CN102615102A - 铜铝复合板带的冷轧制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜铝复合板带的冷轧制造方法，依次具有以下步骤：①对铜板和铝板进行均匀化退火处理：②表面处理：首先对经过均匀化退火处理后的铜板和铝板进行浸洗除油，接着将浸洗后的铜板和铝板取出干燥，再用不锈钢钢丝刷打磨铜板和铝板的待轧复合面；③用冷轧机对铜板和铝板进行冷轧复合从而获得铜铝复合坯板；④对冷轧后的铜铝复合坯板进行扩散退火处理。本发明通过改进冷轧工艺操作和工艺参数，从而在制造过程中使得铜板和铝板在复合面上进行充分的扩散和化学反应，从而在复合面获得具有性能优异的过渡结构，有效提高了成品的结合强度。
Description
技术领域
本发明属于金属复合板技术领域，具体涉及一种铜铝复合板带的冷轧制造方法。
背景技术
铜铝复合板带是在铝板的表面包覆一层铜的复合材料。以铜铝复合板带代替应用面特别广、需求量特别大的紫铜带，在电力和信号传输领域有着广泛的应用前景，有望形成巨大的产业。
世界上主要的铜资源分布在北美、拉丁美洲以及中非，而我国铜资源较为匮乏。随着我国铜产量的持续大幅度增长，特别是冶炼能力的不断膨胀，原料供应已经显得越来越紧张，快速增长与资源短缺的矛盾日益突出。所以对于我国来讲，发展铜铝层状复合板用部分低廉的铝来代替铜十分符合我国国情的发展。
铜的比重为8.96克/立方厘米，是铝(2.7克/立方厘米)的3.65倍，也就意味着同样重量的铝材产品数是铜材产品数的3.65倍，用铝代替铜应用于电力等领域要划算很多。由于铜具有良好的导电、导热性、易钎焊、接触电阻低、耐磨且外表美观等优点。且从物理性质上来说，铜的氧化物仍旧具有导电能力，在铜线缆老化后仍然不影响用电安全。而铝表面极易氧化，所形成的氧化膜十分牢固，导热和导电性很差，所以在某些应用领域很难用铝来完全的代替铜。用部分铝代替铜，经一定的工艺获得的铜/铝双金属复合板能综合具有铜/铝的优良性能，既具备铜优良的导电、导热性以及较强的耐腐蚀性能又拥有铝质轻、经济等优点。
目前制备铜/铝双金属层状复合板的研究领域极为广阔，生产方法有多种。一般常规的制备双金属材料分类方法按照复合过程的工艺属性划分，分别为铸造复合法、爆炸复合法、焊接复合法、轧制复合法等。
熔铸复合是采用铸造的方法使两种熔点不同的液态金属先后熔铸在一起或一种液态金属与另一种固态金属凝铸在一起。早期的熔铸复合是在近平衡凝固条件下进行的，常常导致界面元素过分扩散，有害相生成甚至发生固体的过分溶解，致使质量不好，现代液固相复合技术是以液态金属快速非平衡凝固和半凝固态直接塑性成型为特征，因此可以克服熔铸复合的一些弊病。熔铸复合材料的质量高复合工艺效率高，但由于铜和铝在高温下极易氧化，生成的氧化膜将极大的影响复合材料的结合强度，运用保护性气氛工艺复杂成本高。
爆炸复合法是利用炸药爆炸产生的能量，在微秒级时间内使两块金属板在碰撞点产生高达106～107/s的应变速率和104MPa的高压，从而实现异种金属的焊接复合。爆炸复合材料具有很高的加工性能，能经受后续多种多次的冷、热加工。爆炸复合材料有良好的使用性能。目前采用爆炸复合法能实现300多种金属的复合。但是，爆炸结合法机械化程度低，生产效率较低，劳动条件差，且具有一定的危险性，制备的双金属材料变形较大、不平整。
焊接复合法主要包括熔焊、钎焊、搅拌摩擦焊以及扩散焊等。熔焊方法不适于铝/铜的焊接，由于铝与铜在物理性能及化学性能方面存在较大的差异，造成其熔焊焊接性很差，具体表现为接头脆性大、易产生裂纹和接头强度低。因此，一般工业生产中较少采用熔焊方法来焊接铝/铜之类的异种材料。钎焊方法能成功实现铝/铜的焊接，但要降低金属间化合物形成等因素对接头性能的影响需要严格确定钎料成分和钎焊工艺。铝/铜搅拌摩擦焊是一种焊接产量高、生产成本低的环保型焊接新技术，在铝、镁、铜等材料的焊接中获得了迅速应用.因而有人也开始探索用这种方法焊接锅/铜等异种材料，目前搅拌摩擦焊研究刚刚开始，某些热点问题需要进一步深入研究。
轧制复合法的基本原理是金属板在受到轧机施加于其上强大压力的作用下，在两层金属的待复合表面发生塑性变形，使表面金属层破裂。随后，洁净而活化的金属层从破裂的金属表面露出，在强大压力作用下，形成平面状的冶金结合。在后续的热处理过程中结合面继续扩大，形成稳固结合。轧制复合又分为热轧和冷轧复合。
热轧复合方法是将被复合的金属坯料在高温高压下进行轧制变形，受热和力的同时作用而使不同金属进行焊合的一种工艺方法。这种方法从30年代一直沿用到至今，仍是一种重要的复合方法。热轧复合是利用高温热激活条件下形成较为稳定的热扩散，轧后的余热将使原子扩散更加充分，从而形成良好的复合，但热轧复合在工艺实施上存在着一些困难(铜氧化着色温度低于180℃)，对于某些金属间脆性化合物的形成难以控制。
冷轧复合是在热轧复合的基础上发展起来的。冷轧复合属于压力焊接，泛指金属在再结晶温度以下进行的焊接过程。原则上说，所有具有足够延展性的金属都可以通过冷轧获得复合材。生产低强度、高塑性、易氧化、小规格及小批量、高精度的复合板，采用冷轧法是可行的。近年来，为了达到冷轧的目的，采用异步轧机轧制复合板已取得了成功。在冷轧复合之前先将金属板材的表面进行清理，通过被轧制板材的接触表面相对剪切变形，大于某一临界变形程度产生复合，在扩散退火处理后获得理想的复合界面结构。冷轧可以实现多种组元的结合，并且可以生产复合带卷，尺寸精确，效率高，因此冷轧复合是当今世界应用最广泛的金属层状复合技术之一。冷轧复合过程广泛的运用于生产大型层状板材和薄材。和其他的生产方法相比，冷轧具有操作简单，容易自动化等优点。材料不能用传统的熔化方法结合时，可以采用冷轧复合方法。他也是在薄片材料结合和时一种可靠的方法。但是由于轧制复合过程中没有充分的扩散和化学反应，因此复合界面的过渡结构在很大程度上并未完全实现，结合强度仍然存在缺憾。
发明内容
本发明的目的是提供一种结合强度较好的铜铝复合板带的冷轧制造方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种铜铝复合板带的冷轧制造方法，依次具有以下步骤：
①对铜板和铝板进行均匀化退火处理：
②表面处理：首先对经过均匀化退火处理后的铜板和铝板进行浸洗除油，接着将浸洗后的铜板和铝板取出干燥，再用不锈钢钢丝刷打磨铜板和铝板的待轧复合面；
③用冷轧机对铜板和铝板进行冷轧复合从而获得铜铝复合坯板；
④对冷轧后的铜铝复合坯板进行扩散退火处理。
上述方案中，上述步骤①中，把铜板置入退火炉中，保持温度450℃至500℃，持续25至30分钟；把铝板置入退火炉中，保持温度280℃至320℃，持续25至30分钟。
上述方案中，上述步骤②中，对经过均匀化退火处理后的铜板用10％的H2SO4溶液浸洗，对经过均匀化退火处理后的铝板用5％的NaOH溶液浸洗。
上述方案中，上述步骤③中，在轧制前将铝板的始端弯折并扣压在铜板的始端上。
上述方案中，上述步骤③中，铜板的末端则弯折后扣压在铝板的终端上。
上述方案中，上述步骤③中，在对铜板和铝板进行打磨后的2分钟内进行冷轧复合从而获得铜铝复合坯板。
上述方案中，上述步骤③中，所用冷轧机是两棍不可逆式轧机或两辊不可逆异步轧机。
上述方案中，上述步骤③中，所用铝板厚度与铜板厚度比值是2.5至15，冷轧机压下量是50％至70％。
上述方案中，根据权利要求1所述的铜铝复合板带的制造方法，其特征在于：上述步骤④中，扩散退火温度是450℃至600℃，退火时间是10至20分钟。
本发明具有积极的效果：(1)本发明通过改进冷轧工艺操作和工艺参数，从而在制造过程中使得铜板和铝板在复合面上进行充分的扩散和化学反应，从而在复合面获得具有性能优异的过渡结构，有效提高了成品的结合强度。
具体实施方式
(实施例1)
本实施例是一种铜铝复合板带的冷轧制造方法，依次具有以下步骤：
①对铜板和铝板进行均匀化退火处理：把铜板置入退火炉中，保持温度450℃，持续30分钟；把铝板置入退火炉中，保持温度280℃，持续30分钟；
②表面处理：首先对经过均匀化退火处理后的铜板和铝板进行浸洗除油，接着将浸洗后的铜板和铝板取出干燥，再用不锈钢钢丝刷打磨铜板和铝板的待轧复合面，使得铜板和铝板的待轧复合面留有刷痕或手感上近似磨砂效果为好；具体的浸洗方式是：对经过均匀化退火处理后的铜板用10％的H2SO4溶液浸洗，对经过均匀化退火处理后的铝板用5％的NaOH溶液浸洗；
③在对铜板和铝板进行打磨后的2分钟内，用冷轧机对铜板和铝板进行冷轧复合从而获得铜铝复合坯板；所用冷轧机是两棍不可逆式轧机，在轧制前将铝板的始端弯折并扣压在铜板的始端上，铜板的末端则弯折后扣压在铝板的终端上；通过折弯扣压，使轧制过程中铜板与铝板不跑偏；本实施例所用铜板的厚度是0.8毫米，铝板厚度是2毫米，也即铝板厚度与铜板厚度比值是2.5，压下量是50％；
④对冷轧后的铜铝复合坯板进行扩散退火处理，扩散退火温度是450℃，退火时间是20分钟；取出冷却后即可作为成品。
(实施例2)
实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤①中，把铜板置入退火炉中，保持温度460℃，持续30分钟；把铝板置入退火炉中，保持温度290℃，持续30分钟；
步骤③中，本实施例所用铜板的厚度是0.8毫米，铝板厚度是4毫米，也即铝板厚度与铜板厚度比值是5，压下量是50％；
步骤④中，扩散退火温度是470℃，退火时间是20分钟。
(实施例3)
实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤①中，把铜板置入退火炉中，保持温度470℃，持续30分钟；把铝板置入退火炉中，保持温度300℃，持续30分钟；
步骤③中，本实施例所用铜板的厚度是0.8毫米，铝板厚度是8毫米，也即铝板厚度与铜板厚度比值是10，压下量是50％；
步骤④中，扩散退火温度是500℃，退火时间是15分钟。
(实施例4)
实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤①中，把铜板置入退火炉中，保持温度470℃，持续30分钟；把铝板置入退火炉中，保持温度310℃，持续30分钟；
步骤③中，本实施例所用铜板的厚度是0.8毫米，铝板厚度是12毫米，也即铝板厚度与铜板厚度比值是15，压下量是50％；
步骤④中，扩散退火温度是550℃，退火时间是15分钟。
(实施例5)
实施例5与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤①中，把铜板置入退火炉中，保持温度480℃，持续25分钟；把铝板置入退火炉中，保持温度320℃，持续25分钟；
步骤③中，本实施例所用铜板的厚度是0.8毫米，铝板厚度是8毫米，也即铝板厚度与铜板厚度比值是10，压下量是50％；
步骤④中，扩散退火温度是550℃，退火时间是10分钟。
(实施例6)
实施例6与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤①中，把铜板置入退火炉中，保持温度500℃，持续25分钟；把铝板置入退火炉中，保持温度320℃，持续25分钟；
步骤③中，所用冷轧机是两棍不可逆式轧机，本实施例所用铜板的厚度是0.8毫米，铝板厚度是12毫米，也即铝板厚度与铜板厚度比值是15，压下量是50％；
步骤④中，扩散退火温度是600℃，退火时间是10分钟。
(实施例7至实施例12)
实施例7-12与上述实施例1-6一一对应，例如实施例7对应实施例1，实施例8对应实施例2，依次对应直至实施例12对应实施例6，所述实施例7-12中的工艺参数与其所对应各实施例中的工艺参数相同，唯一不同的是步骤③中，冷轧机压下量是60％。
(实施例13至实施例18)
实施例13-18与上述实施例1-6一一对应，例如实施例13对应实施例1，实施例14对应实施例2，依次对应直至实施例18对应实施例6，所述实施例13-18中的工艺参数与其所对应各实施例中的工艺参数相同，唯一不同的是步骤③中，冷轧机压下量是70％。
(实施例19至实施例36)
实施例19-36与上述实施例1-18一一对应，例如实施例9对应实施例1，实施例20对应实施例2，依次对应直至实施例36对应实施例18，所述实施例19-36中的工艺参数与其所对应各实施例中的工艺参数相同，唯一不同的是步骤③中，所用冷轧机是两辊不可逆异步轧机。
对上述实施例1-36所制造的成品铜铝复合带板各取三份样品进行检测，其结果如下：(1)铝板厚度和铜板厚度的比值存在一个临界点，就样品而言是10，当大于这一值时，随着着铝板厚度和铜板厚度的比值的增加，成品铜铝复合板带的结合强度增大。当小于这一值时，成品铜铝复合板带的结合强度随层厚比的增加而减小。另外，铝板厚度和铜板厚度的比值越大轧后铜铝层厚比更接近于轧前的铜铝层厚比，即铝板厚度和铜板厚度的比值大时有利于获得平直的复合板。
(2)随着压下量的增大，轧后铜铝层厚比趋近于原始铜铝层厚比。压下量越大，成品铜铝复合板带的结合强度越大，结合力分布越均匀。
(3)扩散退火宜选用的热处理工艺为高温短时退火470℃至550℃，保温时间10至10分钟，此时成品铜铝复合板带的结合强度较佳。
(4)通过异步轧制能获得更薄的板。在相同压下量下，异步轧制复合板比同步轧制复合板的结合强度高。
(5)本发明方法与传统冷轧方式相比，可获得具有更高结合强度的铜铝复合带板，其结合强度甚至可达传统冷轧复合带板的3倍。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种铜铝复合板带的冷轧制造方法，依次具有以下步骤：
①对铜板和铝板进行均匀化退火处理：
②表面处理：首先对经过均匀化退火处理后的铜板和铝板进行浸洗除油，接着将浸洗后的铜板和铝板取出干燥，再用不锈钢钢丝刷打磨铜板和铝板的待轧复合面；
③用冷轧机对铜板和铝板进行冷轧复合从而获得铜铝复合坯板；
④对冷轧后的铜铝复合坯板进行扩散退火处理。
2.根据权利要求1所述的铜铝复合板带的冷轧制造方法，其特征在于：上述步骤①中，把铜板置入退火炉中，保持温度450℃至500℃，持续25至30分钟；把铝板置入退火炉中，保持温度280℃至320℃，持续25至30分钟。
3.根据权利要求1所述的铜铝复合板带的冷轧制造方法，其特征在于：上述步骤②中，对经过均匀化退火处理后的铜板用10％的H2SO4溶液浸洗，对经过均匀化退火处理后的铝板用5％的NaOH溶液浸洗。
4.根据权利要求1所述的铜铝复合板带的冷轧制造方法，其特征在于：上述步骤③中，在轧制前将铝板的始端弯折并扣压在铜板的始端上。
5.根据权利要求4所述的铜铝复合板带的冷轧制造方法，其特征在于：上述步骤③中，铜板的末端则弯折后扣压在铝板的终端上。
6.根据权利要求1所述的铜铝复合板带的冷轧制造方法，其特征在于：上述步骤③中，在对铜板和铝板进行打磨后的2分钟内进行冷轧复合从而获得铜铝复合坯板。
7.根据权利要求1所述的铜铝复合板带的冷轧制造方法，其特征在于：上述步骤③中，所用冷轧机是两棍不可逆式轧机或两辊不可逆异步轧机。
8.根据权利要求1所述的铜铝复合板带的冷轧制造方法，其特征在于：上述步骤③中，所用铝板厚度与铜板厚度比值是2.5至15，冷轧机压下量是50％至70％。
9.根据权利要求1所述的铜铝复合板带的冷轧制造方法，其特征在于：根据权利要求1所述的铜铝复合板带的制造方法，其特征在于：上述步骤④中，扩散退火温度是450℃至600℃，退火时间是10至20分钟。
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