金属杆坯的加工系统及加工方法

摘要

本发明提出了一种金属杆坯的加工系统及加工方法，加工系统，包括：加热装置、热变形处理装置和急冷装置，金属杆坯经加热装置被加热到预设温度范围。热变形处理装置位于加热装置的下游，用于对加热到预设温度范围的金属杆坯经进行热变形处理，得到再结晶杆坯。急冷装置位于热变形处理装置的下游，用于对再结晶杆坯进行冷变形处理，获得细晶杆坯。加工系统灵活性强，能够使金属杆坯高温连续扭转和减径形成细晶组织，而且，可以实现多套减径装置的串联使用，以获得不同尺寸的退火软态细晶材料，并通过拉伸等冷变形最终形成纳米纤维晶材料。材料晶粒细密，机械强度高，具有良好的导电率和物理性能，解决了极细导体材料的夹杂和缺陷等问题。

权利要求

1.一种金属杆坯的加工系统，其特征在于，包括：加热装置，金属杆坯经所述加热装置被加热到预设温度范围；

热变形处理装置，位于所述加热装置的下游，用于对加热到预设温度范围的所述金属杆坯经进行热变形处理，得到再结晶杆坯；

急冷装置，位于所述热变形处理装置的下游，用于对所述再结晶杆坯进行急冷变形处理，获得细晶杆坯，所述急冷装置对所述再结晶杆坯进行急冷变形处理为对所述再结晶杆坯进行急冷降温处理；

所述加热装置与所述热变形处理装置之间、及所述热变形处理装置与所述急冷装置之间均通过连接管道连接，所述连接管道内具有保护气体；

所述急冷装置的下游设有牵引装置，所述细晶杆坯经所述牵引装置拉拔获得纳米纤维晶杆坯后引出；

所述热变形处理装置为串联的多个，所述热变形处理包括在预设温度范围内对所述金属杆坯进行连续扭转和减径处理；

所述热变形处理装置包括：

定位机构，用于固定所述金属杆坯；

压紧模具，用于压紧并扭转所述金属杆坯；

动力装置，与所述压紧模具连接，用于为所述压紧模具提供动力；

所述急冷装置具有冷却通道，所述再结晶杆坯经所述冷却通道时，通过所述冷却通道内的冷却介质进行降温冷却。

2.根据权利要求1所述的金属杆坯的加工系统，其特征在于，所述加热装置为管状电磁感应加热装置。

3.一种金属杆坯的加工方法，所述加工方法采用如权利要求1‑2中任一项所述的金属杆坯的加工系统加工细晶杆坯，所述加工方法包括：通过加热装置将金属杆坯加热至预设温度范围；

对加热到预设温度范围的所述金属杆坯进行扭转及减径处理，得到再结晶杆坯；

对所述再结晶杆坯进行急冷降温，获得细晶杆坯；

对所述细晶杆坯进行拉拔，获得纳米纤维晶杆坯。

4.根据权利要求3所述金属杆坯加工方法，其特征在于，所述预设温度范围为：不低于

100℃。

说明书

金属杆坯的加工系统及加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及金属导体技术领域，尤其涉及一种金属杆坯的加工系统及加工方法。

背景技术

[0002] 极细导体是现代各行业中重要产品，例如高度集成的芯片、医疗以及各种电子装置等，极细导体的加工要求材料本身具有高度的纯净性以及可塑性，否则无法连续拉制成微米级导电丝线。

[0003] 按照最常用的铜及铜合金材料而言，高纯度的精密导体母材可以拉到10微米直径的单丝。为了提高材料的可塑性，除了降低杂质及缺陷含量以外，采用单晶或者细晶材料可以明显提高可塑性。单晶材料可以拉出直径几微米的单丝，但是单晶材料生产困难，产能很低，虽然具有极佳的韧性，但是强度不高，并且受热后会产生再结晶，破坏单晶结构。

[0004] 细晶材料同样具有良好的韧性，目前常用的连续细晶化方法为热连轧和挤压工艺，热连轧和挤压设备使用及维护成本较高，并且容易出现夹杂以及细微缺陷等现象，虽然对于横截面积比较大的产品细微杂质或缺陷不影响性能，但拉微细线时会导致断裂，因此对于微细线加工有必要研发新的专用技术，以消除常见缺陷并提高微细线母材的产量。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是如何提高金属杆坯的整体性能，本发明提出一种金属杆坯的加工系统及加工方法。

[0006] 根据本发明实施例的金属杆坯的加工系统，包括：

[0007] 加热装置，金属杆坯经所述加热装置被加热到预设温度范围；

[0008] 热变形处理装置，位于所述加热装置的下游，用于对加热到预设温度范围的所述金属杆坯经进行热变形处理，得到再结晶杆坯；

[0009] 急冷装置，位于所述热变形处理装置的下游，用于对所述再结晶杆坯进行冷变形处理，获得细晶杆坯。

[0010] 根据本发明实施例的金属杆坯的加工系统，解决了极细导体材料的夹杂和缺陷等问题，加工系统具有灵活性，能够使金属杆坯高温连续扭转和减径形成细晶组织，材料晶粒细密，不仅具有较高的机械强度，还保持了理想的导电率和较好的物理性能。

[0011] 根据本发明的一些实施例，所述急冷装置的下游设有牵引装置，所述细晶杆坯经所述牵引装置拉拔获得纳米纤维晶杆坯后引出。

[0012] 在本发明的一些实施例中，所述热变形处理装置为串联的多个，所述热变形处理包括在预设温度范围内对所述金属杆坯进行连续扭转和减径处理。

[0013] 根据本发明的一些实施例，所述热变形处理装置包括：

[0014] 定位机构，用于固定所述金属杆坯；

[0015] 压紧模具，用于压紧并扭转所述金属杆坯；

[0016] 动力装置，与所述压紧模具连接，用于为所述压紧模具提供动力。

[0017] 在本发明的一些实施例中，所述急冷装置具有冷却通道，所述再结晶杆坯经所述冷却通道时，通过所述冷却通道内的冷却介质进行降温冷却。

[0018] 根据本发明的一些实施例，所述加热装置为管状电磁感应加热装置。

[0019] 在本发明的一些实施例中，所述加热装置与所述热变形处理装置之间、及所述热变形处理装置与所述极冷装置之间均通过连接管道连接。

[0020] 根据本发明的一些实施例，所述连接管道内具有保护气体。

[0021] 根据本发明实施例金属杆坯的加工方法，所述加工方法采用如上述所述的金属杆坯的加工系统加工细晶杆坯，所述加工方法包括：

[0022] 通过加热装置将金属杆坯加热至预设温度范围；

[0023] 对加热到预设温度范围的所述金属杆坯进行扭转及减径处理，得到再结晶杆坯；

[0024] 对所述再结晶杆坯进行急冷降温，获得细晶杆坯；

[0025] 对所述细晶杆坯进行拉拔，获得纳米纤维晶杆坯。

[0026] 根据本发明实施例金属杆坯的加工方法，解决了极细导体材料的夹杂和缺陷等问题，灵活性强，能够使金属杆坯高温连续扭转和减径形成细晶组织，材料晶粒细密，不仅具有较高的机械强度，还保持了理想的导电率和较好的物理性能。

[0027] 根据本发明的一些实施例，所述预设温度范围为：不低于100℃。

附图说明

[0028] 图1为根据本发明实施例的金属杆坯的加工系统示意图；

[0029] 图2为根据本发明实施例的金属杆坯的加工方法流程图；

[0030] 图3为根据本发明实施例的金属杆坯的加工方法流程图。

[0031] 附图标记：

[0032] 加工系统100，

[0033] 加热装置10，

[0034] 热变形处理装置20，定位机构210，压紧模具220，动力装置230，[0035] 急冷装置30，牵引装置40，连接管道50，

[0036] 金属杆坯510，细晶杆坯520，纳米纤维晶杆坯530。

具体实施方式

[0037] 为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

[0038] 本发明中说明书中对方法流程的描述及本发明说明书附图中流程图的步骤并非必须按步骤标号严格执行，方法步骤是可以改变执行顺序的。而且，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

[0039] 如图1所示，根据本发明实施例的金属杆坯的加工系统100，包括：加热装置10、热变形处理装置20和急冷装置30。

[0040] 具体而言，金属杆坯510经加热装置10被加热到预设温度范围，热变形处理装置20位于加热装置10的下游，用于对加热到预设温度范围的金属杆坯510经进行热变形处理，得到再结晶杆坯520。

[0041] 需要说明的是，本发明中所述的“下游”为根据金属杆坯510的加工顺序流程定义的，“热变形处理装置20位于加热装置10的下游”，可以理解为，金属杆坯510先经加热装置10加热至预设温度范围，然后经热变形处理装置20进行热变形处理，得到再结晶杆坯。

[0042] 急冷装置30位于热变形处理装置20的下游，用于对再结晶杆坯进行冷变形处理，获得细晶杆坯520。也就是说，经热变形处理得到再结晶杆坯后，再经急冷装置30进行急冷降温，获得细晶杆坯520。

[0043] 根据本发明实施例的金属杆坯的加工系统100，解决了极细导体材料的夹杂和缺陷等问题，加工系统100具有灵活性，能够使金属杆坯510高温连续扭转和减径形成细晶组织，材料晶粒细密，不仅具有较高的机械强度，还保持了理想的导电率和较好的物理性能。

[0044] 根据本发明的一些实施例，如图1所示，急冷装置30的下游设有牵引装置40，细晶杆坯520经牵引装置40拉拔获得纳米纤维晶杆坯530后引出。也就是说，经急冷装置30降温冷却得到细晶杆坯520后，可以再经过牵引装置40拉拔变形获得纳米纤维晶杆坯530，并牵引引出。

[0045] 在本发明的一些实施例中，热变形处理装置20为串联的多个，由此，可以采用串联的多个热变形处理装置20连续对金属杆坯510进行热变形处理，以提高金属杆坯510的加工效率和加工的连续性。如图1所示，热变形处理装置20可以为串联设置的两个，当然，热处理装置还可以为串联设置的三个或更多个，以获得不同尺寸的退火软态细晶材料，并通过拉伸等冷变形最终形成纳米纤维晶材料。本发明的加工系统100的可串联性也是轧机系统和挤压系统所不具备的。

[0046] 需要说明的是，热变形再结晶是金属杆坯510原料通过连续的高温扭转变形以及减径变形实现的动态再结晶。热变形处理包括在预设温度范围内对金属杆坯510进行连续扭转和减径处理。需要说明的是，热变形处理装置20可以为扭转减径装置，金属杆坯510在经过热变形处理装置20时，通过热变形处理装置20对金属杆坯510进行连续扭转和减径处理。

[0047] 根据本发明的一些实施例，热变形处理装置20包括：定位机构210、压紧模具220和动力装置230。

[0048] 其中，定位机构210用于固定金属杆坯510，压紧模具220用于压紧并扭转金属杆坯510，动力装置230与压紧模具220连接，用于为压紧模具220提供动力。由此，热变形处理装置20可以牢固地固定金属杆坯510，并在预设温度范围内对金属杆坯510进行连续扭转和减径处理。

[0049] 在本发明的一些实施例中，急冷装置30具有冷却通道，再结晶杆坯经冷却通道时，通过冷却通道内的冷却介质进行降温冷却。也就是说，当再结晶杆坯经过冷却通道时，可以通过冷却通道内的冷却介质进行降温冷却，例如，冷却介质可以为冷水。

[0050] 对热变形处理后得到的再结晶杆坯进行急冷，可以形成细晶组织，细晶杆坯520的平均横截面晶粒度尺寸小于10微米。将急冷后的细晶杆坯520进行冷变形加工，可以得到表面光洁的纳米纤维晶杆坯530。

[0051] 根据本发明的一些实施例，加热装置10为管状电磁感应加热装置。需要说明的是，采用管状电磁感应加热装置10，便于金属杆坯510穿过，而且，可以提高对金属杆坯510的加热效率。

[0052] 在本发明的一些实施例中，如图1所示，加热装置10与热变形处理装置20之间、及热变形处理装置20与极冷装置之间均通过连接管道50连接。进一步地，连接管道50内具有保护气体。

[0053] 可以理解的是，通过在连接管道50内设置保护气体，可以防止在金属杆坯510的加工过程中与外界空气的接触，从而避免金属杆坯510被氧化，提高了金属杆坯510的加工质量。

[0054] 根据本发明实施例金属杆坯的加工方法，加工方法采用如上述所述的金属杆坯510的加工系统100加工细晶杆坯520，如图2所示，加工方法包括：

[0055] S110，通过加热装置将金属杆坯加热至预设温度范围；

[0056] S120，对加热到预设温度范围的金属杆坯进行扭转及减径处理，得到再结晶杆坯；

[0057] S130，对再结晶杆坯进行急冷降温，获得细晶杆坯520；

[0058] S140，对细晶杆坯520进行拉拔，获得纳米纤维晶杆坯530。

[0059] 根据本发明实施例金属杆坯的加工方法，解决了极细导体材料的夹杂和缺陷等问题，灵活性强，能够使金属杆坯510高温连续扭转和减径形成细晶组织，材料晶粒细密，不仅具有较高的机械强度，还保持了理想的导电率和较好的物理性能。

[0060] 根据本发明的一些实施例，预设温度范围为：不低于100℃。也就是说，金属杆坯510经加热装置10加热后，温度在100℃以上。

[0061] 下面参照附图以两个具体的实施例详细描述根据本发明的金属杆坯的加工系统100及加工方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性描述，而不应理解为对本发明的具体限制。

[0062] 本发明提出的金属杆坯的加工系统100及加工方法可以进行极细导体母材杆坯的制备，实现了杆坯材料连续细晶化，并通过冷加工获得微观组织为纳米纤维晶的材料。

[0063] 如图1所示，金属杆坯的加工系统100包括顺序连接的：加热装置10、热变形处理装置20和急冷装置30。

[0064] 其中，加热装置10为管状电磁感应在线预热装置、热变形处理装置20为连续扭转及减径装置，感应加热装置10通过连接管道50与扭转减径装置相连，内部通有保护气体防止杆坯氧化。

[0065] 连续扭转及减径装置包括：定位机构210、压紧模具220及动力装置230。压紧模具220通过定位机构210压紧原料杆坯并产生扭转，在扭转的同时压紧模具220下压产生减径形变。连续扭转及减径装置还可以实现多机串联工作。

[0066] 急冷装置30为直接作用在杆坯上的冷却系统，将热型变的杆坯快速冷却到室温，使杆坯形成细晶组织。

[0067] 实施例一：

[0068] 如图3所示，图3为本发明所述细晶导体杆坯制备方法的流程示意图，具体可以包括以下步骤：

[0069] 步骤A：将铜合金杆坯通过管状的感应加热装置进行在线预热，预热温度大于100摄氏度，管内通氮气防止氧化；

[0070] 步骤B：将预热后的杆坯原料连续送入扭转及减径装置，原料在高温下扭转变形以及减径变形产生动态再结晶；

[0071] 步骤C：对热变形后的杆坯进行急冷，形成细晶组织，冷却介质为冷水；

[0072] 步骤D：将急冷后的杆坯进行拉拔，总变形量大于90％，细晶组织受到压延的作用伸长，得到表面光洁的纳米纤维晶铜合金杆坯，其耐热温度比纯铜约高100摄氏度。

[0073] 实施例二：

[0074] 如图2所示，在本实施例中，扭转减径装置为两台或两台以上串联工作，具体可以包括以下步骤：

[0075] 步骤A：将铜合金杆坯通过管状的感应加热装置进行在线预热，预热温度大于100摄氏度，管内通氮气防止氧化；

[0076] 步骤B：将所述预热后的杆坯原料连续送入扭转及减径装置，原料在高温下扭转变形以及减径变形产生动态再结晶；

[0077] 步骤C：将步骤B再结晶的杆坯连续送入串联的下一个扭转及减径装置，在高温下继续产生动态再结晶；

[0078] 步骤D：对步骤C热变形再结晶后的杆坯进行急冷，形成细晶组织，冷却介质为冷水；

[0079] 步骤E：将急冷后的杆坯进行拉拔，总变形量大于90％，细晶组织受到压延的作用伸长，得到表面光洁的纳米纤维晶铜合金杆坯，其耐热温度比纯铜约高100摄氏度。

[0080] 通过本实施例可以得到晶粒度小于1微米的铜合金杆坯，在不进行任何额外中间退火的情况下通过实施例杆坯所拉拔的极细导体直径能够小于30微米。

[0081] 综上所述，本发明提出的方法解决了极细导体材料的夹杂和缺陷等问题，发明的装置具有灵活性，能够使杆坯高温连续扭转和减径形成细晶组织，并且可以实现多套减径装置的串联使用，以获得不同尺寸的退火软态细晶材料，并通过拉伸等冷变形最终形成纳米纤维晶材料。材料晶粒细密，不仅具有较高的机械强度，还保持了理想的导电率和较好的物理性能。本发明装置的可串联性也是轧机系统和挤压系统所不具备。

[0082] 通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。