CN101318286A

CN101318286A - 贯穿式侧向复合板带材的制备方法及其模具热压装置

Info

Publication number: CN101318286A
Application number: CNA2008100401374A
Authority: CN
Inventors: 陈晓
Original assignee: Wenzhou Hongfeng Electrical Alloy Co Ltd
Current assignee: Wenzhou Hongfeng Electrical Alloy Co Ltd
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: CN101318286B

Abstract

一种冶金复合材料领域中的贯穿式侧向复合板带材的制备方法及其装置，制备方法包括：材料制取，组锭，冷压成型，保护加热，模具热压，扩散退火，热轧开坯，粗轧，精轧和清洗包装。装置包括底板和上压头，其中待压的冷压锭块放置于底板和上压头之间，在底板和上压头上分别设有平行对称的凸齿，凸齿的齿尖正对冷压锭块中的每块铜板侧面的中线，油压机将底板与上压头向中间挤压冷压锭块。本发明使得制备获得的材料中两种金属的侧面复合界面达到高强度的冶金结合，材料整体结合强度高，复合牢固，可实现大规模工业应用。

Description

贯穿式侧向复合板带材的制备方法及其模具热压装置

技术领域

本发明涉及的是一种复合材料技术领域中的制备方法及其装置，具体是一种贯穿式侧向复合板带材的制备方法及其模具热压装置。

背景技术

复合材料是将不同类型的材料通过现代复合工艺方法制造得到的新型材料，它既保留了原组分材料的主要特性，通过与其它材料的结合又获得原组分所没有的新性能。复合材料已经成为国际材料界重点发展领域和学科，在国民经济建设中发挥着先导和重要的基础作用。复合材料的界面结合层关系到复合层之间的结合强度。对于金属复合层状材料主要采用大变形的热加工或冷加工技术，在大的压力变形下挤破界面氧化膜形成新鲜的界面，界面之间达到原子间结合，再对材料进行扩散热处理使界面原子相互扩散来加强界面结合强度，从而获得结合牢固的复合材料。正因为复合材料主要是一个界面之间结合的问题，除了大的变形外还必须有足够的界面，因此在这类材料中绝大部分是表层复合、局部复合、镶嵌复合，而像本发明的薄带形多条贯穿复合的材料很少见到报道，这是由于界面多且界面小，界面结合强度很难达到技术要求所致。

经对现有技术的文献检索发现，中国实用新型专利号200420072882.4，授权公开号CN2718768的专利技术，该技术记载了一种“铜/银/铜双侧面复合板带材”，包括银和铜两种金属条，其中银条在板面的中间，银条的两侧均各为铜条，银条与两侧铜条的侧面之间为高强度的冶金结合。但对于多条贯穿侧向复合材料，由于宽度尺寸远远超过原专利生产的带材，原有的工艺和设备根本不能实现。

另外，熔断器是电器中必不可少的保护元件，其关键材料熔断片长期以来一直是用纯银Ag薄带材冲制而成，其成本占据熔断器成本的很大比例，特别是近年来贵金属材料银的价格暴涨，造成熔断器整体成本大幅上升。更重要的是熔断器是一种损耗品，失效后就丢弃，造成银资源的大量浪费。因此，设计和制备高性能节银型的熔断片材料一直是电工材料行业重点研究的问题之一。但是用于大功率高性能熔断器的熔断片宽度大，原有工艺就不能实现多条贯穿式侧向复合板带材的生产。为了最大限度地节约贵金属银，根据熔断器的技术要求，设计制造多条贯穿式侧向复合材料，利用该材料生产熔断片是最有效的。但是，这样的材料需要更加复杂和先进的复合技术才能实现。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种贯穿式侧向复合板带材的制备方法及其模具热压装置，由此获得的材料中两种金属的侧面复合界面达到高强度的冶金结合，并可实现大规模工业应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及的贯穿式侧向复合板带材的制备方法，具体步骤如下：

第一步，按热压模具模腔尺寸的负公差制取复合板带材中的银板和铜板，然后用氩弧焊将锭块长度方向两端叠缝全部焊牢形成组合锭块。

所述的组合锭块，是指：将若干银板和铜板交替间隔放置，最外侧两块为铜板，将叠放整齐的锭块用夹具夹紧固定，用氩弧焊将锭块长度方向两端叠缝全部焊牢。

第二步，将组合压锭块放入油压机上冷压成型，再通过气体保护加热炉中进行保护加热，将加热完成的冷压锭块放入模具热压，然后放入气体保护加热炉中扩散退火获得复合坯锭；将扩散退火后的复合坯锭，在热轧机上对复合坯锭进行热轧开坯，出炉后气体保护冷却至室温制成复合板料。

所述的冷压成型，是指：将固定好的组合锭块按银板和铜板之间的接触面与压力方向垂直的方式放入模具中，在油压机上冷压成形，油压机的冷压压力大于等于50吨，获得厚度符合热压模具要求且银板和铜板的接触界面间气体排放干净、接触紧密的冷压锭块；

所述的保护加热，是指：将冷压锭块两端的铜板外侧面作为叠放面进行刨削处理，使叠放面光洁且平行，然后将该冷压锭块放入气体保护加热炉中加热。

所述的保护加热的加热条件为：在氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa，温度范围在600℃～800℃的环境下进行保护加热1～3小时。

模具热压，是指：将加热完成的冷压锭块按叠放面方向与液压机压力方向平行的方式放入模具热压装置中，在温度范围在600℃～800℃的环境下进行热压，金属原子在界面实现热扩散，并获得结合牢固的热压后锭坯。

扩散退火，是指：将上述热压锭坯中的两个受压侧面刨平后，放入气体保护加热炉中扩散退火获得复合坯锭。

所述的扩散退火的条件为：在氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa，温度范围在600℃～800℃的环境下进行扩散退火2～6小时。

热轧开坯，是指：将扩散退火后的复合坯锭，立即在热轧机上对复合坯锭进行热轧开坯，轧制制成厚度大于等于3毫米的复合板料；将开坯后的复合板料放入气体保护加热炉中，出炉后气体保护冷却至室温。

所述的热轧开坯，具体是指：在热轧机上首次压下变形量X₁≥40％，随后每道次轧制变形量X控制在20％≥X≥10％。

所述的首次压下变形量X₁具体是指：首次被轧制的复合坯锭的厚度变化量与轧制前复合坯锭的厚度的比值；所述的热轧变形量X具体是指在首次压下后，复合坯锭在经过每道次轧制后的厚度变化量与每道次轧制前原来复合坯锭厚度的比值。

所述的热轧开坯的工艺要求为：在氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa，温度范围在600℃～800℃的环境下进行保护退火2～6小时。

第三步，将复合板料在粗轧机上粗轧，将粗轧板材放入气体保护加热炉保护退火，出炉后气体保护冷却至室温；再对粗轧板材进行精轧，直至轧制到成品，最后清洗包装、入库。

所述的粗轧，是指：将复合板料在粗轧机上轧制，轧制后厚度大于等于0.1毫米的粗轧板材，然后将粗轧板材放入气体保护加热炉中保护退火2～6小时，出炉后气体保护冷却至室温。

所述的粗轧，是指：在粗轧机上按每道次粗轧变形量Y控制在范围15％≥Y≥10％所进行的粗轧。

所述的粗轧变形量Y具体是指：经过粗轧后的粗轧板材的厚度变化量与粗轧前的粗轧板材厚度的比值。

所述的保护退火的工艺要求为：在氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa，温度600℃～800℃的环境下进行退火处理。

所述的精轧，是指：将退火后的粗轧板材进行表面清洗，去除油污和氧化物后干燥，用精密轧机或四辊可逆轧机对清洗好的粗轧板材进行精轧，直至轧制到成品所需要的厚度。

本发明涉及的贯穿式侧向复合板带材的模具热压装置，包括底板和上压头，其中待压的冷压锭块放置于底板和上压头之间，在底板和上压头上分别设有平行对称的凸齿。

所述的凸齿，凸齿的凸角角度θ的角度范围为90°≥θ≥5°，凸齿的高度h的范围为30毫米≥h≥5毫米。

本模具热压装置在具体工作时，凸齿的齿尖正对冷压锭块中的每块铜板侧面的中线，油压机将底板与上压头向中间挤压冷压锭块，在油压机的压力作用下凸齿切入到铜板内，并在铜板内产生极大的侧向压力，该侧向压力的方向垂直于油压机的压力方向，也垂直于铜板与银板的接触面方向。与刀具越锋利切割越容易的力学原理类似，凸齿的凸角角度越小，垂直作用于被切割面的同一压力产生的侧向压力越大，同时金属在高温高压下产生塑性流动又能起到很好的力传导作用，从而利用500吨以上的普通卧式挤压机就能达到材料界面复合所需要的压力。与国外利用激光焊接实现侧面复合的工艺相比，原理清晰，在现有工艺设备的基础上适当增加辅助设备就能实现大批量生产，工艺简单，产品加工成本低，具有良好的市场竞争优势。

附图说明

图1本发明原理示意图

图2本发明凸齿示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：采用三块铜板和两块银板组成复合板材的制备方法

按热压模具模腔尺寸的负公差制取复合板带材中间的银板两块，其中银板的厚度为3毫米，两边铜板的厚度为15毫米，中间铜板厚度为11毫米，并将表面滚刷到一定的粗糙度，将表面清洗干净备用；按热压模具模腔尺寸的负公差制取复合板带材中的两边和中间具有支撑和连接作用的铜板三块，并将表面滚刷到一定的粗糙度，将表面清洗干净备用；将银板和铜板以铜-银-铜-银-铜的序列进行排列；将五块金属叠放整齐，然后用夹具夹紧固定，然后用氩弧焊将锭长度方向两端叠缝全部焊牢形成组合锭块；

将固定好的组合锭块按银板和铜板之间的接触面与压力方向垂直的方式放入模具中，在压力为500吨的油压机上冷压成形，获得厚度符合热压模具要求、银板和铜板界面间气体排放干净、接触紧密的冷压锭块；将经冷压整形好的组合锭块最外侧两块铜板的外侧面作为叠放面进行刨削处理，使两个叠放面光洁且平行；将经过以上处理后的组合锭块放入气体保护加热炉中，在氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa，温度700℃的环境下进行气体保护加热3小时；

如图1和图2所示，将加热好的冷压锭块按叠放面与压力方向平行的方向放入模具热压装置1中，在温度范围在680℃的环境下进行热压。该模具热压装置1包括底板2和上压头3，其中冷压锭块设于底板2和上压头3之间，在底板2和上压头3上分别设有平行对称的凸齿4。

所述的凸齿4的凸角角度θ＝30°，凸齿4的高度h＝10毫米，凸齿4的齿尖正对冷压锭块中的铜板5侧面的中线，油压机将底板2与上压头3向中间挤压冷压锭块，在油压机的压力作用下凸齿4切入到铜板5内，并在铜板5内产生极大的侧向压力，该侧向压力的方向垂直于油压机的压力方向，也垂直于铜板5与银板6的接触面方向，温度范围在680℃的环境下，银原子和铜原子在界面产生热扩散，最终获得结合牢固的热压后锭坯；

将上述热压锭坯的上下两个受压侧面刨平，放在700℃加热炉中氮气保护，扩散退火6小时；将扩散退火后的复合坯锭立即置于热轧机上热轧开坯，首次压下变形量X₁控制在40％，随后的热轧变形量X控制在15％，最终轧制至厚度尺寸为6毫米的复合板料；

将开坯后的复合板料放在氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa，温度范围在680℃的加热炉中保护退火3小时，出炉后气体保护冷却至室温，并在粗轧机上将粗轧变形量Y控制在10％，轧制到厚度为0.5毫米的粗轧板材；将粗轧板材放入气体保护加热炉中，在氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa，温度范围在600℃的环境下保护退火2小时，出炉后气体保护冷却至室温；

退火后的带材进行表面清洗，去除油污和氧化物后干燥；用精密轧机或四辊可逆轧机对清洗好的粗轧板材进行精轧，将精轧变形量控制在5％，严格控制带材尺寸公差，一直轧制到成品厚度；用滚剪机对轧制好的成品复合带材按产品尺寸分切得到所需产品；用汽油或酒精等有机溶剂对带材表面去油处理；检验后用塑料膜包装入库。

实施例2：采用六块铜板和五块银板组成复合板材的制备方法

按热压模具模腔尺寸的负公差制取复合板带材中间的银板五块和铜板六块，其中银板的厚度为3毫米，两边铜板的厚度为15毫米，中间铜板厚度为11毫米，并将表面滚刷到一定的粗糙度，将表面清洗干净备用；银板和铜板的排列方式为最外侧两块为铜板，其余依次铜板与银板间隔设置，将十一块金属叠放整齐，然后用夹具夹紧固定，然后用氩弧焊将锭长度方向两端叠缝全部焊牢形成组合锭块；

将固定好的组合锭块按银板和铜板之间的接触面与压力方向垂直的方式放入模具中，在压力为800吨的油压机上冷压成形，获得厚度符合热压模具要求、银板和铜板界面间气体排放干净、接触紧密的冷压锭块；

将冷压锭块两端的铜板的两个外侧面坐位叠放面进行刨削处理，使两个叠放面光洁且平行；将经过以上处理后的冷压锭块放入气体保护加热炉中，氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa，温度800℃进行气体保护加热2小时；

将加热完成的冷压锭块按叠放面与压力方向水平的方向放入模具热压装置中，在温度750℃的环境下进行热压，其中模具热压装置的凸齿的凸角角度θ＝60°，凸齿高度h＝20毫米；在温度750℃的环境下，金属原子在界面产生热扩散，最终获得结合牢固的热压后锭坯；

将上述热压锭坯中的两个受压侧面刨平后，放在800℃加热炉中，氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa保护扩散退火4小时；将扩散退火后的复合坯锭立即在热轧机上热轧开坯，首次压下变形量X₁控制在50％，随后的热轧变形量X控制在10％，最终轧制至厚度尺寸为6毫米的复合板料；

将开坯后的复合板料放在氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa，温度为750℃的加热炉中保护退火2.5小时，出炉后气体保护冷却至室温；退火后的板材在粗轧机上将粗轧变形量Y控制在10％，轧制到厚度大于等于1毫米的粗轧板材；

将粗轧板材放氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa，温度为750℃的环境下保护退火2小时，出炉后气体保护冷却至室温；将退火后的粗轧板材进行表面清洗，去除油污和氧化物后干燥；用精密轧机或四辊可逆轧机对清洗好的粗轧板材进行精轧，将精轧变形量控制在5％，严格控制尺寸公差，一直轧制到成品厚度；用滚剪机对轧制好的成品复合带材按产品尺寸分切得到所需产品；用汽油或酒精等有机溶剂对复合带材表面去油处理；检验后用塑料膜包装入库。

Claims

1、一种贯穿式侧向复合板带材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，按热压模具模腔尺寸的负公差制取复合板带材中的若干块银板和若干块铜板，然后用氩弧焊将锭块长度方向两端叠缝全部焊牢形成组合锭块；

第二步，将组合压锭块放入油压机上冷压成型，再通过气体保护加热炉中进行保护加热，将加热完成的冷压锭块放入模具热压，然后放入气体保护加热炉中扩散退火获得复合坯锭；将扩散退火后的复合坯锭，在热轧机上对复合坯锭进行热轧开坯，出炉后气体保护冷却至室温制成复合板料；

2、根据权利要求1所述的贯穿式侧向复合板带材的制备方法，其特征是，所述的组合锭块，是指：将若干银板和铜板交替间隔放置，最外侧两块为铜板，将叠放整齐的锭块用夹具夹紧固定，用氩弧焊将锭块长度方向两端叠缝全部焊牢。

3、根据权利要求1所述的贯穿式侧向复合板带材的制备方法，其特征是，所述的冷压成型，是指：将固定好的组合锭块按银板和铜板之间的接触面与压力方向垂直的方式放入模具中，在油压机上冷压成形，油压机的冷压压力大于等于50吨，获得厚度符合热压模具要求且银板和铜板的接触界面间气体排放干净、接触紧密的冷压锭块。

4、根据权利要求1所述的贯穿式侧向复合板带材的制备方法，其特征是，所述的保护加热，是指：将冷压锭块两端的铜板外侧面作为叠放面进行刨削处理，使叠放面光洁且平行，然后将该冷压锭块放入气体保护加热炉中加热；保护加热的加热条件为：在氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa，温度范围在600℃～800℃的环境下进行保护加热1～3小时。

5、根据权利要求1所述的贯穿式侧向复合板带材的制备方法，其特征是，模具热压，是指：将加热完成的冷压锭块按叠放面方向与液压机压力方向平行的方式放入模具热压装置中，在温度范围600℃～800℃的环境下进行热压，金属原子在界面实现热扩散，并获得结合牢固的热压后锭坯。

6、根据权利要求1所述的贯穿式侧向复合板带材的制备方法，其特征是，扩散退火，是指：将上述热压锭坯中的两个受压侧面刨平后，放入气体保护加热炉中扩散退火获得复合坯锭；扩散退火的条件为：在氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa，温度范围在600℃～800℃的环境下进行扩散退火2～6小时。

7、根据权利要求1所述的贯穿式侧向复合板带材的制备方法，其特征是，热轧开坯，是指：将扩散退火后的复合坯锭，立即在热轧机上对复合坯锭进行热轧开坯，轧制制成厚度大于等于3毫米的复合板料；将开坯后的复合板料放入气体保护加热炉中，出炉后气体保护冷却至室温，在热轧机上控制首次压下变形量X₁≥40％，随后将每次热轧变形量X控制在20％≥X≥10％；热轧开坯的工艺要求为：在氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa，温度范围在600℃～800℃的环境下进行保护退火2～6小时，所述的首次压下变形量X1具体是指首次被轧制的复合坯锭的厚度变化量与轧制前复合坯锭的厚度的比值；所述的热轧变形量X具体是指首次压下后，复合坯锭在经过每道次轧制后的厚度变化量与每道次轧制前原来复合坯锭厚度的比值。

8、根据权利要求1所述的贯穿式侧向复合板带材的制备方法，其特征是，所述的粗轧，是指：将复合板料在粗轧机上轧制厚度大于等于0.1毫米的粗轧板材，然后将粗轧板材放入气体保护加热炉中保护退火2～6小时，出炉后气体保护冷却至室温；在粗轧机上将粗轧变形量Y控制在范围15％≥Y≥10％所进行的粗轧；所述的保护退火的工艺要求为：在氮气浓度为1.8Kg/m³，气压0.05MPa，温度600℃～800℃的环境下进行退火处理，所述的粗轧变形量Y具体是指经过粗轧后的粗轧板材的厚度变化量与粗轧前的粗轧板材厚度的比值。

9、一种贯穿式侧向复合板带材的模具热压装置，其特征在于，包括底板和上压头，其中待压的冷压锭块放置于底板和上压头之间，在底板和上压头上分别设有平行对称的凸齿，凸齿的齿尖正对冷压锭块中的每块铜板侧面的中线，油压机将底板与上压头向中间挤压冷压锭块，在油压机的压力作用下凸齿切入到铜板内，并在铜板内产生极大的侧向压力，该侧向压力的方向垂直于油压机的压力方向，也垂直于铜板与银板的接触面方向。

10、根据权利要求9所述的贯穿式侧向复合板带材的模具热压装置，其特征是，所述的凸齿，凸齿的凸角角度θ的角度范围为90°≥θ≥5°，凸齿的高度h的范围为30毫米≥h≥5毫米。