浅析金属箔拉伸测试标准

2016-07-18  浏览量:832

【摘要】近年来,金属箔板在电子工业、微机电系统、医疗以及新能源领域中的应用日渐广泛。因而对金属箔的测试也越来越多。而金属箔的拉伸测试条件以及尺寸与金属板材有不少差异,通过对相关标准的研读,总结了一些对于金属箔拉伸测试的一些要求。

 

【关键词】金属箔,铜箔,拉伸测试

 

1.金属箔定义

在金属箔室温拉伸试验中,金属箔通常是指厚度低于0.150mm(约0.006in)的金属样品。

 

2.澳门威斯尼人类型以及尺寸要求

澳门威斯尼人类型通常有两种:

A型澳门威斯尼人:(见下图,图中数值仅为参考值,并不适用于所有的测试)

不同的标准有不同的规定,以ASTM E-345为例,要求如下:

澳门威斯尼人总长度Lt≥200 mm

原始标距Lo=50.0±0.1 mm

平行长度Lc=60 mm

澳门威斯尼人平行长度的原始宽度b0=12.50±0.25 mm

 

拉伸试验

 

B型澳门威斯尼人:(见下图,图中数值仅为参考值,并不适用于所有的测试)

不同的标准有不同的规定,以ASTM E-345为例,要求如下:

澳门威斯尼人总长度Lt≥230 mm

原始标距Lo=125 mm

澳门威斯尼人宽度b0=12.50 mm

 

拉伸试验

 

3.试验仪器以及夹具的选择

试验仪器:微机控制电子万能试验机(如下图所示)

型号:ETM 204C

 

拉伸试验

 

两种夹具:在金属板材拉伸的时候通常用到楔形夹具,对应有不同尺寸的夹头。在金属箔拉伸的测试中,对于相对较厚的金属箔(厚度≥0.076mm,约0.003in)可以采用同样形状的夹具。而对于相对较薄的金属箔(厚度<0.076mm),楔形夹具夹紧时产生的应力对于澳门威斯尼人表面的平整度影响较大,应采用另一种带有磨面的夹具。这种夹具在夹紧时,最好能够在每0.001in的厚度内产生100psi的压强,也就是在每0.025mm厚度产生约0.7MPa的压强(例如,如果金属箔的厚度为0.050mm,相应的压强应该是1.4MPa)。

 

拉伸试验 拉伸试验

注意:左图为楔形夹具及其夹头,右图为带有磨面的夹具

 

4.拉伸速度的选择

对于金属的拉伸测试,通常有两种拉伸控制方式,一种是应力控制,一种是应变控制。在实际测试过程中,应变控制较为普遍。许多标准中,对于应变控制的速率,通常会以应变百分比的形式写出。例如,在ASTM E-345中提到,在不测量屈服强度的前提下,应变速率可以为0.06~0.5in./in./min;如果需要测屈服强度时,应变速率应该在0.002~0.010in./in./min。在实际操作中,设置参数时,需要将应变速率换算成试验机两个夹头之间的位移速率。这就涉及到夹头之间距离的设置,对于A型澳门威斯尼人,夹头之间的距离一般与澳门威斯尼人的平行长度相近或者稍微小一些;对于B型澳门威斯尼人,该标准中推荐的距离为125mm(约为5in.)。

 

5.试验过程举例

金属箔拉伸的测试中,常见的是铜箔拉伸。

对于铜箔拉伸,IPC-TM-650 2.4.18.1A是我们测试中常用到的标准,该标准的一部分是参考ASTM E-345制定的。

样品尺寸要求:厚度为0.05mm~0.10mm时可以采用ASTM E-345中A型澳门威斯尼人尺寸;也可以采用类似B型的澳门威斯尼人,尺寸要求为13mm×150mm。从制样角度出发,第二类澳门威斯尼人的制作较为方便,我们通常选择制作类似B型的澳门威斯尼人来进行测试。需要制作10个澳门威斯尼人,其中5个横向、5个纵向。

澳门威斯尼人外观要求:不能有毛刺、裂纹,精确切割,不能有起皱。因此,考虑到制样过程中可能会出现有些样品有缺陷,不符合要求,我们通常会多制作几个澳门威斯尼人,从中挑选符合要求的10个澳门威斯尼人(横向、纵向各5个)来进行测试。

澳门威斯尼人的前处理:样品切割完成后,应将样品置于125±5℃的烘箱中4~6h,目的是消除切割时产生的内应力。然后冷却至室温进行测试。

位移参数设置:在IPC-TM-650 2.4.18.1A中,规定的应变速率为0.05mm/mm/min至0.5mm/mm/min,而对于两夹头之间的距离没有作明确的要求,由于通常选择的标距为50mm,因此,夹头之间的距离要至少要大于50mm。参考GB/T 228.1中金属薄板和薄带使用的澳门威斯尼人类型,矩形横截面非比例澳门威斯尼人中平行长度与标距的关系,当澳门威斯尼人宽度为12.5mm、平行长度为50mm时,平行长度为75mm。因此,两夹头之间距离选择75mm是较为适宜的。同理,用实际测试中夹头之间的距离乘以应变速率,就可以得到夹头的位移速率。从而得到相应的夹头位移速率范围。

澳门威斯尼人处理好以后,打开仪器和电脑,打开相应的软件设置好程序以及参数以后就可以开始测试了。在放置样品时,需要注意的是,澳门威斯尼人标距内的轴线要与拉伸方向一致,轻微的偏差都会导致实验结果不准确。其他关于仪器使用还有样品测量的一些注意事项就不再赘述。

实验结果曲线及分析:下图为拉伸测试的曲线,左边为横向拉伸取向,右边为纵向拉伸曲线。横坐标为应变,纵坐标为力值,由于澳门威斯尼人横截面积基本相同,反应的是抗拉强度的大小关系。

对比两图中的曲线我们可以发现:相比于纵向而言,横向拉伸的应变较大,由于夹具间的位移是一致的,由此可得出横向的伸长率较大;另外,我们还能从中发现,纵向的抗拉强度明显比横向的要大一些。

 

拉伸试验 拉伸试验

 

也有一些公司会选择采用GB/T5230中的标准进行铜箔抗拉强度和延伸率的测定,相关参数如下:

样品总长度为200±0.5mm;宽度为15±0.25mm

画标线,标距为50mm

试验机夹头之间距离为125±0.1mm

夹头位移速率为50mm/min

该标准适用于电解铜箔。

 

【参考文献】

1.ASTM E345-93(Reapproved 2013) Standard Test Methods of  Tensile Testing of Metallic Foil

2.IPC-TM-650 2.4.18.1A Tensile Strength and Elongation, In-House Plating

3.GB/T 228.1-2010 金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法

GB/T 5230-1995 电解铜箔

 

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