CN102205346A - 铜-铝-铜复合板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合材料技术领域的铜-铝-铜复合板材的制备方法，通过将两块经表面清洁预处理的铜合金竖直相对设置，熔化后的铝液浇注到两块铜合金之间得到合金毛坯，将合金毛坯进行热处理，再经轧制得到铜-铝-铜三层复合板，最后将铜-铝-铜三层复合板进行轧后处理得到铜-铝-铜复合板材。本发明解决了铜表面易氧化造成铜/铝界面结合强度低的问题，使铜/铝复合板界面结合强度较直接平面对接轧制最大可提高近3倍。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种复合材料技术领域的合金板材及制备方法，具体是一种铜-铝-铜复合板材的制备方法。
背景技术
将两种或两种以上的材料复合而成的复合材料，其物理、化学、力学性能及价格差别于单一材料，具有许多单一材料所不具有的优点，被广泛的应用于航空、石油、化工、造船、汽车、电子等工业领域。铜铝复合材料作为一种新型复合材料，将铜或铜合金与铝或铝合金通过一定的制造工艺复合而成，具有铜的导电导热率高、接触电阻低等优点以及铝的质轻等优点，同时避免了铜资源短缺、价格较高而铝耐磨、耐蚀等性能较差的缺点，在电子、电力、电器、冶金、机械、汽车和生活用品等领域具有很广阔的应用前景。
目前，制备金属复合板材料的方法主要包括：爆炸焊接，扩散焊接，摩擦搅拌焊，轧制等。爆炸焊接法具有一定的工艺危险性，生产效率低，同时不宜生产薄板；扩散焊接法和摩擦搅拌焊接法设备复杂，成本高，生产率不高。轧制以成本低，效率高等优点成为一种极具潜力的大规模生产铜铝复合材料的加工方法。
然而，在铜-铝-铜复合板材轧制过程中，由于铜、铝表面都易氧化，形成一层氧化膜，在轧制过程中氧化膜不容易破裂。另外，对于铜铝体系，热处理过程中很容易在界面形成金属间化合物相(Al4Cu9，Al3Cu4，AlCu，Al2Cu)，造成界面强度的下降。因此，美国的Metal and Control Cop提出了制备复合材料的三步法工艺，即表面处理-轧制复合-退火强化处理并不适用于铜铝复合板材的制备。然而采用真空或气氛保护下的热轧设备要求高，工艺复杂，不适合工业生产中的推广。
经过对现有技术的检索发现，(1)中国发明专利公开号为CN1408485A，发明名称为铜-铝-铜三层复合板的制造方法，该工艺以普通电解铜做原料，插入石墨模中钼锭两侧空隙，再将模体投入使用氢气等还原性气体做保护气体的加热炉中加热，然后经保温，热轧、热处理等工序加工即成。但是该现有技术要求在真空或气氛保护下进行，制备工艺复杂，不利于产业化生产。(2)中国发明专利公开号为CN101447258A，发明名称为一种铜包铝复合板带的制造方法，该方法通过铜包铝包芯铸造坯料的制备和铜包铝复合板带的制造两个步骤完成。但是该现有技术要求多道次轧制及中间退火，工艺繁琐复杂。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种铜-铝-铜复合板材的制备方法，通过在室温下，将熔化的铝液浇注到两平行铜合金中间形成铜-铝-铜三层毛坯件，解决了铜表面易氧化造成铜/铝界面结合强度低的问题，使铜/铝复合板界面结合强度较直接平面对接轧制最大可提高近3倍。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过将两块经表面清洁预处理的铜合金竖直相对设置，熔化后的铝液浇注到两块铜合金之间得到合金毛坯，将合金毛坯进行热处理，再经轧制得到铜-铝-铜三层复合板，最后将铜-铝-铜三层复合板进行轧后处理得到铜-铝-铜复合板材。
所述的表面清洁预处理是指：将铜合金在10～20％的硫酸溶液中浸洗4分钟，去除表面的氧化膜，用清水冲洗表面，吹干，然后用滚动电刷打磨表面；
所述的铜合金为带状结构，由HNi65-5镍黄铜制成；
所述的竖直相对设置是指：将表面处理好的铜合金平行竖直固定，且两块铜合金表面之间的间距为3～20mm。
所述的铝液为1050工业纯铝的熔融液
所述的熔化是指：将1050工业纯铝表面打磨干净并置入陶瓷坩锅中，采用井式热处理试验炉设置于760℃使得工业纯铝熔化。
所述的热处理是指：将合金毛坯件置于气氛保护热处理炉中加热至350～500℃，保温30～180分钟，使铜合金与工业纯铝发生扩散。
所述的轧制是指：将热处理后的合金毛坯送入轧机进行一道次、不可逆热轧制，轧制速度0.5～5m/s，一道次轧制压下率40～65％。
所述的轧后处理是指：将铜-铝-铜三层复合板在箱式热处理炉中进行热处理，热处理温度为：300～450℃，热处理时间为：30～180分钟，然后对复合板进行校平剪边，得到铜-铝-铜复合板材。
附图说明
图1为本发明流程图。
图2为实施例制备铜-铝-铜轧制毛坯件示意图。
具体实施方式
下面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
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
步骤一：铜表面处理
将0.8×50×150mm3的退火态HNi65-5镍黄铜在10～20％的硫酸溶液中浸洗4分钟，去除表面的氧化膜，然后用清水冲洗表面，吹干。用滚动电刷打磨表面。
步骤二：铜-铝-铜三层板毛坯件制备
制备简易的固定模具，如附图2。将打磨好的镍黄铜合金固定于固定模具的两平行面上，铜合金之间的距离为3mm。将1050工业纯铝表面打磨干净，置入陶瓷坩锅中，放入井式热处理试验炉中，760℃熔化。室温下将熔化后的铝液浇铸进固定模具中，冷却后取出铜-铝-铜三层毛坯件。将制备好的毛坯件置于气氛保护热处理炉中加热至350℃，保温180分钟，使铜铝发生扩散。
步骤三：轧制
将热处理后的毛坯件取出后即送入轧机，进行一道次，不可逆热轧制，轧制速度0.5m/s，一道次轧制压下率65％。
步骤四：轧后处理
将轧制后的铜-铝-铜三层复合板在箱式热处理炉中进行热处理，热处理温度为：300℃，热处理时间为：180分钟。然后对复合板进行校平，剪边。与相等处理条件下常规轧制法轧制复合板相比，界面强度提高了近3倍。
实施例2
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
步骤一：铜表面处理
将2×50×150mm3的退火态HNi65-5镍黄铜在10～20％的硫酸溶液中浸洗4分钟，去除表面的氧化膜，然后用清水冲洗表面，吹干。用滚动电刷打磨表面。
步骤二：铜-铝-铜三层板毛坯件制备
制备简易的固定模具，如附图2。将打磨好的镍黄铜合金固定于固定模具的两平行面上，铜合金之间的距离为20mm。将1050工业纯铝表面打磨干净，置入陶瓷坩锅中，放入井式热处理试验炉中，760℃熔化。室温下将熔化后的铝液浇铸进固定模具中，冷却后取出铜-铝-铜三层毛坯件。将制备好的毛坯件置于气氛保护热处理炉中加热至500℃，保温30分钟，使铜铝发生扩散。
步骤三：轧制
将热处理后的毛坯件取出后即送入轧机，进行一道次，不可逆热轧制，轧制速度0.5m/s，一道次轧制压下率40％。
步骤四：轧后处理
将轧制后的铜-铝-铜三层复合板在箱式热处理炉中进行热处理，热处理温度为：450℃，热处理时间为：30分钟。然后对复合板进行校平，剪边。与相等处理条件下常规轧制法轧制复合板相比，界面强度提高了近2倍。
实施例3
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
步骤一：铜表面处理
将1.5×50×150mm3的退火态HNi65-5镍黄铜在10～20％的硫酸溶液中浸洗4分钟，去除表面的氧化膜，然后用清水冲洗表面，吹干。用滚动电刷打磨表面。
步骤二：铜-铝-铜三层板毛坯件制备
制备简易的固定模具，如附图2。将打磨好的镍黄铜合金固定于固定模具的两平行面上，铜合金之间的距离为13mm。将1050工业纯铝表面打磨干净，置入陶瓷坩锅中，放入井式热处理试验炉中，760℃熔化。室温下将熔化后的铝液浇铸进固定模具中，冷却后取出铜-铝-铜三层毛坯件。将制备好的毛坯件置于气氛保护热处理炉中加热至400℃，保温100分钟，使铜铝发生扩散。
步骤三：轧制
将热处理后的毛坯件取出后即送入轧机，进行一道次，不可逆热轧制，轧制速度3m/s，一道次轧制压下率56％。
步骤四：轧后处理
将轧制后的铜-铝-铜三层复合板在箱式热处理炉中进行热处理，热处理温度为：360℃，热处理时间为：120分钟。然后对复合板进行校平，剪边。与相等处理条件下常规轧制法轧制复合板相比，界面强度提高了近3倍。
Claims (8)
1.一种铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征在于，通过将两块经表面清洁预处理的铜合金竖直相对设置，熔化后的铝液浇注到两块铜合金之间得到合金毛坯，将合金毛坯进行热处理，再经轧制得到铜-铝-铜三层复合板，最后将铜-铝-铜三层复合板进行轧后处理得到铜-铝-铜复合板材。
2.根据权利要求1所述的铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征是，所述的表面清洁预处理是指：将铜合金在10～20％的硫酸溶液中浸洗4分钟，去除表面的氧化膜，用清水冲洗表面，吹干，然后用滚动电刷打磨表面。
3.根据权利要求1所述的铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征是，所述的竖直相对设置是指：将表面处理好的铜合金平行竖直固定，且两块铜合金表面之间的间距为3～20mm。
4.根据权利要求1所述的铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征是，所述的熔化是指：将1050工业纯铝表面打磨干净并置入陶瓷坩锅中，采用井式热处理试验炉设置于760℃使得工业纯铝熔化。
5.根据权利要求1所述的铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征是，所述的热处理是指：将合金毛坯件置于气氛保护热处理炉中加热至350～500℃，保温30～180分钟。
6.根据权利要求1所述的铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征是，所述的轧制是指：将热处理后的合金毛坯送入轧机进行一道次、不可逆热轧制，轧制速度0.5～5m/s，一道次轧制压下率40～65％。
7.根据权利要求1所述的铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征是，所述的轧后处理是指：将铜-铝-铜三层复合板在箱式热处理炉中进行热处理，热处理温度为：300～450℃，热处理时间为：30～180分钟，然后对复合板进行校平剪边，得到铜-铝-铜复合板材。
8.根据上述任一权利要求所述的铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征是，所述的铜合金为带状结构，由HNi65-5镍黄铜制成；所述的铝为1050工业纯铝。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20111005 |