申请号：201010619522.1 申请日：2010.12.31 申请人：周开勇 地址：广东省东莞市东坑镇初坑小塘工业区7号东莞市康江聚线材料科技有限公司 发明名称：一种循环式镀锡工艺及装置 摘要 本发明涉及铜线镀锡技术领域，尤其涉及一 种循环式镀锡工艺及装置;本发明所述一种循环 式镀锡工艺包括定速及张力缓冲区稳定速度和张 力、高温退火区进行高温退火、退火冷却区进行初 步冷却、进锡加热区进行预镀锡、出锡加热区进行 最终镀锡、镀锡模具刮除余锡进行定径、保护还原 气体使液态锡脱氧并保护线材不被氧化、水冷却 热镀锡线、胶皮刮除镀锡线上的水、模具刮除水及 可能的锡珠、烘干器烘干余水、冷却风斗冷却镀锡 线至室温、收卷为成品等工序。所述一种循环式镀 锡工艺在保证镀锡线的产品质量的同时，还可避 免使用造成污染的助焊剂，避免或减少使用贵重 的稀土金属，大量节约电能，减少锡渣浪费，简化 操作，减少质量隐患。 1. 一种循环式镀锡工艺，其特征在于，它包括以下步骤： 步骤1，铜线自退火炉炉管进口进入向下倾斜的退火炉炉管内，在退火炉炉管的高温退 火区进行高温退火;液态锡自储存装置泵入退火炉炉管靠近出口一端，所述储存装置液面 低于退火炉炉管出口; 步骤2，铜线进入退火炉炉管的退火冷却区进行初步冷却，但仍使铜线的温度高于泵入 退火炉炉管的液态锡的温度; 步骤3，铜线接触液态锡而进入退火炉炉管的进锡加热区进行预镀锡，进锡加热区内的 液态锡的含氧量始终处于不饱和状态，进锡加热区加热至避免产生氧气气泡，并使铜锡原 子初步结合的温度; 步骤4，铜线到达循环锡进口后即进入出锡加热区进行最终镀锡，出锡加热区内充满流 动液态锡，且液态锡在出锡加热区内被加热至含铜量和溶氧量均处于不饱和状态的温度; 步骤5，镀锡后的铜线从退火炉炉管的出口离开后，进入镀锡模具，镀锡模具对铜线表 面附着的尚未凝固的液态锡进行刮锡处理，从而形成直径达到要求的镀锡线;镀锡后的液 态锡从退火炉炉管的出口流出并收集于所述储存装置，并经由储存装置被再次泵入退火炉 炉管而实现循环流动; 在储存装置，以及退火冷却区和进锡加热区充入有保护还原气体，以减少铜线及液态 锡的氧化; 步骤6，镀锡线自镀锡模具出口离开后进行冷却干燥，并收卷为成品。 技术领域 本发明涉及铜线镀锡技术领域，尤其涉及一种循环式镀锡工艺及装置。 背景技术 镀锡线在工业中有广泛的应用，所以镀锡线生产在电线生产中占有较大比重。传 统的镀锡铜线生产工艺过程是：1)先将铜线在退火炉炉管内高温退火;2)出退火炉炉管时 过水冷却并经过水中导轮换向后向上离开水面;3)使铜线向下倾斜后用浸有助焊剂的布在 铜线上涂布助焊剂;4)然后进入锡锅，铜线在靠近锡锅底部的锡叉处由向下倾斜转为向上 倾斜;5)铜线离开锡面后，在冷却凝固前，立即经过镀锡模具刮掉多余的锡，使镀锡厚度达 到要求;6)经过一段距离的空气冷却后进入牵引轮;7)再经过涂布导轴油、刮锡珠、擦锡灰 等工序方可收卷为成品。以上工艺过程导致以下问题：1)常用的助焊剂含有腐蚀性很强的 无机酸，涂布到线材上进入锡锅时产生很多酸性烟雾，对车间环境及大气环境都带来较大 污染;2)涂有助焊剂的线材进入锡锅时，助焊剂及水都会带到液态锡中，水与液态锡反应生 成氧化锡，助焊剂与液态锡反应生成氯化锡等，造成液态锡污染及浪费;3)若有大量水被带 入液态锡，迅速气化时还会产生爆炸，将液态锡溅出锡锅，经常造成烫伤等事故;4)线材进 入液态锡后需要在锡叉处拐弯，与锡叉之间产生摩擦，加大了线材的牵引张力，使线材易被 拉断，严重地限制了镀锡线生产速度;5)线材退火后先经过冷却再进入锡锅，存在二次加热 过程，且液态锡表面大面积与空气接触散热，所以能耗较大。 针对现有工艺的以上各项缺点，已知有过一些改进的尝试，但除一些未公开的改 进方案外，公开的改进方案基本都是失败的。例如：为解决锡叉带来的阻力问题，有用导轮 代替锡叉的改进方案，但导轮在液态锡中无法保证灵活旋转，即使能旋转其阻力也很大，所 以该方案是失败的。再例如：为减少液态锡表面的氧化锡锡灰，有用锯末等物质洒在液态锡 表面的改进方案，但因效果不佳等问题也未被推广。再例如：为减少酸性气体的污染，有大 量关于中性助焊剂的研究，但到目前为止尚无真正的中性助焊剂出现。 使用含盐酸助焊剂进行镀锡线生产不但对外部环境带来不良影响，对车间环境的 影响也很大，造成车间内产品的设备的腐蚀，且增加了生产成本，还因线材需要多经历一次 冷却和加热的循环而增加了能耗。 目前也有无助焊剂的镀锡工艺，如日本有一种较好的未公开工艺，线材在保护气 保护下退火后不离开退火炉炉管进行冷却及涂布助焊剂等工序，直接将退火炉炉管插入液 态锡，线材在退火炉炉管内进入液态锡，在液态锡内经过锡叉换向，离开液面时经过模具， 完全省掉了涂布助焊剂工序及其带来的污染。国内有企业做过类似尝试。试验初期，在新 液态锡使用两天时间内镀锡线质量很好，但两天后镀锡线表面出现针孔状露铜，无法长期 保证镀锡质量。经过大量试验摸索，最终通过在液态锡中添加稀土金属，才解决针孔状露铜 的问题。但是，添加稀土金属后不久又会出现露铜，需要不断添加稀土金属，才能保持镀锡 质量，因此稀土金属带来的成本提高抵消了不用助焊剂带来的好处。日本工厂的做法未公 开，可能也是不断添加稀土金属，还可能是添加了其它更合适的物质，但其工艺流程是相同0006] 已知的无助焊剂镀锡工艺虽然解决了污染问题，但：1)线材要从有保护气保护的 退火炉管直接进入锡锅时，因操作需要必须套接一根可翻转的钛合金管，钛合金管的翻转 需要较大的操作空间导致生产头数减少，大大降低了生产效率;2)为解决针孔状露铜的问 题，不得不定期添加稀土金属等脱氧剂，导致成本过高;因此也不能得到很好地推广。 国内企业初期进行的无助焊剂镀锡生产试验虽然因不可持续的问题失败，但新液 态锡在两天内生产的镀锡线是没有露铜现象的，镀锡质量是好的，可作为研发更好镀锡工 艺的起点。在两天的生产中，液态锡没有接触除铜和空气以外的其他物质，两天后出现的露 铜现象应该与液态锡接触铜和空气发生的变化有关。 液态锡与铜接触发生的变化，根据铜-锡相图，铜的熔点大大高于锡，其合金液相 线温度总体上也呈现出含铜高者高、含锡高者低的趋势。在靠近纯锡的一侧，含铜量为1. 3% 时液相线温度最低227度，略低于纯锡的231. 9681度。含铜量高于1. 3%时，含铜量越 高液相线温度越高，含铜量达到13. 3%时液相线温度达到415度。也就是说，含铜量为1. 3% 时液相线温度出现一个拐点，该拐点意味着采用析出沉淀法提纯锡的极限是1. 3%含铜量。 国内镀锡线生产工厂经常使用析出沉淀法来对锡的含铜量进行维护，由以上分析可知其维 护的极限是使含铜量维持在1. 3%左右。不论有无助焊剂参与，良好的镀锡必定是铜和锡 发生了原子间的结合，熔点高的铜要向低于其熔点的液态锡熔解，前提也是原子间的结合。 普遍认为助焊剂的作用主要有两个：1)去除铜线表面的氧化层;2)改善铜线与液态锡之间 的浸润性，也即在第三者的作用下促进它们原子间的结合。在前述无助焊剂镀锡生产试验 中，两天内和两天后有何差异呢?退火炉的保护气气体保护和进入退火炉的线材质量都是 相同的，所以铜线表面的氧化层状况不会出现差异。可能的差异应该是铜线与液态锡之间 的浸润性发生了变化，即两者原子间的结合受到了阻碍，或失去了动力。纯液态锡的含铜量 接近于零，距饱和含铜量至少差1. 3%(取决于液态锡温度)，所以具有较强的熔解铜的动力。 随着镀锡生产时间的加长，液态锡的含铜量将逐步增加，如果其温度保持不变，含铜量将接 近饱和，其熔解铜的动力将逐步减小。所以含铜量趋于饱和是两天后液态锡所发生的变化 之一，也许还有其它阻碍铜锡结合的因数造成了针孔状露铜，但其对铜锡结合的动力肯定 有影响，所以对镀锡效果有影响。 液态锡与空气接触发生的变化，最明显的是会产生氧化锡浮在液态锡表面。除此 之外，与所有其它液态金属一样，液态锡中还会溶解各种气体，包括空气中的氧气和氮气 等。气体在液态锡中的溶解度随着液态锡的温度变化而变化，温度越高溶解度越高，温度 越低溶解度越低。气体溶解到液态锡的速度与接触面积的大小、界面有无搅动以及气体压 力有关，在接触面积不大且无特别搅动时速度较慢，新液态锡到出现露铜的两天时间可能 就是空气较充分地溶解到液态锡所需要的时间。溶解到液态锡中的气体在液态锡温度下降 时将会析出并形成小气泡，小气泡在浮力作用下会向上移动并离开液态锡，液态锡凝固时 还没有离开的气泡将在固态锡中形成气孔。假定液态锡与空气接触两天后溶解了接近于 饱和的氧气和氮气等气体，这种液态锡进入了插入液态锡的退火炉炉管内，退火炉炉管内 的液态锡液面与锡锅液面持平，液面以下位于退火炉炉管内的液态锡与锡锅内液态锡相对 隔离。管内液态锡与锅内液态锡的外部条件有两点不同：1)管内液态锡表面接触的是保护 气和氮气，压力略高于大气压力，锅内液态锡表面接触的是空气，压力等于大气压力;2)管内液态锡的温度受到进入液态锡的铜线温度的影响，可能高于或低于锅内液态锡。管内液 态锡含氧在液面没有氧气的情况下可能要析出，但在气体压力略大的情况下主要是表面析 出，在液态锡内部形核产生气泡的可能性不大。但是，若进入液态锡的铜线温度低于液态锡 温度，国内企业试验时很可能有此问题，使管内液态锡温度降低并低于锅内液态锡温度，那 么在锅内液态锡温度下达到饱和的溶解氧将析出并形成氧气气泡。若氧气气泡接触到铜线 表面，将在铜线表面形成氧化斑点，导致局部镀不上锡，表现为针孔状露铜。已经或快要出 现此问题时，若往液态锡中添加稀土金属，稀土金属具备很强的脱氧功能，可大大降低液态 锡中的溶解氧含量，所以能消除针孔状露铜。 发明内容 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种循环式镀锡工艺，该工艺在保 证镀锡线的产品质量的同时，还可避免使用造成污染的助焊剂，避免或减少使用贵重的稀 土金属，大量节约电能，减少锡渣浪费，简化操作，减少质量隐患。 本发明的另一目的在于针对现有技术的不足，提供一种循环式镀锡装置，该装置 在保证镀锡线的产品质量的同时，还可避免使用造成污染的助焊剂，避免或减少使用贵重 的稀土金属，大量节约电能，减少锡渣浪费，简化操作，减少质量隐患。 附图说明 图1为本发明所述一种循环式镀锡装置的结构示意图。 图2为本发明所述一种循环式镀锡装置的定速及缓冲装置的结构示意图。 图3为本发明所述一种循环式镀锡装置的锡分配器的结构示意图，本图示出锡分 配器处于关闭状态。
图4为本发明所述一种循环式镀锡装置的锡分配器处于开启状态的结构示意图。 图5为本发明所述一种循环式镀锡装置的锡循环泵的结构示意图。
图6为本发明所述一循环式镀锡装置的回锡槽及镀锡模的结构示意图。 图7为本发明所述一种循环式镀锡装置的锡循环示意图。 图8为本发明所述一种循环式镀锡装置的保护气体循环示意图。 |
