Page 90 - 机械工程材料2024年第十一期

2024 年 11 月 第 48 卷 第 11 期 Vol. 48 No. 11 Nov. 2024

DOI：10. 11973/jxgccl240272

冷轧和退火对压延铜箔残余应力和力学性能的影响

张健宇，吴 婷，李荣平，柴胜利，刘 伟
（山西北铜新材料科技有限公司，运城 044000）

摘 要： 对150 μm厚铜箔母材进行4道次可逆冷轧，轧制至35 μm厚，再在180 ℃下进行1 h退火
处理，研究了冷轧和退火对压延铜箔显微组织、表面残余应力以及力学性能的影响。结果表明：经
过冷轧处理后，铜箔的晶粒明显细化，平均晶粒尺寸减小至5.7 μm，织构由退火织构转变为形变织构；
经退火处理后，平均晶粒尺寸增大至9.4 μm，织构恢复为退火织构。冷轧后铜箔的表面残余应力急
剧增加至543.02 MPa，硬度增加，平均耐弯折疲劳寿命延长，平行于轧制方向（RD）的抗拉强度提高，
而断后伸长率和TD面（TD为轧板横向)的表面粗糙度下降。经退火处理后，铜箔的表面残余应力
恢复至237.47 MPa，硬度降低，TD面的表面粗糙度稍微增加，抗拉强度降低和断后伸长率有所提高，
平均耐弯折疲劳寿命进一步延长。
关键词： 压延铜箔；织构；残余应力；轧制；退火
中图分类号：TG166.2 文献标志码：A 文章编号：1000-3738（2024）11-0082-07

0 引 言 的制备及应用提供试验参考。

压延铜箔作为关键信号传输介质，在电子工业、 1 试样制备与试验方法
柔性印刷电路板、锂离子电池、人工智能和航空航
铜箔母材由山西北铜新材料科技有限公司
天等领域得到了广泛的应用 ［1-5］ 。合格的压延铜箔
提供，厚度为 150 μm，化学成分（质量分数/%）为
厚度应不大于100 μm， 并且表面光滑，无气孔、皱褶
0.012 73O，0.001 01Ag，0.000 53Fe，0.000 62S，
或划痕等缺陷。压延铜箔常采用轧制工艺制备，在
0.001 09P，余Cu。将铜箔母材在X-MILL型六辊可
轧制过程中会不可避免地产生残余应力。残余应力
逆精轧机上进行4道次冷轧， 得到35 μm厚压延铜箔，
的存在会对压延铜箔的延展性、疲劳强度以及疲劳 −1
轧制压力为40~60 t，轧制速度为650 m · min ，箔
寿命产生影响，导致后续加工时出现翘曲、变形或者
卷开合卷张力为20~30 kN。将轧制后的压延铜箔
［6］
开裂等问题，影响其质量和使用性能 。轧制后的
用有机溶剂（C 10 H 22 ）清洗，去除表面附着的油脂、污
铜箔需要进行退火处理，以消除应力 ［7-11］ 。已有研 垢和其他杂质后，置于温度为180 ℃的钟罩式光亮退
究 ［12-14］ 表明：对纯铜进行足够高的预变形（96%的
火炉中，保温1 h退火， 炉冷。
应变）并在低退火温度下保持合适的退火时间，可
在铜箔母材、轧制态压延铜箔、退火态压延铜
以使其拉伸性能和电学性能之间实现良好的平衡；
箔上取样，经镶嵌、预磨和抛光后，使用5 g FeCl 3 +
12 μm厚压延铜箔在经过180 ℃保温60 min的热处
10 mL HCl+100 mL H 2 O的混合溶液腐蚀20~30 s，
理后，断后伸长率和导电率同时达到最大。
以使晶界显现，采用JSM-IT510型扫描电子显微镜
35 μm厚压延铜箔具有较低的生产成本和较高
（SEM）观察ND面（ND为轧制面的法向）微观形貌，
的成品率，在成本敏感的电子领域中具有明显的竞
采用Image Pro Plus 6.0软件统计不同晶粒的数量和
争优势，但有关35 μm厚压延铜箔研究的文献报道
尺寸。采用SmartLab型X射线衍射分析仪 （XRD）、
较少。作者将150 μm厚铜箔冷轧至35 μm厚并进行
2
sin ψ法进行表面残余应力检测，采用铜靶，工作电压
退火处理，研究了轧制和退火过程中显微组织、残余
为40 kV，工作电流为35 mA，扫描范围为0°~100°，
应力以及力学性能的变化，拟为35 μm厚压延铜箔
扫描速率为 4 （°）· min − 1 ，波长为 0.154 nm。采用
HMAS-D1000SMZ型数显维氏硬度计进行硬度测
收稿日期：2024-06-04；修订日期：2024-09-26
试，载荷0.25 N，保载时间10 s，在试样中心测7个点，
作者简介：张健宇（1996—），男，山西太原人，助理工程师，学士
通信作者：刘伟工程师 去除偏差较大的2组数据后取平均值。在铜箔上取
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