CN101704181B - 一种贵/廉金属层状复合材料零部件短流程制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种贵/廉金属层状复合材料零部件短流程制备方法，属于金属层状复合材料零部件制备领域。工艺步骤为：1)机加工分别制备所需尺寸的贵金属板坯和廉金属板坯；2)采用机械或化学方法对板坯待焊表面进行处理，去除油污、氧化层及其它杂质；3)将贵金属板坯和廉金属板坯叠在一起、对齐，然后压紧贵/廉金属叠合板坯，放入真空炉中，抽真空后，充入还原性气体或惰性气体；4)对贵/廉金属叠合板坯进行瞬时液相扩散焊，加热温度为750～900℃，保温时间为5～15min；5)随炉降温至450～700℃后，取出水淬，得到高质量的贵/廉金属层状复合材料；6)将贵/廉金属层状复合材料放入模具中，进行精密模锻成形。本发明材料界面平直、结合强度高，贵金属利用率高；生产流程和周期短、适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及金属层状复合材料零部件制备领域，特别是提供了一种贵/廉金属层状复合材料零部件短流程制备方法。
背景技术
贵/廉金属层状复合材料零部件(如滑环、换向片、触头等)由于充分结合了贵金属(如金、银及其合金)优良的导电、导热、化学稳定性等特点以及廉金属(如铜及其合金)力学性能好、资源丰富、材料成本低等特性，不但保证了零部件优异的导电性、导热性和抗氧化、抗腐蚀等性能，提高了零件的整体强度，而且显著减少了贵金属用量，大幅度降低了零部件生产成本，在高端微型精密仪器、微型电控仪表、无线电元件以及半导体器件等方面应用广泛。
目前已经公开报道的贵/廉金属层状复合材料零部件的制备方法一般是采用轧制+扩散退火、电镀+退火+轧制、爆炸复合+热处理+轧制、滚焊复合+轧制+退火等工艺成形贵/廉金属层状复合板材[陈燕俊.贵金属层叠复合材料的制备工艺与界面研究.浙江大学硕士学位论文，2001；余前春，等.微异型接点带制备方法的研究现状.贵金属，2005，26(2)：72-74]，然后机加工制备贵/廉金属层状复合材料零部件。但是，这些制备方法都明显地存在着一些不足：(1)工艺较为复杂，周期长；(2)复合材料界面状态的一致性和均匀性较差，结合强度低；(3)需要采用机加工将复合材料加工成零部件，贵金属浪费严重，生产成本高。
瞬时液相扩散焊也称接触反应钎焊或者扩散钎焊，如果生成低熔点的共晶体，也称为共晶反应钎焊，是一种新型的焊接技术。瞬时液相扩散焊的重要特征是利用在某一温度下待焊异种金属之间发生共晶反应，形成一层极薄的液相薄膜，此薄膜润湿并填充整个界面间隙，随后在保温过程中通过液相和固相之间的扩散而逐渐凝固形成界面结合层。瞬时液相扩散焊特别适用于异种金属材料、耐热合金和新材料(如陶瓷、复合材料、金属间化合物等材料)的焊接，具有对待焊表面质量要求不高、焊接温度低、时间短、精度高、残余应力小、界面结合强度高、没有明显的界面和焊接残留物等优点。
因此，充分利用瞬时液相扩散焊技术的优点，在此基础上发展一种贵/廉金属层状复合材料制备新技术，克服传统贵/廉金属层状复合材料制备工艺的不足，并与后续能精确控制产品形状尺寸的精密模锻技术相结合，短流程高效成形高质量贵/廉金属层状复合材料零部件，特别是小型或变截面贵/廉金属层状复合材料零部件，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种贵/廉金属层状复合材料零部件短流程制备方法。采用廉金属为基体，贵金属为覆层材料，借助贵金属和廉金属中的某些金属元素在一定温度下发生反应生成低熔点的共晶组织，形成结合强度高的界面过渡层，高效制备形状尺寸精确控制的高质量贵/廉金属层状复合坯料，并且无需进行退火处理，即可直接与后续精密模锻技术相结合，近终成形贵/廉金属层状复合材料零部件，以便解决目前贵/廉金属层状复合材料零部件制备中工艺复杂、周期长、贵金属浪费严重、产品的界面状态一致性和均匀性较差、界面结合强度低、生产成本高等问题。
一种高性能贵/廉金属层状复合材料零部件短流程制备方法，制备工艺步骤如下：
(1)根据1∶1～1∶100的层厚比要求，机加工分别制备所需尺寸的贵金属板坯和廉金属板坯；
(2)采用机械或化学方法对上述板坯待焊表面进行处理，去除表面油污、氧化层及其它杂质；
(3)将贵金属板坯和廉金属板坯叠在一起，用定位夹具对齐，然后用夹持夹具压紧贵/廉金属叠合板坯，放入真空炉中，抽真空后，充入还原性气体或惰性气体保护，其中真空度0.1～100Pa；
(4)对贵/廉金属叠合板坯进行瞬时液相扩散焊，加热温度为750～900℃，保温时间为5～15min；
(5)随炉降温至450～700℃后，取出水淬，得到高质量的贵/廉金属层状复合材料；
(6)将干燥后的贵/廉金属层状复合材料放入模具中，进行精密模锻成形，最终制备得到界面平直、结合强度高的贵/廉金属层状复合材料零部件。
本发明所述的贵金属为纯银、金银合金、银合金；所述的廉金属为纯铜、铜合金。
本发明提供的贵/廉金属层状复合材料零部件短流程制备工艺的优点在于：
(1)贵/廉金属层状复合材料的界面平直，结合强度高；
(2)在从坯料到成品的整个制备过程中无需对贵金属进行机加工，贵金属利用率高；
(3)可以高效制备形状比较复杂的贵/廉金属层状复合材料零部件，流程和周期短；
(4)通过改变模具形状可以成形多种形状的贵/廉金属层状复合材料零部件，适用范围广；
(5)特别适用于制备小型或变截面贵/廉金属层状复合材料零部件。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的熟练技术人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
实施例1：
尺寸为15×1.2×2.5mm的纯银/纯铜层状复合材料零部件的制备。
(1)机加工分别制备10.7×1.2×0.5mm的纯银板坯和10.7×1.2×3mm的纯铜板坯；
(2)用砂纸对上述板坯待焊表面进行处理，去除表面油污、氧化层及其它杂质；
(3)将纯银板坯和纯铜板坯叠在一起，用定位夹具对齐，然后用夹持夹具压紧纯银/纯铜叠合板坯，放入真空炉中，抽真空后，充入氩气保护，其中真空度0.1Pa；
(4)对纯银/纯铜叠合板坯进行瞬时液相扩散焊，加热温度为750℃，保温时间为15min；
(5)随炉降温至780℃后，取出水淬，得到高质量的纯银/纯铜层状复合材料；
(6)将自然风干后的纯银/纯铜层状复合材料放入模具中，进行精密模锻成形，最终制备得到界面平直、结合强度高的15×1.2×2.5mm纯银/纯铜层状复合材料零部件。
实施例2：
尺寸为20×3×1.5mm的纯银/纯铜层状复合材料零部件的制备。
(1)机加工分别制备12.5×3×0.4mm的纯银板坯和12.5×3×2mm的纯铜板坯；
(2)用砂纸对上述板坯待焊表面进行处理，去除表面油污、氧化层及其它杂质；
(3)将纯银板坯和纯铜板坯叠在一起，用定位夹具对齐，然后用夹持夹具压紧纯银/纯铜叠合板坯，放入真空炉中，抽真空后，充入氩气保护，其中真空度10Pa；
(4)对纯银/纯铜叠合板坯进行瞬时液相扩散焊，加热温度为770℃，保温时间为10min；
(5)随炉降温至600℃后，取出水淬，得到高质量的纯银/纯铜层状复合材料；
(6)将自然风干后的纯银/纯铜层状复合材料放入模具中，进行精密模锻成形，最终制备得到界面平直、结合强度高的20×3×1.5mm纯银/纯铜层状复合材料零部件。
实施例3：
由尺寸为21×1.2×2mm、10.5×3×2mm的两段构成的纯银/纯铜层状复合材料零部件的制备。
(1)机加工分别制备由尺寸为14×1.2×0.5mm、7×3×0.5mm的两段构成的纯银板坯和由尺寸为14×1.2×2.5mm、7×3×2.5mm的两段构成的纯铜板坯；
(2)用砂纸对上述板坯待焊表面进行处理，去除表面油污、氧化层及其它杂质；
(3)将纯银板坯和纯铜板坯叠在一起，用定位夹具对齐，然后用夹持夹具压紧纯银/纯铜叠合板坯，放入真空炉中，抽真空后，充入氩气保护，其中真空度100Pa；
(4)对纯银/纯铜叠合板坯进行瞬时液相扩散焊，加热温度为790℃，保温时间为5min；
(5)随炉降温至450℃后，取出水淬，得到高质量的纯银/纯铜层状复合材料；
(6)将自然风干后的纯银/纯铜层状复合材料放入模具中，进行精密模锻成形，最终制备得到界面平直、结合强度高的由尺寸为21×1.2×2mm、10.5×3×2mm的两段构成的纯银/纯铜层状复合材料零部件。
实施例4：
尺寸为15×1.2×2.5mm的AuAg10合金/纯铜层状复合材料零部件的制备。
(1)机加工分别制备10.7×1.2×0.5mm的AuAg10合金板坯和10.7×1.2×3mm的纯铜板坯；
(2)用丙酮和酒精对AuAg10合金板坯待焊表面进行处理，用砂纸对纯铜板坯待焊表面进行处理，去除表面油污、氧化层及其它杂质；
(3)将AuAg10合金板坯和纯铜板坯叠在一起，用定位夹具对齐，然后用夹持夹具压紧AuAg10合金/纯铜叠合板坯，放入真空炉中，抽真空后，充入氩气保护，其中真空度0.1Pa；
(4)对AuAg10合金/纯铜叠合板坯进行瞬时液相扩散焊，加热温度为850℃，保温时间为15min；
(5)随炉降温至650℃后，取出水淬，得到高质量的AuAg10合金/纯铜层状复合材料；
(6)将自然风干后的AuAg10合金/纯铜层状复合材料放入模具中，进行精密模锻成形，最终制备得到界面平直、结合强度高的15×1.2×2.5mm AuAg10合金/纯铜层状复合材料零部件。
实施例5：
尺寸为20×3×1.5mm的AuAg10合金/纯铜层状复合材料零部件的制备。
(1)机加工分别制备12.5×3×0.4mm的AuAg10合金板坯和12.5×3×2mm的纯铜板坯；
(2)用砂纸对AuAg10合金板坯待焊表面进行处理，用硝酸对纯铜板坯待焊表面进行处理，去除表面油污、氧化层及其它杂质；
(3)将AuAg10合金板坯和纯铜板坯叠在一起，用定位夹具对齐，然后用夹持夹具压紧AuAg10合金/纯铜叠合板坯，放入真空炉中，抽真空后，充入氩气保护，其中真空度10Pa；
(4)对AuAg10合金/纯铜叠合板坯进行瞬时液相扩散焊，加热温度为870℃，保温时间为12min；
(5)随炉降温至550℃后，取出水淬，得到高质量的AuAg10合金/纯铜层状复合材料；
(6)将自然风干后的AuAg10合金/纯铜层状复合材料放入模具中，进行精密模锻成形，最终制备得到界面平直、结合强度高的20×3×1.5mmAuAg10合金/纯铜层状复合材料零部件。
实施例6：
由尺寸为14×1.2×2.5mm、10×3.4×2.5mm的两段构成的AuAg10合金/纯铜层状复合材料零部件的制备。
(1)机加工分别制备由尺寸为8.75×1.2×0.8mm、6.25×3.4×0.8mm的两段构成的AuAg10合金板坯和由尺寸为8.75×1.2×3.2mm、6.25×3.4×3.2mm的两段构成的纯铜板坯；
(2)用丙酮和酒精对AuAg10合金板坯待焊表面进行处理，用硝酸对纯铜板坯待焊表面进行处理，去除表面油污、氧化层及其它杂质；
(3)将AuAg10合金板坯和纯铜板坯叠在一起，用定位夹具对齐，然后用夹持夹具压紧AuAg10合金/纯铜叠合板坯，放入真空炉中，抽真空后，充入氩气保护，其中真空度100Pa；
(4)对AuAg10合金/纯铜叠合板坯进行瞬时液相扩散焊，加热温度为900℃，保温时间为10min；
(5)随炉降温至700℃后，取出水淬，得到高质量的AuAg10合金/纯铜层状复合材料；
(6)将自然风干后的AuAg10合金/纯铜层状复合材料放入模具中，进行精密模锻成形，最终制备得到界面平直、结合强度高的由尺寸为14×1.2×2.5mm、10×3.4×2.5mm的两段构成的AuAg10合金/纯铜层状复合材料零部件。
Claims (1)
1.一种高性能贵/廉金属层状复合材料零部件短流程制备方法，其特征在于制备工艺步骤如下：
(1)根据1∶1～1∶100的层厚比要求，机加工分别制备所需尺寸的贵金属板坯和廉金属板坯；
(2)采用机械或化学方法对上述板坯待焊表面进行处理，去除表面油污、氧化层及其它杂质；
(3)将贵金属板坯和廉金属板坯叠在一起，用定位夹具对齐，然后用夹持夹具压紧贵/廉金属叠合板坯，放入真空炉中，抽真空后，充入还原性气体或惰性气体保护，其中真空度0.1～100Pa；
(4)对贵/廉金属叠合板坯进行瞬时液相扩散焊，加热温度为750～900℃，保温时间为5～15min；
(5)随炉降温至450～700℃后，取出水淬，得到高质量的贵/廉金属层状复合材料；
(6)将干燥后的贵/廉金属层状复合材料放入模具中，进行精密模锻成形，最终制备得到界面平直、结合强度高的贵/廉金属层状复合材料零部件；所述的贵金属为纯银、金银合金、银合金；所述的廉金属为纯铜、铜合金。
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