一种基于逐层减薄的金属箔带内应力分布测量方法与流程

1.本发明涉及一一种金属箔带的内应力测量方法，具体涉及一一种基于逐层减薄的金属箔带内应力分布测量方法，属于检测技术领域。


背景技术：

2.金属箔带在电子、oled显示等行业中应用广泛。采用精密轧制法制备的合金箔带，由于在最后道次经历冷变形，其内部会存在不同程度的内应力，主要沿轧制方向分布，如图1所示。金属箔带在后续的减材制造中，由于内应力的平衡被打破而易发生弯曲变形。内应力分布是评价金属箔带性能的重要指标之一一，对下游工序中的蚀刻、切割、冲压和最终产品使用中的安全性都有很大影响。因此，金属箔带的内应力测量是其生产与使用中的关键技术之一。
3.目前，测量金属箔带内应力的方法有盲孔法、x射线和中子衍射法、超声波技术和磁弹技术等，但这些方法都存在设备昂贵、测量速度慢、对箔带表面质量要求高、需要专业操作人员等缺点，且只适用于有限种类的金属箔带，也不能得到金属箔带整个厚度范围内的内应力分布。
4.因此，需要一种无特殊设备要求、操作简单的低成本、高效率的金属箔带内应力检测方法。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种基于逐层减薄的金属箔带内应力分布测量方法，以克服现有技术的不足。
6.为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
7.本发明实施例提供的一种基于逐层减薄的金属箔带内应力分布测量方法包括：
8.(1)从大面积金属箔带上分切出试样小片；
9.(2)对所述试样小片进行单面均匀蚀刻且蚀刻多次，每次蚀刻去除相同厚度；
10.(3)测量每次蚀刻后所述试样小片的剩余部分沿轧制方向的弯曲变形和曲率半径；
11.(4)根据每次蚀刻后所述试样小片的剩余部分的弯曲变形曲率，计算所述试样小片每次被蚀刻去除部分的内应力，获得在所述试样小片的整个厚度范围内的内应力分布。
12.进一步的，所述大面积金属箔带包括轧制法制备的纯金属或合金箔带。
13.较之现有技术，本发明提供的基于逐层减薄的金属箔带内应力分布测量方法简单、低成本、快捷有效，不需要配备特殊设备和工具，采用常用表征手段就可以得出金属箔带整个厚度范围的内应力分布，特别适用于精轧的金属箔带，包括厚度在50μm以下的多种纯金属及合金箔带，可以为金属箔带的生产工艺优化提供有效的参考数据。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其他的实施附图。
15.图1是轧制的金属箔带截面范围内的残余应力分布示意图；
16.图2是本发明一实施方式中被蚀刻减薄后试样小片的变形和曲率半径测量示意图；
17.图3是实施例1中测得的厚度为20μm的紫铜箔带的内应力分布图；
18.图4是实施例2中测得的厚度为30μm的feni合金箔带的内应力分布图；
19.图5是实施例3中测得的厚度为40μm的304不锈钢箔带的内应力分布图。
具体实施方式
20.鉴于现有技术的不足，本案发明人经长期研究和实践，得以提出本发明的技术方案，即，一种基于逐层减薄的金属箔带内应力分布测量方法，其中通过从大面积金属箔带上切下试样小片，对其进行单面均匀蚀刻，每次蚀刻去除相同的厚度，测量蚀刻后沿轧制方向的弯曲变形和曲率半径，依次计算其从表面到内部的内应力，从而获得整个试样厚度范围内的内应力分布。该方法不需要配备特殊的设备和工具，采用常用表征手段就可以得出金属箔带内应力分布，特别适用于精轧的金属箔带。
21.本发明实施例提供了一种基于逐层减薄的金属箔带内应力分布测量方法，其包括：
22.(1)从大面积金属箔带上分切出试样小片；
23.(2)对所述试样小片进行单面均匀蚀刻且蚀刻多次，每次蚀刻去除相同厚度；
24.(3)测量每次蚀刻后所述试样小片的剩余部分沿轧制方向的弯曲变形和曲率半径；
25.(4)根据每次蚀刻后所述试样小片的剩余部分的弯曲变形曲率，计算所述试样小片每次被蚀刻去除部分的内应力，获得在所述试样小片的整个厚度范围内的内应力分布。
26.进一步的，步骤(1)包括：采用化学蚀刻方法从大面积金属箔带上分切出试样小片。其中，所述化学蚀刻方法可以按照本领域已知的方式实施，例如其可以包括对大面积金属箔带上膜、曝光、显影、双面蚀刻等步骤。
27.进一步的，步骤(1)中，所述试样小片在垂直于轧制方向上的宽度为0.5～5mm，具体视厚度和残余应力大小而定，其平行于轧制方向上的尺寸无严格要求。
28.进一步的，所述大面积金属箔带包括轧制法制备的纯金属或合金箔带，特别是精轧制得的纯金属或合金箔带。
29.进一步的，所述大面积金属箔带的厚度在50μm以下。
30.进一步的，所述大面积金属箔带的材质包括cu、fe、ni或其合金等，且不限于此。
31.进一步的，步骤(1)中所述试样小片在初始状态下平整、无弯曲变形。
32.进一步的，步骤(2)中每次蚀刻去除的厚度为0.1～2μm。
33.进一步的，步骤(3)包括：通过测量设备表征每次蚀刻后所述试样小片的剩余部分
的三维变形形貌，从而获得所述试样小片的剩余部分沿轧制方向的弯曲变形和曲率半径。
34.进一步的，所述测量设备包括白光干涉仪、激光共聚焦显微镜或表面轮廓仪等，且不限于此。
35.进一步的，步骤(4)包括：依据下式i计算所述试样小片每次被蚀刻去除部分的内应力；
[0036][0037]
其中，σ
r
为沿轧制方向的残余应力，e为弹性模量，r为曲率半径，t
s
为所述试样小片被蚀刻后剩余的厚度，t
f
为所述试样小片被蚀刻去除的厚度，υ为泊松比。
[0038]
在本发明的一个较为具体的实施方案中，所述基于逐层减薄的金属箔带内应力分布测量方法具体包括：
[0039]
1)首先通过用化学蚀刻方法从大面积金属箔带上切下试样小片，使试样小片不受应力，试样小片在初始状态下平整，无弯曲变形；
[0040]
2)对试样小片进行单面均匀蚀刻，蚀刻一定去除一定厚度之后，试样小片在自由状态下发生弯曲变形；
[0041]
3)以激光共聚焦显微镜、白光干涉仪或轮廓仪等设备表征试样小片的三维变形形貌，测量其沿轧制方向的弯曲变形和曲率半径；
[0042]
4)以stoney公式计算已蚀刻部分的内应力，公式如下：
[0043][0044]
其中σ
r
为沿轧制方向的残余应力，e为弹性模量，r为被蚀刻减薄后的曲率半径，t
s
为试样小片被蚀刻减薄后剩余部分的厚度，t
f
为试样小片被蚀刻去除部分的厚度，ν为泊松比；
[0045]
5)对试样小片进行多次蚀刻，每次蚀刻相同厚度，计算所述金属箔带从表面到内部每一层的内应力，获得整个试样厚度范围内的内应力分布。
[0046]
进一步的，被蚀刻减薄后试样小片的变形和曲率半径测量如图2所示。
[0047]
在该实施方案中，优选采用激光共聚焦显微进行测量，并结合前述数学模型计算出试样整个厚度范围的内应力分布，从而可以为金属箔带的生产工艺优化提供有效的参考数据，特别适用于厚度在50μm以下的纯金属及合金箔带。
[0048]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0049]
实施例1该实施例提供的一种金属箔带内应力分布测量方法包括：
[0050]
1)提供厚度为20μm的精轧紫铜箔，并通过用化学蚀刻方法(参考《金属蚀刻技术》，杨丁，国防工业出版社，2008年1月1日)从大面积金属箔带上切下尺寸为2mm
×
2mm的试样小片，该试样小片在初始状态下平整，无弯曲变形；
[0051]
2)对试样小片进行单面均匀蚀刻，刻蚀多次，每次蚀刻去除0.5μm，每次蚀刻后试样小片在自由状态下发生弯曲变形；
[0052]
3)每次蚀刻后以激光共聚焦显微镜表征试样小片的三维变形形貌，测量其沿轧制方向的弯曲变形和曲率半径；
[0053]
4)以stoney公式计算试样小片已蚀刻部分的内应力，公式如下：
[0054][0055]
其中σ
r
为沿轧制方向的残余应力，e为弹性模量，r为曲率半径，t
s
为试样小片被蚀刻减薄后剩余部分的厚度，t
f
为试样小片被蚀刻去除部分的厚度，υ为泊松比；
[0056]
5)对试样小片进行多次蚀刻后，计算所述精轧紫铜箔从表面到内部每一层的内应力，获得整个试样厚度范围内的内应力分布，如图3中的“本发明方案”曲线所示。作为参考，还参照前述步骤(1)
‑
步骤(5)，采用x射线衍射法对相同试样小片的内应力分布进行了测量，结果如图3中的“x射线衍射法”曲线所示。
[0057]
实施例2该实施例提供的一种金属箔带内应力分布测量方法与实施例1基本相同，区别在于：所测试的金属箔带成分为fe36ni因瓦合金，厚度为24μm，试样小片尺寸为3mm
×
3mm，每次蚀刻0.6μm，并使用白光干涉仪替代激光共聚焦显微镜。该实施例计算获得的试样内应力分布如图4中的“本发明方案”曲线所示。作为参考，还采用x射线衍射法对相同试样小片的内应力分布进行了测量，结果如图4中的“x射线衍射法”曲线所示。
[0058]
实施例3该实施例提供的一种金属箔带内应力分布测量方法与实施例1基本相同，区别在于：所测试的金属箔带为304不锈钢，厚度为40μm，试样小片尺寸为3mm
×
3mm，每次蚀刻1μm。该实施例计算获得的试样内应力分布如图5中的“本发明方案”曲线所示。作为参考，还参照前述步骤(1)
‑
步骤(5)，采用x射线衍射法对相同试样小片的内应力分布进行了测量，结果如图5中的“x射线衍射法”曲线所示。
[0059]
本发明可采用多种设备方便地测量金属箔带试样的曲率半径，并通过数学计算获得其整个厚度范围内的内应力分布，操作简单、无需复杂设备，成本低，适用于厚度在50μm以下的多种纯金属及合金箔带。
[0060]
虽然上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。