一种低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺

本发明属于钛基阴极辊，具体涉及一种低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺。

背景技术：

1、电解铜箔作为电子元件的重要“联接枢纽”，是制造5g通信高频高速印制线路板和高能量密度锂离子电池的关键材料。钛阴极辊作为电解铜箔成套设备的核心及关键部件，其质量决定着铜箔的档次和品质，被称为电解铜箔生产的心脏。阴极辊主要有旋压和焊接两种制造工艺，旋压工艺制造的钛阴极辊具有表面晶粒度均匀，生产的铜箔无亮带、色差等缺陷，容易加工等优点。但是钛筒环坯在旋压前要经过海绵钛的真空熔炼、分锭、锻造、冲孔、扩孔、轧环、车环、旋压等工艺步骤，其工艺复杂且成本高昂。相对而言，焊接工艺价格低廉且制备步骤简单，能够在一定程度上降低制备成本和优化制备工艺。但焊接阴极辊表面存在一条纵向焊缝，如果焊接及后期处理过程控制不好，将导致铜箔相应位置出现光斑或亮带，这会严重影响和制约铜箔的高品质和高效率生产。因此，开发表面晶粒度等级较高、微观组织均匀、晶粒尺寸一致的焊接阴极辊筒是关键问题。

2、目前传统的阴极辊焊接制备工艺采用熔化焊接工艺，其热输入高，焊缝区域较宽，焊接过程中易引入杂质从而对生箔产生影响，并且由于焊缝组织与母材组织存在较大差异，需要通过锻造、轧制、热处理等工艺进一步改善组织，但仍无法实现焊缝与母材组织完全一致。

3、搅拌摩擦焊接技术焊接热输入低，残余应力小，焊接效率高，有利于焊接大尺寸阴极辊。并且搅拌摩擦焊接工艺可以避免传统熔化焊所引入的杂质对生箔产生影响，提升了阴极辊钛筒加工成型的效率和精度。但由于焊接过后焊缝组织与母材组织存在较大差异，导致阴极辊在生箔时产生色差、光亮带等问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术不足与缺陷，本发明的目的在于提供一种低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺，以解决阴极辊焊缝与母材晶粒尺寸差异在生箔时产生色差、光亮带等问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺，包括如下过程：

4、焊接过程：将钛材进行搅拌摩擦焊接，得到焊接钛材；

5、第一次热处理过程：将所述焊接钛材置于905~915℃保温3~5min，然后冷却至室温；

6、重复所述第一次热处理过程3~4次，得到第一热处理钛材；

7、第二次热处理过程：将所述第一热处理钛材置于595~605℃保温8~10min，然后冷却至室温。

8、优选的，第一次热处理过程中，冷却方式为空冷。

9、优选的，所述第一次热处理过程在保护气氛中进行。

10、优选的，第二次热处理过程中，冷却方式为空冷。

11、优选的，第二次热处理过程在保护气氛中进行。

12、优选的，将钛材进行搅拌摩擦焊接时，搅拌头材质为w-re合金，搅拌头转速为80~200r/min，前进速度为80~150mm/min。

13、优选的，钛材的搅拌摩擦焊接过程在保护气氛中进行。

14、优选的，以质量百分数计，所述钛材杂质元素组分及含量如下：

15、fe≤0.05%、c≤0.03%、n≤0.03%、o≤0.06%、h≤0.002%。

16、本发明还提供了一种阴极辊，所述阴极辊的制备工艺包括本发明如上所述的低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺。

17、优选的，搅拌摩擦焊接钛材的母材、热影响区以及搅拌区为均匀等轴晶。

18、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

19、本发明一种低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺的本质在于通过循环热处理工艺使α相发生α→β→α相转变，期间控制保温时间和冷却速度使相转变不完全，使组织晶界增多，形核点增加，解决母材由于没有再结晶驱动力在热处理过程中只发生晶粒长大的问题，通过多次循环达到焊缝组织与母材均匀细化的目的。经本发明处理后，钛材各处的平均晶粒尺寸基本一致。因此本发明的方法有效解决了阴极辊焊缝与母材晶粒尺寸差异在生箔时产生色差、光亮带等问题。

技术特征：

1.一种低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺，其特征在于，包括如下过程：

2.根据权利要求1所述的一种低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺，其特征在于，第一次热处理过程中，冷却方式为空冷。

3.根据权利要求1所述的一种低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺，其特征在于，所述第一次热处理过程在保护气氛中进行。

4.根据权利要求1所述的一种低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺，其特征在于，第二次热处理过程中，冷却方式为空冷。

5.根据权利要求1所述的一种低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺，其特征在于，第二次热处理过程在保护气氛中进行。

6.根据权利要求1所述的一种低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺，其特征在于，将钛材进行搅拌摩擦焊接时，搅拌头材质为w-re合金，搅拌头转速为80~200r/min，前进速度为80~150mm/min。

7.根据权利要求1所述的一种低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺，其特征在于，钛材的搅拌摩擦焊接过程在保护气氛中进行。

8.根据权利要求1所述的一种低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺，其特征在于，以质量百分数计，所述钛材杂质元素组分及含量如下：

9.一种阴极辊，其特征在于，所述阴极辊的制备工艺包括权利要求1-8任意一项所述的低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺。

10.根据权利要求9所述的一种阴极辊，其特征在于，搅拌摩擦焊接后钛材的母材、热影响区以及搅拌区为均匀等轴晶。

技术总结
本发明属于钛基阴极辊技术领域，公开了一种低成本制备高均匀化钛阴极辊的工艺，包括：焊接过程：将钛材进行搅拌摩擦焊接，得到焊接钛材；第一次热处理过程：将焊接钛材置于905~915℃保温3~5min，然后冷却至室温；重复第一次热处理过程3~4次，得到第一热处理钛材；第二次热处理过程：将第一热处理钛材置于595~605℃保温8~10min，然后冷却至室温，得到均匀的阴极辊用钛材。本发明通过对焊接后的工业纯钛进行“循环热处理‑退火”复合热处理，可以均匀化晶粒尺寸，从而获得满足阴极辊质量和性能要求的钛材。

技术研发人员：王快社,李梓溢,强凤鸣,王文,乔柯,高原,陈善勇,张予源,周凯,刘一霖
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/20