蔡 瑞，劉黨偉，盧華光

（西安航天動力機(jī)械有限公司， 陜西 西安 710025）

1 引言

電解銅箔（Electrode Posited Copper）作為當(dāng)前電子工業(yè)的基礎(chǔ)材料之一，主要用于制造印刷線路板（PCB），覆銅板（CCL）、鋰離子電池、儲能蓄電池等，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于家電、通訊、計算機(jī)等工業(yè)制造領(lǐng)域。隨著3C 產(chǎn)品和新能源電動汽車等行業(yè)的高速發(fā)展，其采用的鋰電池需具備高安全性、高能量密度、快速充電等用途屬性。由此可見，新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對鋰電電解銅箔材料（鋰電銅箔）提出了較高的性能要求［1］。

在電解銅箔生產(chǎn)過程中，銅箔是銅離子在陰極輥面接收電子后還原沉積后生成的（圖1），它是陰極輥面結(jié)構(gòu)的復(fù)印或延續(xù)，陰極輥作為電解銅箔設(shè)備的重要直屬部件之一，其輥面材料的性能好壞必然會對鋰電銅箔產(chǎn)品的性能產(chǎn)生較大的影響［2］。

陰極輥屬組焊后整體加工類非標(biāo)設(shè)備，出現(xiàn)質(zhì)量問題后的拆裝維修難度較大，因而對其制造過程中各工序控制要求往往較高。在近年來的鋰電銅箔生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，陰極輥面由于制造過程失控、產(chǎn)品漏檢等原因，其輥面在生箔過程中出現(xiàn)了針孔、色差、花斑、網(wǎng)紋等質(zhì)量問題，給鋰電銅箔產(chǎn)品的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，已受到業(yè)內(nèi)技術(shù)人員的普遍關(guān)注［3］?？梢?，通過工藝路線的改進(jìn)提升，提供合格的鈦筒鍛件材料，確保陰極輥面質(zhì)量，是當(dāng)前乃至未來一段時間內(nèi)陰極輥產(chǎn)品品質(zhì)保證的主要方向之一。

2 鍛件規(guī)格及要求

鈦筒鍛件尺寸規(guī)格為Φ2763×Φ2659×706，壁厚52±0.5（壁厚直徑比0.019）?；瘜W(xué)成分、顯微組織晶粒度、超聲波探傷分別按GB/T3620.1-2007 TA1 牌 號、GB/T6394-2002 5 級、GB/T5193-2007 A1級執(zhí)行驗收。除此以外，要求鍛件材質(zhì)均勻，無冶金、鍛造缺陷。

在熱加工過程中，為提高成分均勻性、實現(xiàn)鍛件顯微組織晶粒度不小于5 級和A1 級超聲檢測等質(zhì)量目標(biāo)要求，分別從以下兩方面開展了工藝試驗。

圖1 電解銅箔生箔原理示意圖

3 坯料選用

坯料牌號為TA1 純鈦，按GB/T2524-2002 規(guī)定選用1 級小顆粒海綿鈦，經(jīng)必要的烘干、混料工序后，在3000t 壓機(jī)上完成電極壓制，經(jīng)真空等離子焊箱完成電極的拼焊。制備好的電極在8t 真空自耗爐上（圖2）完成3 次VAR 熔煉，得到TA1鑄錠。合格鑄錠經(jīng)扒皮、探傷、切冒口、鋸切分料等工序后轉(zhuǎn)鍛造工序［4］。

圖2 德國ALD 真空熔煉設(shè)備及3 次VAR 熔煉鈦錠

TA1 合格鑄錠的化學(xué)成分如表1 所示。

表1 TA1 鍛坯化學(xué)成分 wt%

4 TA1 鍛件熱加工工藝路線的確定

4.1 鍛造方法的選用

由鈦材料金屬學(xué)原理可知，為了實現(xiàn)鍛件晶粒度不低于5.0 級（散差不大于0.5 級）的技術(shù)目標(biāo)，在β 轉(zhuǎn)變點以上溫度對TA1 鑄錠中粗大β 相進(jìn)行完全的破碎變形是獲得合格鍛件的首要條件。在后續(xù)的近β 相區(qū)或α 相區(qū)鍛造過程中，除了繼續(xù)保證足夠的熱加工變形外，還需特別控制材料變形溫度、中間回爐次數(shù)、回爐溫度及保溫時間，以避免材料晶粒組織的異常長大［5-6］。為此，擬通過控制操作機(jī)換向角度的方法實現(xiàn)坯料多角度換向鍛造，消除鍛造變形死區(qū)，提高鍛件材料組織的變形均勻度。

為提高材料鍛造比，采用寬砧強(qiáng)力壓下鍛造法（WHF 法），選用4500t 油壓機(jī)、50t 鍛造操作機(jī)（圖3）、1400℃臺車式高溫電阻加熱爐、Φ5m 立式數(shù)控軋環(huán)機(jī)等設(shè)備作為主要配套硬件。

圖3 TA1 坯料熱加工過程中的換向鍛造

按照HB6623-1992《鈦合金β 轉(zhuǎn)變溫度測定方法》測定TA1 鑄錠的β 轉(zhuǎn)變溫度，以確定各鍛造工序的最佳工藝加熱溫度。

4.2 熱加工工藝路線的確定

所采用的熱加工成形工藝路線如圖4 所示。

圖4 TA1 鈦筒鍛件的熱加工工藝路線

所用的TA1 鑄錠在β 轉(zhuǎn)變溫度以上150℃完成不少于4 個墩拔的開坯工序，按工藝要求精準(zhǔn)實施鍛造換向。后續(xù)改鍛工序選擇在近β 轉(zhuǎn)變溫度及β 轉(zhuǎn)變溫度以下一定溫度區(qū)間實施［6］。坯料經(jīng)改鍛沖孔后，上馬杠進(jìn)行多道次擴(kuò)孔、拔長變形，最終完成制坯工序（圖5）。

圖5 TA1 鈦筒鍛件的制坯過程

4.3 環(huán)軋工序及鍛件成品退火

TA1 鍛件環(huán)軋過程如圖6 所示。環(huán)軋分為粗軋和精軋，坯料完成精軋環(huán)軋工序后，轉(zhuǎn)入中溫電阻退火爐內(nèi)于620～670℃下進(jìn)行再結(jié)晶退火。檢測用試樣采取本體試樣，即通過切除鍛件本體預(yù)留工藝加高環(huán)的方式獲得。經(jīng)超聲檢測，成品鈦筒鍛件材料低倍組織未見氣孔、夾雜、裂紋、疏松等材料缺陷，符合GB/T5193 A1 級驗收要求。此外，對加高環(huán)環(huán)向4 象限分別進(jìn)行顯微組織晶粒度評定，晶粒度實測結(jié)果5.5～6.5 級，晶粒度散差不大于0.5 級，滿足使用要求。

圖6 Φ2.7m 鈦筒鍛件成品的軋制過程及鍛件成品

5 結(jié)論

（1）基于鋰電銅箔材料的用途屬性，提升陰極輥結(jié)構(gòu)可靠性和陰極輥面TA1 材料的質(zhì)量穩(wěn)定性是確保銅箔廠家穩(wěn)定生產(chǎn)合格銅箔產(chǎn)品的基本要求。

（2）在TA1 鈦筒材料鍛造熱加工過程中，測定鈦材料β 轉(zhuǎn)變溫度是制定熱加工工藝的必要程序。除此之外，在增加鍛造火次的過程中，通過施加換向鍛造，減小或消除變形死區(qū)，改善材料變形均勻度，提升鍛件成品的整體品質(zhì)。

（3）WHF 寬砧強(qiáng)力壓下鍛造法可顯著提高材料鍛造比，增加火次變形量有利于晶粒進(jìn)一步破碎細(xì)化。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，在采用WHF 法進(jìn)行第1、2火次大變形量開坯改鍛工序中，受變形熱聚集升溫影響，此時坯料內(nèi)部實際溫度往往會大于工藝規(guī)定溫度，即變形竄溫或過熱現(xiàn)象，這會增加坯料部分區(qū)域晶粒組織異常長大風(fēng)險，應(yīng)引起足夠重視。在實際生產(chǎn)過程中，可通過采取降低加熱溫度、在線監(jiān)測鍛造溫度、控制墩粗壓下速度等工藝方式予以修正，確保產(chǎn)品質(zhì)量滿足要求。