CN101704182B - 一种贵/廉金属层状复合材料零部件冷压复合成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属层状复合材料零部件制备技术领域，特别是提供了一种贵/廉金属层状复合材料零部件冷压复合成形方法。其特征是采用廉金属为基体，贵金属为覆层材料，借助贵金属和廉金属在室温下受到压力产生大的塑性变形，界面纯净金属通过压接产生原子之间的结合，并利用复合坯料在成形过程中与模具接触界面受力状况对复合界面平直度的影响，在模具的约束下完成冷压复合成形，直接获得界面平直、结合强度高、无飞边和毛刺、产品形状尺寸精确控制的贵/廉金属层状复合材料零部件。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技术领域，特别是提供了一种贵/廉金属层状复合材料零部件冷压复合成形方法。
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、铝及其合金)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。
冷压焊是在没有外部热源或电流作用以及填充剂或焊剂的条件下，通过在室温下对工件施加压力的方法，使金属产生塑性变形，将连接部位界面上的氧化膜和其他杂质挤出来，使纯净的金属压接到一定的原子间距(约4×10-8～6×10-8cm)形成晶格面，产生原子之间的结合，而实现固态焊接的一种方法。冷压焊主要适用于硬度不高、塑性好的金属薄板、线材、棒材和管材的连接。特别适宜于在焊接中不允许接头升温的产品；很多不会产生快速加工硬化或未经严重硬化的塑性金属如Cu、Al、Ag、Au、Ni、Zn、Cd、Ti、Pb及其合金，均适合冷压焊；它们之间的任意组合，包括液相、固相不相溶的非共格金属如Al与Pb、Zn与Pb等的组合，也可进行冷压焊。因冷压焊的焊接接头不会产生软化区、热影响区和脆性金属中间相，因此接头的结合强度、导电性能和耐腐蚀性都很好。但是，传统的冷压焊技术仅仅是一种材料连接技术，还不是一种复合材料的成形技术；并且，传统的冷压焊技术需要将连接部位界面上的氧化膜和其他杂质在压力下产生塑性变形挤出来，导致出现焊接飞边、毛刺，要进行后续处理去除，存在着工艺复杂、周期长，贵金属浪费严重、成本较高，复合材料界面的平直度较差，产品的形状尺寸难以精确控制等问题。
因此，充分利用传统冷压焊技术和能精确控制产品形状尺寸的精密模锻技术的优点，将二者在原理上相结合，合二为一，开发一种不产生飞边和毛刺、复合材料界面平直、产品形状尺寸精确控制的冷压复合成形技术，克服传统贵/廉金属层状复合材料零部件制备工艺的不足，直接近终成形高质量贵/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冷压复合成形方法，解决目前贵/廉金属层状复合材料零部件生产中工艺复杂、周期长、贵金属浪费严重、产品的界面尺寸均匀性较差、界面结合强度低、生产成本高等问题。
一种贵/廉金属层状复合材料零部件冷压复合成形方法，具体步骤如下：
(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)对上述板坯进行退火处理，退火温度为260～550℃、保温时间为30～60min；
(3)用钢刷对退火后的板坯待复合表面进行处理；
(4)将贵金属板坯和廉金属板坯上下叠合在一起，然后装入模具内；
(5)对贵/廉金属叠合板坯进行冷压复合成形，压下速率为0.1～2mm/min、压下率为65％～80％；
(6)取出已复合的贵/廉金属层状复合材料，在450～550℃氢气保护下退火1.5～2.5h；
(7)将退火后的贵/廉金属层状复合材料按与(4)中贵金属与廉金属上下反向的方式放入模具内；
(8)以压下速率为0.1～2mm/min对贵/廉金属层状复合材料进行精密成形，直至材料充满模具型腔，即成形获得界面平直、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金、纯银、金合金、银合金；所述的廉金属为纯铜、纯铝、铜合金、铝合金。
本发明采用廉金属为基体，贵金属为覆层材料，借助贵金属和廉金属在室温下受到压力产生大的塑性变形，界面纯净金属通过压接产生原子之间的结合，并利用复合坯料在成形过程中与模具接触界面受力状况对复合界面平直度的影响，在模具的约束下完成冷压复合成形，直接获得界面平直、结合强度高、无飞边和毛刺、产品形状尺寸精确控制的贵/廉金属层状复合材料零部件。
本发明提供的贵/廉金属层状复合材料零部件冷压复合成形方法的优点在于：
(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生产过程中无需对贵金属进行机加工，贵金属利用率高；
(3)可以直接近终成形形状比较复杂的贵/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30×3×1.8mm的银/铜层状复合材料零部件的成形。
(1)机加工分别制备6.75×3×1.6mm的纯银板坯和6.75×3×6.4mm的纯铜板坯；
(2)对上述板坯进行退火处理，纯银板坯退火温度为360℃、保温时间为30min，纯铜板坯退火温度为550℃、保温时间为30min；
(3)用钢刷对退火后的板坯待复合表面进行处理；
(4)先将纯铜板坯装入模具底部，然后再将纯银板坯放入模具内，叠放在纯铜板坯上面；
(5)对银/铜叠合板坯进行冷压复合成形，压下速率为2mm/min、压下率为75％；
(6)取出已复合的银/铜层状复合材料，在450℃氢气保护下退火2.5h；
(7)将退火后的银/铜层状复合材料反向(纯铜基体在上、纯银覆层在下)放入模具内；
(8)以压下速率为0.1mm/min对银/铜层状复合材料进行精密成形，直至材料充满模具型腔，即成形获得界面平直、结合强度高的30×3×1.8mm银/铜层状复合材料零部件。
实施例2：
尺寸为13.6×1.2×2.5mm的AuAg10合金/铜层状复合材料零部件的成形。
(1)机加工分别制备4.2×1.2×1.5mm的AuAg10合金板坯和4.2×1.2×6.6mm的纯铜板坯；
(2)对上述板坯进行退火处理，AuAg10合金板坯退火温度为260℃、保温时间为60min，纯铜板坯退火温度为450℃、保温时间为60min；
(3)用钢刷对退火后的板坯待复合表面进行处理；
(4)先将AuAg10合金板坯装入模具底部，然后再将纯铜板坯放入模具内，叠放在AuAg10合金板坯上面；
(5)对AuAg10合金/铜叠合板坯进行冷压复合成形，制备AuAg10合金/铜层状复合材料，压下速率为0.1mm/min、压下率为65％；
(6)取出已复合的AuAg10合金/铜层状复合材料，在550℃氢气保护下退火1.5h；
(7)将退火后的AuAg10合金/铜层状复合材料反向(AuAg10合金覆层在上、纯铜基体在下)放入模具内；
(8)以压下速率为2mm/min对AuAg10合金/铜层状复合材料进行精密成形，直至材料充满模具型腔，即成形获得界面平直、结合强度高的13.6×1.2×2.5mmAuAg10合金/铜层状复合材料零部件。
实施例3：
由尺寸为15.75×1.2×2mm、9×3×2mm的两段构成的银/铜层状复合材料零部件的成形。
(1)机加工分别制备由尺寸为10.5×1.2×0.5mm、6×3×0.5mm的两段构成的纯银板坯和由尺寸为10.5×1.2×2.5mm、6×3×2.5mm的两段构成的纯铜板坯；
(2)对上述板坯进行退火处理，纯银板坯退火温度为300℃、保温时间为40min，纯铜板坯退火温度为500℃、保温时间为40min；
(3)用钢刷对退火后的板坯待复合表面进行处理；
(4)先将纯银板坯装入模具底部，然后再将纯铜板坯放入模具内，叠放在纯银板坯上面；
(5)对银/铜叠合板坯进行冷压复合成形，压下速率为2mm/min、压下率为70％；
(6)取出已复合的银/铜层状复合材料，在500℃氢气保护下退火2h；
(7)将退火后的银/铜层状复合材料反向(纯银覆层在上、纯铜基体在下)放入模具内；
(8)以压下速率为2mm/min对银/铜层状复合材料进行精密成形，直至材料充满模具型腔，即成形获得界面平直、结合强度高的由尺寸为15.75×1.2×2mm、9×3×2mm的两段构成的银/铜层状复合材料零部件。
实施例4：
由尺寸为19.84×1.5×2.5mm、13.76×2.5×2.5mm的两段构成的AuAg10合金/铜层状复合材料零部件的成形。
(1)机加工分别制备由尺寸为12.4×1.5×0.8mm、8.6×2.5×0.8mm的两段构成的AuAg10合金板坯和由尺寸为12.4×1.5×3.2mm、8.6×2.5×3.2mm的两段构成的纯铜板坯；
(2)对上述板坯进行退火处理，AuAg10合金板坯退火温度为280℃、保温时间为35min，纯铜板坯退火温度为520℃、保温时间为35min；
(3)用钢刷对退火后的板坯待复合表面进行处理；
(4)先将纯铜板坯装入模具底部，然后再将AuAg10合金板坯放入模具内，叠放在纯铜板坯上面；
(5)对AuAg10合金/铜叠合板坯进行冷压复合成形，压下速率为0.1mm/min、压下率为72％；
(6)取出已复合的AuAg10合金/铜层状复合材料，在480℃氢气保护下退火2.2h；
(7)将退火后的AuAg10合金/铜层状复合材料反向(纯铜基体在上、AuAg10合金覆层在下)放入模具内；
(8)以压下速率为0.1mm/min对AuAg10合金/铜层状复合材料进行精密成形，直至材料充满模具型腔，即成形获得界面平直、结合强度高的由尺寸为19.84×1.5×2.5mm、13.76×2.5×2.5mm的两段构成的AuAg10合金/铜层状复合材料零部件。
Claims (1)
1.一种贵/廉金属层状复合材料零部件冷压复合成形方法，其特征在于：
(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)对上述板坯进行退火处理，退火温度为260～550℃、保温时间为30～60min；
(3)用钢刷对退火后的板坯待复合表面进行处理；
(4)将贵金属板坯和廉金属板坯上下叠合在一起，然后装入模具内；
(5)对贵/廉金属叠合板坯进行冷压复合成形，压下速率为0.1～2mm/min、压下率为65％～80％；
(6)取出已复合的贵/廉金属层状复合材料，在450～550℃氢气保护下退火1.5～2.5h；
(7)将退火后的贵/廉金属层状复合材料按与步骤(4)中贵金属与廉金属上下反向的方式放入模具内；
(8)以压下速率为0.1～2mm/min对贵/廉金属层状复合材料进行精密成形，直至材料充满模具型腔，即成形获得界面平直、结合强度高的贵/廉金属层状复合材料零部件；所述的贵金属为纯金、纯银、金合金、银合金；所述的廉金属为纯铜、纯铝、铜合金、铝合金。
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