本發(fā)明涉及資源綜合利用技術(shù)和高性能銅合金的制備方法，特別涉及一種利用硅片切割砂漿制備高性能銅合金的方法。
背景技術(shù)：
：硅片切割是太陽能電池制造的關(guān)鍵步驟之一，為保證硅片的質(zhì)量和效率，目前國內(nèi)外普遍采用多線切割技術(shù)，其工作原理是采用硬度高、粒徑分布窄的碳化硅微粉作為磨料，按照一定比例加入到以聚乙二醇(PEG)為主要原料組成水溶性切割液中，用金屬絲帶動切割液對硅棒進行切割。隨著切割過程的進行，機械力的作用會導(dǎo)致碳化硅六方晶體外形鈍化，失去切割功能；另外，切割過程中產(chǎn)生的切割熱以及掉入切割液中的硅粉和金屬屑，也會導(dǎo)致切割液本身變質(zhì)，不能滿足切割要求而成為廢料。因此，為了保持切削能力，每次切割后都更換大量砂漿，而一次切割后砂漿中大部分的碳化硅都未得到充分利用，導(dǎo)致原材料的大量浪費。硅片切割廢砂漿的主要成分包含聚乙二醇、碳化硅、硅和鐵?；诖?，科研人員提出了許多回收廢砂漿的方法。黃美玲等以脂肪酸為捕收劑，采用泡沫分離法在捕收劑濃度為0.315mol/L、起泡劑濃度為0.18mol/L、溫度為70℃、pH值為4.5工藝條件下，得到硅純度大于96%的硅-碳化硅粉體。楊榮華等也分別采用酸溶和堿溶的方法除硅，使碳化硅粉體中硅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)降到0.5%以下。專利CN102031193A公開了一種從硅片切割廢砂漿中回收碳化硅和聚乙二醇切削液的方法，砂漿經(jīng)常溫下攪拌后，進行固液分離，底流進入帶式過濾機，獲得碳化硅；頂流加入脫色劑和助濾劑，進入壓濾機，分離出的液體經(jīng)過袋式過濾器后，進入離子交換系統(tǒng)，再經(jīng)蒸發(fā)裝置脫去水分，即得到聚乙二醇。專利CN103320210A公開了一種用于硅片切割的廢砂漿分離回收工藝，它把廢砂漿稀釋和粗過濾得到濾液和固體濾渣；（1）濾液經(jīng)過活性炭進行脫色；精過濾，除去濾液中的微小顆粒；除去濾液中的自由電子；蒸發(fā)除去濾液中的水分，得到再生硅片切割液；（2）取出固體濾渣，加入純凈水后送入第二板框壓濾機進行過濾；取出固體濾渣，經(jīng)過分離壓榨后，得到碳化硅和單晶硅的固體混合物。綜合現(xiàn)有技術(shù)來看，目前大規(guī)模工業(yè)回收硅片切割廢砂漿中高純硅的技術(shù)還不成熟，廢切割砂漿雖然在一定程度上實現(xiàn)了PEG、硅和碳化硅的分離，但分離獲得的硅與碳化硅仍相互夾帶，無法實現(xiàn)高效分離。在金屬材料加工過程中，加入少量的添加劑能使得金屬材料的性能大大提升。專利CN105349827A公開了一種碳化硅增強無鉛錫銅合金棒及其制備方法，該專利將傳統(tǒng)的鉛元素替換為碳化硅，利用碳化硅硬度高，耐磨性好和良好的自潤滑，高熱導(dǎo)率，低膨脹系數(shù)及高溫強度大等特點，通過連續(xù)鑄造毛坯錠，用擠壓機擠壓而產(chǎn)生出完全能夠取代含有鉛元素的錫青銅合金棒，增強了無鉛錫銅合金棒的機械性能。但碳化硅制品價格昂貴，而廢切割砂漿中的碳化硅是一種理想的添加劑。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種利用硅片切割廢砂漿制備高性能銅合金的方法，通過將廢切割砂漿中的硅與碳化硅作為銅合金添加劑，在實現(xiàn)廢切割砂漿的高效回用的同時提升銅合金的強度和導(dǎo)電性。本發(fā)明人通過對銅合金合成工藝進行多次研究，發(fā)現(xiàn)在Cu-Ni-Si合金加工過程中，Co和Cr添加劑能加強銅合金時效強化的作用，提升銅合金的強度和導(dǎo)電性，同時碳化硅添加劑能達到復(fù)合強化的作用，使銅合金的強度得到進一步提升。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種硅片切割砂漿制備高性能銅合金的方法先對硅片切割砂漿進行預(yù)處理得到硅與碳化硅的混合物作為銅合金添加劑，在提高銅合金的強度和導(dǎo)電性的同時實現(xiàn)切割廢砂漿的高效回收利用，具體操作步驟如下：（1）將廢硅片切割砂漿在溫水中攪拌，隨后進行固液分離，獲得固體粉末和PEG水溶液；（2）PEG水溶液采用精餾的方法回收PEG；（3）向固體粉末中添加酸進行酸洗除鐵，經(jīng)過濾后獲得硅與碳化硅混合物的精制粉末；（4）獲得的精制粉末作為添加劑與金屬原料按照質(zhì)量百分比為精制粉末0.1%~1%、Ni0.5%~3.5%、Si0.3%~1%、Co0.3%~1.2%、Cr0.01%~0.3%、其余為銅的比例進行配料，再投料和熔煉；（5）澆鑄；（6）銑面；（7）熱軋；（8）退火；（9）冷軋；（10）一次時效處理；（11）冷軋；（12）二次時效處理；（13）酸洗；（14）成品退火，獲得高性能銅合金產(chǎn)品。所述步驟（1）中廢硅片切割砂漿的成分為聚乙二醇10%~70%、碳化硅微粉15%~80%、硅粉10%~70%、鐵及不銹鋼粉雜質(zhì)1%～30%；所述溫水?dāng)嚢璧囊汗藤|(zhì)量比為（3~20）:1，溫度為25~80℃，攪拌時間5～30min。所述步驟（3）中的酸為鹽酸、硝酸和硫酸中的任意一種；酸洗液固質(zhì)量比為（2~10）:1，酸洗時間0.5~5h。所述步驟（4）中的投料順序為：先加入Cu和Ni，采用質(zhì)量比為硼砂：玻璃粉=2.2:1的混合物進行覆蓋，熔化后再加入Co和Cr，熔煉完成后加入Si，熔煉溫度為1050℃~1400℃。所述步驟（5）中澆鑄溫度為1000℃~1200℃。所述步驟（7）中熱軋溫度為750℃~980℃。所述步驟（8）中退火溫度為900℃~1000℃，時間為0.5~8h。所述步驟（10）中一次時效處理溫度為350℃~600℃，時間為1~15h。所述步驟（12）中二次時效處理溫度為300℃~500℃，時間為1~15h。本發(fā)明一種硅片切割廢砂漿制備高性能銅合金的方法實現(xiàn)了切割廢砂漿的高效回用，且能實現(xiàn)銅合金的復(fù)合強化，有效提高了銅合金的強度與導(dǎo)電性，具有以下有益效果：（1）本發(fā)明實現(xiàn)了切割廢砂漿的高效回收利用，勿需對硅與碳化硅做深度分離處理。（2）本發(fā)明在Cu-Ni-Si合金中添加了廢砂漿、Co和Cr元素后，銅合金性能明顯提升。（3）本發(fā)明的新型高強度高導(dǎo)電銅合金抗拉強度σb可達到660~1050Mpa，塑性延伸率δ為5%~10%，電導(dǎo)率為36%~54%ICAS，具有很好的綜合性能。具體實施方式以下結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明一種硅片切割廢砂漿制備高性能銅合金的方法作進一步詳細說明。本發(fā)明一種硅片切割廢砂漿制備高性能銅合金的方法，先將廢砂漿用溫水?dāng)嚢?，隨后固液分離，所得的固體粉末經(jīng)過酸洗過濾后得到精制粉末。將精制粉末、銅、鎳、硅、鉻和鈷按照質(zhì)量百分比為精制粉末0.1%~1%、Ni0.5%~3.5%、Si0.3%~1%、Co0.3%~1.2%、Cr0.01%~0.3%、其余為銅的比例稱取原料，再將原料按照一定的次序投料熔煉，隨后依次進行澆鑄、銑面、熱軋、退火、冷軋、一次時效處理、冷軋、二次時效處理、酸洗、成品退火工序。各操作步驟的工藝參數(shù)如下：廢切割砂漿組成：聚乙二醇10%~70%、碳化硅微粉15%~80%、硅粉10%~70%、鐵及不銹鋼粉雜質(zhì)1%～30%；溫水?dāng)嚢钘l件：液固比為（3~20）:1，溫度為25℃~80℃，攪拌時間5～30min；稀酸的種類：鹽酸、硝酸和硫酸中的任意一種水溶液；酸洗方式：液固比為（2~10）:1，酸洗時間0.5~5h；投料與熔煉：先加入Cu和Ni，采用質(zhì)量比為硼砂：玻璃粉=2.2:1的混合物進行覆蓋，熔化后再加入Co和Cr，熔煉完成后加入Si和精制粉末，熔煉溫度為1050℃~1400℃；澆鑄：澆鑄溫度為1000℃~1200℃；熱軋：溫度為750℃~980℃，時間為0.5~8h；退火：溫度為900℃~1000℃，時間為0.5~8h；一次時效處理：溫度為350℃~600℃，時間為1~15h；二次時效處理：溫度為300℃~500℃，時間為1~15h；實施例1（1）將硅片廢砂漿與水按照液固質(zhì)量比10:1配好，在40℃的條件下攪拌10min；（2）用真空抽濾機進行固液分離，獲得含PEG液體和固體粉末，獲得的液體送去蒸餾回收PEG；（3）向獲得的固體粉末中加入質(zhì)量比濃度為10%的稀鹽酸，液固質(zhì)量比為5，攪拌1h后，用真空抽濾機進行固液分離，獲得精制粉末；（4）將精制粉末與其它合金原料按照質(zhì)量百分比為精制粉末0.2%、Ni1.9%、Si0.35%、Co0.4%、Cr0.02%、其余為銅配料；（5）往坩堝中加入電解銅和電解鎳，采用質(zhì)量比為硼砂：玻璃粉=2.2:1的混合物進行覆蓋，熔化后再加入Co、Cr，熔煉完成后加入Si和精制粉末，熔煉溫度為1050℃~1400℃；（6）出爐、拔渣、鐵模澆鑄，澆鑄溫度控制在1100℃，得到合金鑄坯；（7）將獲得的合金鑄坯進行銑面（上下表面各銑0.9mm）；隨后進行熱軋，熱軋溫度890℃，熱軋時間6h，熱軋形變量ε=70%；（8）將上述的熱軋坯放入退火爐中進行退火固溶，退火溫度950℃，退火時間3h，之后取出水冷；（9）先將水冷鑄坯進行一次冷軋，冷軋形變量ε=70%；隨后進行一次時效處理，時效溫度605℃，時效時間5h；再進行二次冷軋，冷軋形變量ε=50%；其后進行二次時效，時效溫度350℃，時效時間5h；（10）將二次時效處理后的帶材進行酸洗和成品退火，獲得產(chǎn)品。實施例2（1）將硅片廢砂漿與水按照液固質(zhì)量比8:1配好，在50℃的條件下攪拌10min；（2）用真空抽濾機進行固液分離，獲得含PEG液體和固體粉末，獲得的液體送去蒸餾回收PEG；（3）向獲得的固體粉末中加入質(zhì)量比濃度為10%的稀硫酸，液固質(zhì)量比為7，攪拌0.5h后，用真空抽濾機進行固液分離，獲得精制粉末；（4）將精制粉末與其它合金原料按照質(zhì)量百分比為精制粉末0.3%、Ni2.4%、Si0.3%、Co0.6%、Cr0.02%、其余為銅進行配料；（5）往坩堝中加入電解銅和電解鎳，采用質(zhì)量比為硼砂：玻璃粉=2.2:1的混合物進行覆蓋，熔化后再加入Co、Cr，熔煉完成后加入Si和精制粉末，熔煉溫度為1050℃~1400℃；（6）出爐、拔渣、鐵模澆鑄，澆鑄溫度控制在1100℃，得到合金鑄坯；（7）將獲得的合金鑄坯進行銑面（上下表面各銑0.9mm）；隨后進行熱軋，熱軋溫度890℃，熱軋時間6h，熱軋形變量ε=70%；（8）將上述的熱軋坯放入退火爐中進行退火固溶，退火溫度950℃，退火時間3h，之后取出水冷；（9）先將水冷鑄坯進行一次冷軋，冷軋形變量ε=70%；隨后進行一次時效處理，時效溫度605℃，時效時間5h；再進行二次冷軋，冷軋形變量ε=50%；其后進行二次時效，時效溫度350℃，時效時間5h；（10）將二次時效處理后的帶材進行酸洗和成品退火，獲得產(chǎn)品。實施例3（1）將硅片廢砂漿與水按照液固質(zhì)量比12:1配好，在45℃的條件下攪拌15min；（2）用真空抽濾機進行固液分離，獲得含PEG液體和固體粉末，獲得的液體送去蒸餾回收PEG；（3）向獲得的固體粉末中加入質(zhì)量比濃度為8%的稀硝酸，液固質(zhì)量比為10，攪拌1h后，用真空抽濾機進行固液分離，獲得精制粉末；（4）將精制粉末與其它合金原料按照質(zhì)量百分比為精制粉末0.3%、Ni1.8%、Si0.4%、Co0.5%、Cr0.05%、其余為銅進行配料；（5）往坩堝中加入電解銅和電解鎳，采用質(zhì)量比為硼砂：玻璃粉=2.2:1的混合物進行覆蓋，熔化后再加入Co、Cr，熔煉完成后加入Si和精制粉末，熔煉溫度為1050℃~1400℃；（6）出爐、拔渣、鐵模澆鑄，澆鑄溫度控制在1100℃，得到合金鑄坯；（7）將獲得的合金鑄坯進行銑面（上下表面各銑0.9mm）；隨后進行熱軋，熱軋溫度890℃，熱軋時間6h，熱軋形變量ε=70%；（8）將上述的熱軋坯放入退火爐中進行退火固溶，退火溫度950℃，退火時間3h，之后取出水冷；（9）先將水冷鑄坯進行一次冷軋，冷軋形變量ε=70%；隨后進行一次時效處理，時效溫度605℃，時效時間5h；再進行二次冷軋，冷軋形變量ε=50%；其后進行二次時效，時效溫度350℃，時效時間5h；（10）將二次時效處理后的帶材進行酸洗和成品退火，獲得產(chǎn)品。以上三個實施例的處理效果對比見表1，從表1可見3組實例所獲得的合金帶材中的抗拉強度與電導(dǎo)率較C7025合金材料均有顯著提升，且具有較好的延伸率，符合引線框架材料的發(fā)展需求。表1各實施例效果對比表性能延伸率抗拉強度電導(dǎo)率實例18%950Mpa43%實例28%890Mpa47%實例37%930Mpa46%C702510%705Mpa40%表1看出，實施例1獲得的銅合金帶材的綜合性能最好，是最佳實施例。應(yīng)當(dāng)說明的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以根據(jù)上述說明加以改進或修飾，所有這些改進或修飾都應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3