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      浅析金属箔拉伸测试标准


      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







      案例正文

      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.试样类型以及尺寸要求

      试样类型通常有两种:

      A型试样:(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:

      试样总长度Lt≥200 mm

      原始标距Lo=50.0±0.1 mm

      平行长度Lc=60 mm

      试样平行长度的原始宽度b0=12.50±0.25 mm

       

      拉伸试验

       

      B型试样:(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:

      试样总长度Lt≥230 mm

      原始标距Lo=125 mm

      试样宽度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试样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型试样,夹头之间的距离一般与试样的平行长度相近或者稍微小一些;对于B型试样,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型试样尺寸;也可以采用类似B型的试样,尺寸要求为13mm×150mm。从制样角度出发,第二类试样的制作较为方便,我们通常选择制作类似B型的试样来进行测试。需要制作10个试样,其中5个横向、5个纵向。

      试样外观要求: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试样,从中挑选符合要求的10个试样(横向、纵向各5个)来进行测试。

      试样的前处理: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试样类型,矩形横截面非比例试样中平行长度与标距的关系,当试样宽度为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。

      试样处理好以后,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,试样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,由于试样横截面积基本相同,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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