Im Bereich der Leistungsschaltanlagen und der Herstellung von Hochspannungs-Elektrogeräten ist Kupfer mit seiner hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Verarbeitungsleistung zum Kernmaterial für die Herstellung von Leistungsschalterkontakten, Steckverbindern und leitfähigen Komponenten geworden. Durch Kaltfließpressen als hocheffiziente und präzise Metallumformungstechnologie können Kupferstempel mit komplexen Formen und hoher Maßgenauigkeit hergestellt werden, während die Integrität der Faserlinien des Materials erhalten bleibt. Die Qualität des Kaltfließpressens von Kupfer hängt jedoch maßgeblich vom Grad der Vorbehandlung ab. Durch eine wissenschaftliche und systematische Vorbehandlung können nicht nur Oberflächenverunreinigungen und Oxidschichten entfernt, sondern auch der Oberflächenzustand des Materials verbessert und die Schmierbedingungen optimiert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass das kaltgepresste Kupferstanzteil die strengen Anforderungen von Energieanwendungen an hohe Leitfähigkeit, starke Verschleißfestigkeit und Lichtbogenbeständigkeit erfüllt.
Kernziele der Vorbehandlung
Der grundlegende Zweck der Vorbehandlung beim Kaltfließpressen von Kupferstanzteilen besteht darin, „drei Reinigungen und eine Optimierung“ zu erreichen:
Ölflecken entfernen: Entfernen von Fettrückständen, Fingerabdrücken und Rostschutzmitteln aus der Verarbeitung.
Entfernen von Oxidschichten: Abziehen natürlich gebildeter oder bei hohen Temperaturen gebildeter Cu₂O/CuO-Filme.
Entfernen partikulärer Verunreinigungen: Beseitigung von Stempelrückständen, Staub und anderen eingebetteten Substanzen.
Optimierung des Oberflächenzustands: Bereitstellung eines Substrats mit hoher -Haftung für den nachfolgenden Schmierfilm, wodurch kontinuierliche Kornflusslinien und kein Reißen während der Kaltfließpressung gewährleistet werden.
Detaillierte Erläuterung des vierstufigen Präzisionsvorbehandlungsprozesses
1. Gezielte Entfettung und Reinigung: Unter Verwendung einer 60–70 Grad warmen alkalischen Entfettungslösung, die Komplexbildner und Korrosionsinhibitoren enthält, emulgiert dieser Prozess effektiv Fett und schützt gleichzeitig das Substrat des Stanzkupferblechs vor Korrosion. In Kombination mit einer 40-kHz-Ultraschallvibration werden tiefe Poren, Krümmungen und Partikelverunreinigungen, die größer als 5 μm sind, effektiv entfernt. Nach der Reinigung wird es einer mehrstufigen Spülung mit reinem Wasser unterzogen und auf seinen Oberflächenwiderstand (kleiner oder gleich 0,5 mΩ, siehe ASTM B201) getestet, um sicherzustellen, dass keine Ionenrückstände zurückbleiben.
2. Entfernung der Gradientenoxidschicht: Herkömmliche Reinigung mit starken Säuren kann leicht zu Korngrenzenkorrosion und sogar Wasserstoffversprödung führen. Das moderne Verfahren verwendet ein Mikroätzsystem aus 10 % verdünnter Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid, das bei Raumtemperatur 90–120 Sekunden lang präzise reagiert, um den Oxidfilm gleichmäßig zu entfernen, ohne das Custom Copper Stamping-Substrat zu beschädigen. Die entscheidende Innovation liegt in der Zugabe eines Korngrenzen-Korrosionsinhibitors, der die interkristalline Korrosion wirksam hemmt und Mikrorisse vermeidet, die durch Spannungskonzentration beim Kaltfließpressen entstehen. Nach der Behandlung bildet sich auf der Oberfläche eine Aktivierungsschicht von 0,5–1,5 μm mit mäßiger Rauheit, die die Haftung nachfolgender Phosphatierungsfilme deutlich verbessert.
3. Energieindustrie-Spezifische Phosphatierungsbehandlung: Unlike ordinary rust-preventive phosphating, power industry phosphating needs to balance lubricity and conductivity. A medium-temperature (45–55℃) zinc-calcium phosphating solution for Metal Stamping Parts Electric Copper is used to generate a porous phosphate film 5–8 μm thick, with a film weight controlled at 3–5 g/m². By adjusting the formula, the film porosity is maintained at 30%–40%, which can store lubricant without excessively blocking current. Metallographic analysis shows that a high-quality phosphating film is mainly composed of plate-like crystals (accounting for >80 %), wodurch beim Kaltfließpressen kontinuierlich Schmierkomponenten freigesetzt werden können, wodurch Reibungswärme und Metallhaftung beim Kupferblechstanzen verringert werden.
4. Sofortige Verbesserung der Verbundschmierung: Nach der Phosphatierung wird eine Verseifungsversiegelungsbehandlung für elektrische Stanzteile aus Kupfer durchgeführt, bei der Natriumstearatlösung in die Mikroporen eindringt und eine metallische Seifenschicht bildet. Anschließend wird eine Nano--Graphitdispersion aufgetragen, um einen festen Schmierfilm von 0,2–0,5 μm zu bilden, wodurch der Reibungskoeffizient beim Kaltfließpressen auf unter 0,08 sinkt. Abschließend wird es mit Heißluft in einer Umgebung von 60 Grad und einer Luftfeuchtigkeit von höchstens 15 % getrocknet, um zu verhindern, dass Feuchtigkeitsrückstände eine nachfolgende Oxidation verursachen.
Da die Anforderungen an die Zuverlässigkeit von Energieanlagen immer weiter steigen, wird auch der Vorbehandlungsprozess für das Kaltfließpressen mit Kupferstreifenprägung kontinuierlich optimiert. Im Hinblick auf die Verhinderung von Stromausfällen reduziert die Optimierung des Porenleitfähigkeitsmodells des Phosphatfilms die Entstehung von Mikrofunken an elektrischen Kontakten. Die Korngrenzen-Passivierungstechnologie unterdrückt das Risiko von Spannungsrisskorrosion in Kupfer-Stanzbauteilen beim Kaltfließpressen. Diese Verbesserungen verbessern direkt die langfristige Betriebsstabilität von Leistungskontakten.
Im Hinblick auf eine umweltfreundliche Fertigung ermöglicht der Einsatz eines Systems zur Regenerierung von Abfallflüssigkeiten eine Rückgewinnungsrate von Kupferionen von über 90 % und erfüllt damit die Anforderungen von RoHS und anderen Umweltstandards. Gleichzeitig reduziert die längere Badlebensdauer die Entstehung von Abfallflüssigkeiten, was den Vorbehandlungsprozess umweltfreundlicher macht und gleichzeitig die Qualität gewährleistet.
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