CN101645334B - 一种生产铜包铝排的挤压轧制复合法 - Google Patents

Abstract

一种生产铜包铝排的挤压轧制复合法，包括：第一步骤，选择壁厚均匀的铜管及与铜管内壁相过渡配合的铝棒，并清洗干净，去除油污及氧化层；第二步骤，将铝棒压入铜管内形成复合坯料，将复合坯料加热至400～540℃，保温30～60分钟，之后通过卧式挤压机挤压出铜包铝排半成品；第三步骤，将上述半成品加热至300～540℃，保温30～60分钟，然后进行热轧及冷轧；第四步骤，将进行矫直、酸洗；第五步骤，在一个大气压的氮气保护下，对铜包铝排进行扩散处理，温度为200～550℃，保温1～3小时；第六步骤，将铜包铝排拉制成最终产品。本发明的生产铜包铝排的挤压轧制复合法不但工艺流程短，生产效率高，还可以节约有限资源，降低成本。

Description

一种生产铜包铝排的挤压轧制复合法

技术领域

本发明涉及一种铜包铝排的生产方法，这种铜包铝排是一类用于导通大电流，特别是用于多相电源连接的金属复合材料。

背景技术

目前，铜包铝排是一种新型双金属复合材料，经济适用、绿色环保、节约铜资源，是替代现有铜排的理想材料，应用前景十分广阔，目前市场年需求量约在10～12万吨左右，随着我国逐渐成为世界电子、日用消费品和电器产品制造业中心，国内市场对铜包铝排的需求还将继续增长，预计在五年之内有可能达到15～20万吨。该产品采用独特工艺技术制造，具有良好的力学和电学性能，广泛应用于电力，通讯等备用电源组合蓄电池的连接线排，母线槽，变压器绕组，高、低压开关柜，高、中频加热设备，变电室进户连接线排，起重机滑触线，变压器等行业。

目前生产铜包铝型材的方法有以下几种：①较早应用于工业生产的方法是铝线镀铜法，它是在铝芯线表面电镀铜层以获得铜包铝线的方法。这种方法较为简便，但是镀层的成分不纯、脆性大，并且镀铜层与铝芯线往往不同心，难以满足同轴电缆的使用要求，目前此方法已经被淘汰。②轧制压接法。将经过清洗并加热的两条铜带从上下两个方向包覆铝芯线，利用轧辊施加的压力将铜带与铝芯线压接在一起，然后将铜带接缝的两个凸耳切除形成线坯。将线坯进行拉拔获得所需要直径的线材，再通过热处理赋予线材所需性能。这种方法具有产品质量好、生产效率高及环保等优点，但是工艺比较复杂，涉及的工序比较多，轧压设备投资大，因而生产成本较高。国外大多采用纵包轧制法。③目前使用最多的是包覆焊接法，其工艺原理是采用包覆焊接装置，将经过清洗的铜带逐步形成圆管状，包覆在清洗过的铝芯线周围。采用氩弧焊将铜管的纵缝焊接起来形成线坯。然后通过拉拔和热处理获得所需的线材直径和性能。这种工艺模式相对较为简单，设备不太复杂，所生产的铜包铝线质量较好，为目前国内主要的生产方法。④另外一种工艺方法为静液挤压法，它是一种特殊的润滑挤压工艺，制备铜包铝线材的基本原理是将大直径紫铜管坯和纯铝棒坯制成的复合坯料经过静液挤压获得线坯，利用高静水压力，和大加工变形率作用实现铜、铝之间的冶金结合。其工艺特点是：在挤压过程中，坯料周围充满粘性介质，压力通过介质作用在坯料上，坯料受到均匀的等静水压力，在挤压过程中没有镦粗变形，与挤压轴、挤压筒没有接触，变形区与挤压模之间的摩擦控制在最小范围内，因此从表层到芯部都能够保持较均匀变形。⑤液态铝浇铸法。将包覆材料铜预制成壁厚均匀的铜管，然后对铜管内部进行清洗，去除其表面的油污及氧化层；之后在铜管内壁镀覆一层保护层；对铜管进行预处理，将其加热至500～700℃；在惰性气体保护下，向铜管内浇铸芯部材料铝的熔融金属，浇注温度为铝的熔点温度，再将上述铜包铝材经过轧制、拉拔处理形成铜包铝排。

综上所述，铜包铝型材的制备工艺基本上采用固相结合法，即通过塑性变形使两种金属结合面接近到原子间距离，形成大量的结合点，经过热扩散处理，最终形成界面的牢固结合。铜包铝型材成型的核心要求是保证金属间可靠的结合。以上各种工艺方法存在的问题在于：对坯料的清洁度要求很高，由线坯到成品总加工率较低且需要多次退火，由于铜和铝之间较大的力学性能差异，很容易导致小加工率拉拔加工过程中产生界面局部开裂、包覆层与芯材的断裂等缺陷，造成成品率和电导率降低。而浇铸液态金属容易产生气孔，疏松及成份不均，晶粒粗大，热应力等缺陷。而本专利所述的铜包铝制备工艺，克服了以上工艺的缺点，不但总加工率高，且无需中间退火，极大的改善了加工过程中铜铝界面局部开裂及包覆层与芯材断裂的情况；同时，因为是固相结合，也不存在固-液结合法所存在的缺陷，其成品率及电导率都较高。所以，本方法不但工艺流程短，生产效率高，还可以节约有限资源，降低成本。这不仅有利于铜包铝复合材料生产行业的技术进步及相关产品的升级换代，而且对于我国经济发展和社会进步也有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种工艺简单，操作方便的生产铜包铝排的挤压轧制复合法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种生产铜包铝排的挤压轧制复合法，该方法包括如下步骤：

第一步骤，选择壁厚均匀的铜管及与铜管内壁相过渡配合的铝棒，将铜管内表面及铝棒外表面清洗干净，去除油污及氧化层；

第二步骤，将铝棒压入铜管内形成复合坯料，两端封堵严密，然后将复合坯料加热至400～540℃，保温30～60分钟，将挤压模预热至300℃，保温30分钟，之后通过卧式挤压机挤压出铜包铝排半成品；

第三步骤，将上述半成品加热至300～540℃，保温30～60分钟，然后进行1～2道次的热轧，及1～3道次的冷轧，轧制道次加工率控制在20～60％；

第四步骤，将第三步骤中制备出的铜包铝排进行矫直、酸洗；

第五步骤，在一个大气压的氮气保护下，对第四步骤中制备出的铜包铝排进行扩散处理，温度为200～550℃，保温1～3小时；

第六步骤，将第五步骤中制备出的铜包铝排拉制成最终产品。以达到铜包铝排的尺寸精度及使用强度要求。

本发明的优点是：我国铜资源紧缺，而铝资源比较丰富，以铝代替铜，开发铜铝复合材料及其制备加工技术与工艺，是节约铜资源、降低生产成本的重要途径。国内外已有多家公司开始开发铜包铝排的制备加工技术，但是都存在一定的问题，而本发明的生产铜包铝排的挤压轧制复合法不但工艺流程短，生产效率高，还可以节约有限资源，降低成本。这不仅有利于铜包铝复合材料生产行业的技术进步及相关产品的升级换代，而且对于我国经济发展和社会进步也有着重要的意义。

附图说明

图1为本发明的挤压轧制复合法所制成的铜包铝排成品示意图。

具体实施方式

实施例1：①选择壁厚均匀的铜管及与铜管内壁尺寸相过渡配合的铝棒，然后用15wt％～30wt％的硫酸溶液浸泡铜管和铝棒，经一段时间浸泡后，用清水冲洗，擦干后用钢刷刷洗铜管内壁和铝棒外壁，去除其表面杂质和氧化层。②将上述铝棒压入铜管内，两端用铜管的端部封堵严密，制成复合坯料；之后将复合坯料加热至300℃，保温60分钟，将挤压模预热至300℃，保温30分钟，然后挤压成铜包铝排。③将上述复合坯料加热至540℃，保温30分钟，轧辊预热至300℃，保温30分钟，进行轧制。首先进行两道次的热轧，待复合坯料自然冷却后再进行一道次的冷轧，道次加工率控制在20％～60％之间。④对将上述半成品进行矫直和酸洗，使其基本达到成品的尺寸要求。⑤在一个大气压的氮气保护下，经200℃，3小时的热扩散处理，使铜铝间形成紧密的冶金结合层。⑥拉制成符合尺寸及使用要求的铜包铝排。所制成的铜包铝排成品示意图如图1所示，在图1中，铜包铝排的外层为铜层1，内层为铝芯2，铜层1包覆铝芯2。

实施例2：①选择壁厚均匀的铜管及与铜管内壁尺寸相过渡配合的铝棒，然后用15wt％～30wt％的硫酸溶液浸泡铜管和铝棒，经一段浸泡时间后，用清水冲洗，擦干后用钢刷刷洗铜管内壁和铝棒外壁，去除其表面杂质和氧化层。②将上述铝棒压入铜管内，两端用铜管的端部封堵严密，制成复合坯料；之后将复合坯料加热至480℃，保温50分钟，将挤压模预热至300℃，保温30分钟，然后挤压成铜包铝排。③将上述复合坯料加热至400℃，保温40分钟，轧辊预热至300℃，保温30分钟，进行轧制。首先进行两道次的热轧，待复合坯料自然冷却后再进行一道次的冷轧，道次加工率控制在20％～60％之间。④对将上述半成品进行矫直和酸洗，使其基本达到成品的尺寸要求。⑤在一个大气压的氮气保护下，经400℃，2小时的热扩散处理，使铜铝间形成紧密的冶金结合层。⑥拉制成符合尺寸及使用要求的铜包铝排。所制成的铜包铝排成品示意图如图1所示，在图1中，铜包铝排的外层为铜层1，内层为铝芯2，铜层1包覆铝芯2。

实施例3：①选择壁厚均匀的铜管及与铜管内壁尺寸相过渡配合的铝棒，然后用15wt％～30wt％的硫酸溶液浸泡铜管和铝棒，经一段时间浸泡后，用清水冲洗，擦干后用钢刷刷洗铜管内壁和铝棒外壁，去除其表面杂质和氧化层。②将上述铝棒压入铜管内，两端用铜管的端部封堵严密，制成复合坯料；之后将复合坯料加热至540℃，保温30分钟，将挤压模预热至300℃，保温30分钟，然后挤压成铜包铝排。③将上述复合坯料加热至300℃，保温60分钟，轧辊预热至200℃，保温30分钟，进行轧制。首先进行两道次的热轧，待复合坯料自然冷却后再进行一道次的冷轧，道次加工率控制在20％～60％之间。④对将上述半成品进行矫直和酸洗，使其基本达到成品的尺寸要求。⑤在一个大气压的氮气保护下，经550℃，1小时的热扩散处理，使铜铝间形成紧密的冶金结合层。⑥拉制成符合尺寸及使用要求的铜包铝排。所制成的铜包铝排成品示意图如图1所示，在图1中，铜包铝排的外层为铜层1，内层为铝芯2，铜层1包覆铝芯2。

Claims (1)

1.一种生产铜包铝排的挤压轧制复合法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

第一步骤，选择壁厚均匀的铜管及与铜管内壁相过渡配合的铝棒，用15wt％～30wt％的硫酸溶液浸泡铜管和铝棒，浸泡后，用清水冲洗，擦干后用钢刷刷洗铜管内壁和铝棒外壁，将铜管内表面及铝棒外表面清洗干净，去除油污及氧化层；

第二步骤，将铝棒压入铜管内形成复合坯料，两端封堵严密，然后将复合坯料加热至400～540℃，保温30～60分钟，之后通过卧式挤压机挤压出铜包铝排半成品；

第三步骤，将上述半成品加热至300～540℃，保温30～60分钟，然后进行1～2道次的热轧，及1～3道次的冷轧，轧制道次加工率控制在20～60％；

第四步骤，将第三步骤中制备出的铜包铝排进行矫直、酸洗；

第五步骤，在一个大气压的氮气保护下，对第四步骤中制备出的铜包铝排进行扩散处理，温度为200～550℃，保温1～3小时；

第六步骤，将第五步骤中制备出的铜包铝排拉制成最终产品。

Images