细线的拉伸质量影响极大，这些微小缺陷处出现应力集中，拉拔过程中极易在这些薄弱位置断线。另外，在成产漆包线和镀层线时，毛刺和凹坑有可能导致镀层或漆层不均匀、脱落或高电压击穿等质量问题。

三、对策措施

1.改进轧制乳液工艺。Contirod连铸连轧轧制系统采用的是多站式连续轧制，辅助系统包括高压乳液系统、低压乳液系统等。高压乳液对轧件表面氧化皮起到清洗、冲刷作用，而低压乳液则对轧辊进行冷却和冲刷。因此，提高高压乳液泵、低压乳液泵的压力，使其有足够大的冲刷力将轧件、轧辊表面的氧化皮冲干净，保证轧制接触面内光滑、无异物。另外，乳液本身的特性也对轧制铜粉有显著影响。乳液中的异丙醇不仅能给热轧过程提供一个还原性气氛并与轧件表面的氧化物进行反应，而且对乳液的乳粒具有细化作用，其对润滑、冷却、清洗效果有重要的影响。实验表明，适量的异丙醇浓度能细化乳液乳粒，改善润滑；同时减少新金属基体表面二次氧化，对减少扭转铜粉剥离具有明显的效果。然而，醇类浓度太高，乳液润滑效果变差，清洗效果太强，对轧辊寿命、杆表质量不利。

2.改进无酸清洗工艺。实践表明，无酸清洗液中的有效成分是异丙醇等还原性溶液.其发生还原反应必须满足2个基本条件：充分接触和高温。无酸清洗工序采用的是多站式清洗。因此，各个清洗液喷射工作站要通畅、无堵塞、喷射角度要能很好地喷射到低氧铜杆表面，以确保氧化物与溶液有充分接触并进行化学反应。同时，该反应需要在高温条件下进行。因此，为了能尽可能保证铜杆表面被还原彻底，在满足还原反应的前提下要尽量减小清洗液的流量，以减小无酸液的冷却效果，延长其在清洗管内的反应时间另外，清洗液中的还原性物质（异丙醇等）浓度对铜杆氧化膜及后续拉丝铜粉剥离量也有重要影响。浓度越高，铜杆清洗效果越好，氧化膜厚度越低。

3.避免铜杆线的表面损伤。能够导致铜杆线表面损伤的因素有很多，根据形成阶段不同可以分为3类：低氧铜杆生产阶段的损伤、运输阶段的损伤和拉伸阶段的损伤。（1）生产阶段：首先，要求轧辊表面光滑、无坑洞。轧辊坑洞容易在轧件表面形成毛刺，毛刺再次轧入在后续拉伸中容易以铜粉形式剥离。其次，连轧过程中保证各站速度匹配、无滑差。低氧铜杆轧制采用的无滑差多站式连轧机，各轧辊轧制速度可以调节。各站速度不匹配，轧辊与轧件表面打滑，易造成轧件表面擦伤，同时打滑、擦伤产生的氧化皮又被轧入铜基体内，造成拉伸时铜粉剥离。再次，在低氧铜杆生产过程中，确保系统各导轮运转正常。导轮运转卡滞，容易造成高速运行的铜杆表面擦伤，并影响后续拉伸铜粉剥离。（2）运输阶段：首先，低氧铜杆及线包装要严实，防止在运输或生产工序间调拨、仓储等过程中长时间裸露在空气中，加重其表层氧化。其次，运输、叉运过程中防止磕碰，避免线表损伤。（3）拉伸阶段：目前铜杆线拉伸大部分是多站滑动式连续拉丝机，铜线进入到下一道模具前是缠绕在鼓轮上。因此，在拉伸过程中，要避免铜线在鼓轮上高速滑动时造成表面擦伤.这里主要有2类擦伤：一是铜线与铜线表面之间的擦伤，二是铜线与鼓轮表面的擦伤。因此，首先要保证配模工艺准确，各模具之间速度匹配合理.在连续拉丝过程中，缠绕在鼓轮上的铜线之间不会松紧不一，导致铜线间的摩擦和擦伤。其次，保证各鼓轮表面光滑、无凹痕。

4.保证铜线进出口中心线一致。在拉伸过程中，要保证每个模具进线中心线、出线中心线与模具孔中心轴线三线重合，使铜线在圆周方向上金属流动保持一致性，防止偏离中心导致铜线表面刮伤。

5.模具结构合理、光滑无划伤。保证模具结构设计或修模后各个区域分布合理。如：润滑区锥角对润滑剂进入模具有重要的影响，区域长度越长、角度越小，带入的润滑剂压力越大，在模具内模具与铜线之间的润滑和分离效果越好，对线表越有利。定径区越长，铜线表面越差。另外，要保证模具各个区域无划痕、缺口或黏铜，避免铜线表面被刮伤。

总之，铜杆氧化层剥落和机械损伤是导致低氧铜杆线在拉伸过程中铜粉剥离的主要原因。低氧铜杆轧制、清洗及铜杆线拉伸过程的各个环节对铜粉剥离均有较大影响。在整个生产过程中防止氧化物、硬度颗粒等压入铜杆线基体内和防止铜杆线表面损伤，能有效减少铜杆线铜粉剥离。

参考文献：

［1］肖利民．浅析铜杆表面铜粉的形成机理及关键控制环节．2017．

［2］陈建华，李萍，探讨低氧铜杆线铜粉剥离原因分析及其对策措施．2017.