CN102172660A - 一种散热器用铜铝复合型材一次挤压成型工艺及其装置 - Google Patents

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周照耀
潘健怡
丁司懿
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Abstract

本发明公开了一种散热器用铜铝复合型材一次挤压成型及其装置，该成型工艺过程分为铝合金挤压和铜铝复合挤压，先进行铝合金挤压，当传统铝或铝合金挤压的挤压速度至少达到10m/min时，再进入铜铝复合一次挤压成型。实施复合挤压成型装置是在传统挤压机一侧增设铜板送铜板机构和铜板预热保温装置；在挤压模下半部与模套分别开设有中心线重合的槽，两槽构成送料槽；滚轮机构对称轴线与铜卷和送料槽的中心线均在同一直线上。本发明挤压成型工艺简单、可靠，大大缩短了生产周期，所得产品铜铝复合的过渡层组织细密，散热效率高，并且可节约大量优质贵重有色金属，有效降低成本。本发明通用性强，操作简易，性价比高，工业化生产前景好。

Description

一种散热器用铜铝复合型材一次挤压成型工艺及其装置
技术领域
本发明涉及铜铝复合型材的成型方法，具体是指一种散热器用铜铝复合型材一次挤压成型工艺及其装置。
背景技术
目前，市售铜铝复合散热器种类繁多，所采用的铜铝复合技术也各有不同。常用的有钎焊、螺丝锁合、热胀冷缩结合、机械式压合等方式(徐高磊，张迎晖，林木法，邓江文，铜铝复合材料的研究与应用，《有色金属加工》1671-6795(2008)04-0006-04)。
近几年来，散热器生产商在原有铝合金散热器的基础上作了技术改进，在散热翅片反面加上5～6mm厚的紫铜板，或者在铝制散热翅中加入紫铜散热管，以利于提高散热效果。目前高速CPU芯片就采用了上述设计的散热器进行散热，但由于铝-铜的物理性质差异较大，形成致密可靠连接的难度较大，因此如何将二者有效地连接在一起成了此项技术应用的关键。常用的复合技术仍以焊接为主，就是先在铝表面镀镍，再与铜板实行软钎焊，即形成铝-镍-铜体系。这一工艺方法基本上能达到产品设计的技术要求，但由于需要增加电镀工艺，因此生产成本较高，而且由于镍的热传导性较差，阻碍了散热器散热效果的进一步提高，没有最大限度的发挥(铜-铝)散热器设计的技术优势(高岩，铜-铝散热器专用焊膏的制备与性能研究，《江西理工大学硕士学位论文》，2009-JX16-6.0206)。
纵上所述，铜铝复合技术有多种，但是与挤压法在型材挤压一次成型(如铜铝复合散热器)工艺相关的技术没有任何报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有铜铝复合技术中存在的不足之处，提供一种散热器用铜铝复合型材一次挤压成型工艺。
本发明的另一个目的在于为实现本发明一次挤压成型工艺，对传统的铝型材挤压设备及工模具进行改进，设计一种散热器用铜铝复合型材一次挤压成型工艺专用的装置。
本发明的目的可以通过如下技术方案来实现：
一种散热器用铜铝复合型材一次挤压成型工艺，包括铝或铝合金挤压，其特征在于：当传统铝或铝合金挤压的挤压速度至少达到10m/min时，进入铜铝复合一次挤压成型，其步骤及其工艺条件包括：
(1)预热经常规处理的铜板，其预热温度为400-420℃；
(2)铝或铝合金锭在挤压模腔中与铜板压合，其挤压工艺条件如下：
挤压温度：420-500℃；
挤压筒挤压力：≥7.5MN；
复合成型所需单位压力：450-1000MPa；
挤压速度：10-80m/min。
实现本发明一次挤压成型工艺，对传统的铝型材挤压设备及工模具进行改进，设计一种散热器用铜铝复合型材一次挤压成型工艺的装置，包括挤压机，其特征在于：
(1)在传统挤压机一侧增设送铜板机构和铜板预热保温装置；
(2)挤压模下半部与模套分别开设有中心线重合的槽，两槽构成送料槽，挤压模下半部所开的槽槽深为铜板厚度加0.05-0.1mm，模套所开的槽槽深为铜板厚度加0.1-0.3mm；
(3)对准保温箱铜板出料口的滚轮机构对称轴线与铜卷的中心线、送料槽的中心线均在同一直线上。
本发明与现有技术相比具有如下突出的优点：
1、本发明是铜带与铝锭或铝合金在挤压力的作用下一次挤压成型，工艺简单、可靠，大大缩短了生产周期，可获得界面过渡层厚度小于45um，而剪切强度至少50MPa的良好复合界面的散热器用铜铝复合型材产品。该铜铝复合型材能充分发挥铜铝材料各自的性能优势，大大增强散热效率，同时，可节约大量优质贵重有色金属，有效降低成本。
2、本发明利用传统挤压机，在传统挤压机一侧增设铜板送铜板机构和铜板预热保温装置，并对模具、模套结构作针对性的改进，可确保铜板最大程度与铝材快速一次挤压成型，而且型材品质优良，经济实用。
3、本发明挤压模和模套的送料槽设计有效地保证了铜板最大程度与铝材压合，所得产品铜铝复合的过渡层组织细密，散热效率高，使用周期加长。
4、本发明通用性强，操作简易，有望以较高的性价比进行产业化生产，工业化生产前景好。
附图说明
图1是本发明送铜板机构的俯视图。
图2是本发明挤压模主视图。
图3是本发明挤压模左视图。
图4是本发明实施例制备的铜铝复合型材散热器产品结构示意图。
图1中：1.模套，2.导流模，3.挤压模，4.模垫，5.滚轮机构，6.预热保温装置，7.铜卷，8.铜板。
图2、图3中：9.挤压模下半部，10.挤压模上半部，11.槽。
图4中：12.肋板，13.散热片。
具体实施方式
通过如下实施例及附图对本发明作进一步的详细描述。但本发明的实施方式不仅限于此。
本实施例一次挤压成型工艺挤压成型的散热器用铜铝复合型材产品的结构示意图如图4所示，散热片13采用6063铝合金，总长度为52.5mm，分布间距是5.5mm，厚度为1mm；主要起固定散热器作用的肋板12厚度为3mm；散热片片数N＝8；总高度是30mm，铝合金散热器底部镶嵌0.2mm厚度的铜板8。
制备上述散热器用铜铝复合型材一次挤压成型工艺专用的装置是对传统的铝型材挤压设备及工模具进行改进，在传统挤压机的一侧增设送铜板机构和铜板预热保温装置。所述送铜板机构如图1所示，从左往右依次装配有模垫4、挤压模3和导流模2的模套构件作为一个整体，安装在挤压机中的铝锭出料口处；在距离模套11至1.5米处加设一个滚轮机构5，其入料端对准保温箱铜板出料口，出料端对准模套1和挤压模3的罅缝。挤压模下半部9与模套1所开设槽的中心线完全重合，两槽构成送料槽。滚轮机构对称轴线与铜卷的中心线、送料槽的中心线均在同一直线上。铜卷7安装在预热保温装置6中，铜卷7上的铜板8穿过滚轮被稳固夹持，再垂直穿过送料槽与模腔中的铝锭压合。
所述挤压模如图2、3所示，为了确保铜板能够顺利进入到模腔内，同时铝锭不至于从所开的送料槽挤出，在挤压模下半部9的模面上开设槽11，槽深可在铜板厚度加0.05-0.1mm范围内选择，模套1所开的槽槽深可在铜板厚度加0.1-0.3mm范围内选择；本实施例挤压模下半部模面开出宽度×深度为52.5mm×0.28mm的槽11，槽11一直贯通至模腔；模套所开的槽槽宽度×深度为52.5mm×0.3mm，贯通内外。
所述预热保温装置6是一个常规加热、保温、温控系统，安装在距离模套12.5至3米处，置于其中的铜卷7在预热保温装置6内部进行预热保温处理，其温度稳定维持在400-420℃。
一次挤压成型步骤及其工艺条件包括：
(1)首先利用传统方法对铜板进行预处理：依次经碱溶液脱脂处理、清水冲洗、钢丝轮除锈和打毛，然后把经常规处理的铜板安装在预热保温装置6中的铜卷7，预热铜板，使其温度恒定在400～420℃范围内，准备引入滚轮机构5的入料端。
滚轮机构5采用多辊夹持的方式，可通过控制两排滚轮间距，控制夹持力度，从而实现对铜板定位以及控制送料速度。
(2)铝或铝合金锭在挤压模腔中与铜板压合，其工艺过程分为铝合金挤压和铜铝复合挤压，铝合金挤压为传统挤压，其参数如表1所示。当铝合金挤压的挤压速度达到10m/min并稳定运行时，进入铜铝复合挤压阶段，其铜铝复合挤压工艺条件如下：
挤压温度：480±2℃；
挤压筒挤压力：10±0.1MN；
复合成型所需单位压力：800±5MPa；
挤压速度：10±0.1m/min。
表1铝锭挤压过程工艺参数
  合金种类   铸锭温度/℃   挤压筒温度/℃   模具温度/℃   挤压系数   挤压速度/m/min
  6063   430   450   480   25   10
在铜铝复合挤压开始前，操作人员先将一定长度的铜板穿过模套1、挤压模3，送入到挤压模3模腔中。然后开启挤压机，挤压轴开始推动铝锭运动；铝锭通过导流模2后，在挤压模3腔内与铜板汇合。在430±2℃温度、10MN的压力作用下，铝锭与铜板带表面迅速发生界面反应，铜和铝原子相互扩散；在两种金属中形成扩散层，在界面上还形成金属间化合物，从而二者牢固结合。成型后的铜铝复合散热器通过空刀、后空刀、模垫、垫环等部位后，逐级降温强化，最后形成界面过渡层厚度小于45um，剪切强度至少50MPa的良好复合界面的如图4所示的散热器用铜铝复合型材，截取适当长度后进行表面处理即可。

Claims (2)

1.一种散热器用铜铝复合型材一次挤压成型工艺，包括铝或铝合金挤压，其特征在于：当传统铝或铝合金挤压的挤压速度至少达到10m/min时，进入铜铝复合一次挤压成型，其步骤及其工艺条件包括：
(1)预热经常规处理的铜板，其预热温度为400-420℃；
(2)铝或铝合金锭在挤压模腔中与铜板压合，其挤压工艺条件如下：
挤压温度：420-500℃；
挤压筒挤压力：≥7.5MN；
复合成型所需单位压力：450-1000MPa；
挤压速度：10-80m/min。
2.一种散热器用铜铝复合型材一次挤压成型工艺的装置，包括挤压机，其特征在于：
(1)在传统挤压机一侧增设送铜板机构和铜板预热保温装置；
(2)挤压模下半部与模套分别开设有中心线重合的槽，两槽构成送料槽，挤压模下半部所开的槽槽深为铜板厚度加0.05-0.1mm，模套所开的槽槽深为铜板厚度加0.1-0.3mm；
(3)对准保温箱铜板出料口的滚轮机构对称轴线与铜卷的中心线、送料槽的中心线均在同一直线上。
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