CN103029377A

CN103029377A - 一种铜铝复合金属板带铝基体层材料、板带及其加工方法

Info

Publication number: CN103029377A
Application number: CN2013100128176A
Authority: CN
Inventors: 尚郑平; 王项; 巩旭东; 符利强; 徐汤红; 樊延府
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2013-01-14
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2033-01-14
Also published as: CN103029377B

Abstract

本发明公开了一种铜铝复合金属板带铝基体层材料、板带及其加工方法。本发明的铜铝复合金属板带铝基体层材料通过在铝基体层材料中加入Si、Fe、Cu、Mn、Ti元素，能有效的改善铝基体层的机械加工性能，使铝基体层的加工性能和铜覆盖层的加工性能协调。本发明铜铝复合金属板带采用牌号为TU2，状态为TM的铜覆盖层材料作为铜覆盖层，能够进一步协调铝基体层和铜覆盖层的加工性能。本发明采用多道次轧制，降低单道次加工率，分段式退火，提高了退火的稳定性，抑制了铜铝因性能差异造成的异常。本发明方法制得的铜铝复合金属板带具有结合强度高、折弯不易开裂的优点。

Description

一种铜铝复合金属板带铝基体层材料、板带及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种铜铝复合金属板带铝基体层材料，同时还涉及该金属板带及其加工方法，属于材料加工领域。

背景技术

我国铜资源匮乏，大部分依赖进口，而且铜资源价格昂贵，因此有效的合理利用铜资源的研究成为重中之重。铜铝复合金属板带的研发为铜资源的有效节约利用提供了新的方向，铜铝复合金属板带是将铝板带与铜板带连铸复合成型，其成品美观，耐用，加工性能好，节省了铜资源的消耗，可代替装饰用的铜板带，具有良好的推广前景。但是铜铝复合板带并不是铜板带，其物理化学性能及加工性能在很多情况下并不能满足实际应用需求，尤其是高精度铜铝复合板带的加工技术。目前国内生产的高精度铜铝复合板带存在很多问题，加工效率低，考虑铜铝的性能差异，加工精度低，加工后铜铝的结合强度不高，容易分层，在折弯加工中铜面容易开裂，材料的强度不够等等一些问题。

现有技术中，已公开一种爆炸加轧制制造全包铜铝复合排的制备方法（一种爆炸加轧制制造全包铜铝复合排的制备方法，申请号：201110404399.6），该方法具体步骤如下：1）爆炸焊接：选用铜层的厚度在0.5～10mm，铝基材的厚度在3～100mm；纯铜板与铝板结合的表面亦打磨处理进行二次爆炸焊接纯铜板得到坯料；2）轧制切断，将爆炸制成的双面半成品进行连续轧制，每道轧制时轧机均安装上下边缘均有凸缘的方孔孔型轧辊进行轧制，直到切断坯料；3）然后进行退火，低温退火温度为200-350℃，0.5-2小时，炉内温度均匀；4）然后进行轧制成型、拉拔：轧制全包坯料，轧制3-6道次至母线排；进行低温退火，温度200-350℃，时间0.5-2小时，最后拉拔抛光。采用该方法制备的产品具有抗拉强度高、延伸率好的优点，但是该方法制得的铜铝复合排结合强度、折弯性能均不能满足实际需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种结合强度高、折弯不易开裂的铜铝复合金属板带铝基体层材料。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是提供一种铜铝复合金属板带铝基体层材料，所述铝基体层材料由以下质量分数的成分组成：Si0.04-0.08%、Fe0.5-1.2%、Cu0.1-0.4%、Mn0.2-2.0%、Ti0.02-0.03%，余量为Al。

本发明铜铝复合金属板带铝基体层材料通过调整铝基体层材料中Si、Fe、Cu、Mn、Ti等元素的含量，改善铝基体层的机械加工性能，使铝基体层的加工性能和铜覆盖层的加工性能协调，对铜铝复合材料整体性能的优化有着至关重要的作用。

本发明的目的还在于提供一种铜铝复合金属板带。

本发明所采用的技术方案还在于提供一种铜铝复合金属板带，所述铜铝复合板带包括铝基体层和铜覆盖层，铝基体层由铝基体层材料组成，铝基体层材料由以下质量分数的成分组成：Si0.04-0.08%、Fe0.5-1.2%、Cu0.1-0.4%、Mn0.2-2.0%、Ti0.02-0.03%，余量为Al；铜覆盖层由铜覆盖层材料组成，铜覆盖层材料牌号为TU2，状态为TM。

所述铜覆盖层覆盖在铝基体层上、下两面中的至少一面上。

本发明铜铝复合金属板带采用牌号为TU2，状态为TM的铜覆盖层材料作为铜覆盖层，能够进一步协调铝基体层和铜覆盖层的加工性能。

本发明的目的还在于提供一种铜铝复合金属板带的加工方法。

本发明所采用的技术方案还在于提供一种铜铝复合金属板带的加工方法，包括以下步骤：

1）在制品轧制：

将铝基体层材料和铜覆盖层材料复合铸成铜铝复合坯料，然后将铜铝复合坯料进行轧制，总加工率为40-75%，每道次加工率为不大于25%；

2）在制品退火：

将步骤1）轧制后的铜铝复合坯料进行退火处理，在惰性气体保护下，在180-220℃保温1-2h，升温至270-310℃保温1-2h，再升温至330-370℃保温4-6h，冷却至50-70℃出炉，得到粗坯；

3）成品轧制：

将步骤2）得到的粗坯进行轧制得到成品，总加工率为40-60%，每道次加工率为不大于20%；

4）成品退火：

将步骤3）得到的成品进行退火处理，在惰性气体保护下，在180-210℃保温1-2h，升温至230-250℃保温1-2h，升温至280-300℃保温1-2h，再升温到310-330℃保温3-5h，冷却至50-70℃出炉，得到铜铝复合金属板带。

所述惰性气体为氮气或氩气。

所述步骤1）中轧制张力控制在15-20N/mm²，轧制速度为120-150m/min。

所述步骤3）中轧制张力控制在12-20N/mm²，轧制速度为100-130m/min。

所述铜覆盖层的厚度为铜铝复合坯料厚度的10-20%。

所述铜铝复合坯料的制备方法包括以下步骤：

1）材料准备：

a）按配方量取铝基体层材料各组分，先将铝锭在770-850℃下熔炼，再加入Si、Fe、Cu、Mn、Ti熔融，精炼除气，将精炼除气后的熔融液在690-820℃下静置5-15min，再浇入预热的铸嘴中，浇铸出的铝合金液体经冷却结晶至半熔态；

b）按配方量取铜覆盖层材料，经碱洗脱脂处理后，再进行单面打磨，打磨至该面无氧化层，打磨完毕将铜覆盖层材料加热至230-250℃；

2）将半熔态铝合金与步骤b）处理后铜覆盖层材料的打磨面接触，进行无氧高压连续铸轧得到铜铝复合坯料。

所述步骤2）中轧制速度为0.5-1.5m/s，轧制压力为6×10⁶-12×10⁶N。

本发明铜铝复合坯料的制备方法也可采用其他常规方法。

本发明采用多道次轧制，降低单道次加工率，有利于板型的控制及后续退火处理对铜铝复合强度的恢复，同时采用分段式退火，提高了退火的稳定性，进一步保证了铜铝复合材料的板型及与纯铜相近的外观质量，并抑制铜铝因性能差异造成的异常。另外，本发明方法制得的铜铝复合金属板带具有以下优点：1、结合强度高，可达120Mpa以上；2、90°折弯不开裂；3、材料硬度高，铜面硬度（HV=0.3）55-70，铝面硬度（HV=0.3）40-50；4、抗拉强度可达150-160MPa，延伸率达10-20%。

具体实施方式

实施例1

本实施例的铜铝复合金属板带铝基体层材料，铝基体层材料由以下质量分数的成分组成：Si0.08%、Fe1.2%、Cu0.1%、Mn0.2%、Ti0.02%，余量为Al。

本实施例的铜铝复合金属板带，包括铝基体层和铜覆盖层，铝基体层由本实施例的铝基体层材料组成，铜覆盖层由铜覆盖层材料组成，铜覆盖层材料牌号为TU2，状态为TM。铜覆盖层覆盖在铝基体层的上表面上。

本实施例的铜铝复合金属板带的加工方法，包括以下步骤：

1）材料准备：

a）按配方量取铝基体层材料各组分，先将铝锭在770℃下熔炼，再加入Si、Fe、Cu、Mn、Ti熔融，精炼除气，将精炼除气后的熔融液在820℃下静置15min，再浇入预热的铸嘴中，浇铸出的铝合金液体经冷却结晶至半熔态；

b）按配方量取铜覆盖层材料，经碱洗脱脂处理后，再进行单面打磨，打磨至该面无氧化层，打磨完毕将铜覆盖层材料加热至230℃；

2）将半熔态铝合金与步骤b）处理后铜覆盖层材料的打磨面接触，进行无氧高压连续铸轧，轧制速度为1.0m/s，轧制压力为9×10⁶N，得到厚度为7.0mm的铜铝复合坯料，铜覆盖层的厚度为铜铝复合坯料厚度的10%；

3）在制品轧制：

将步骤2）的铜铝复合坯料进行轧制，轧制设备为四辊轧机，轧制张力控制在15N/mm²，总加工率为75%，每道次加工率不大于25%，轧制速度为120m/min；

4）在制品退火：

将步骤3）轧制后的铜铝复合坯料进行退火处理，在钟罩式退火炉中，氮气保护气氛下，200℃保温2h，升温至290℃保温2h，再升温至350℃保温4h，冷却至60℃出炉，得到粗坯；

5）成品轧制：

将步骤4）得到的粗坯进行轧制得到成品，轧制设备为四辊轧机，轧制张力控制在20N/mm²，总加工率为60%，每道次加工率不大于20%，轧制速度为100m/min；

6）成品退火：

将步骤5）得到的成品进行退火处理，在钟罩式退火炉中，氮气保护气氛下，195℃保温2h，升温至240℃保温1h，升温至290℃保温2h，再升温到310℃保温5h，冷却至60℃出炉，得到铜铝复合金属板带。

实施例2

本实施例的铜铝复合金属板带材料，包括铝基体层材料和铜覆盖层材料，铝基体层材料由以下质量分数的成分组成：Si0.04%、Fe0.5%、Cu0.4%、Mn2.0%、Ti0.03%，余量为Al。

本实施例的铜铝复合金属板带，包括铝基体层和铜覆盖层，铝基体层由本实施例的铝基体层材料组成，铜覆盖层由铜覆盖层材料组成，铜覆盖层材料牌号为TU2，状态为TM。铜覆盖层覆盖在铝基体层的下表面上。

本实施例的铜铝复合金属板带的加工方法，包括以下步骤：

1）材料准备：

a）按配方量取铝基体层材料各组分，先将铝锭在850℃下熔炼，再加入Si、Fe、Cu、Mn、Ti熔融，精炼除气，将精炼除气后的熔融液在690℃下静置5min，再浇入预热的铸嘴中，浇铸出的铝合金液体经冷却结晶至半熔态；

b）按配方量取铜覆盖层材料，经碱洗脱脂处理后，再进行单面打磨，打磨至该面无氧化层，打磨完毕将铜覆盖层材料加热至240℃；

2）将半熔态铝合金与步骤b）处理后铜覆盖层材料的打磨面接触，进行无氧高压连续铸轧，轧制速度为1.5m/s，轧制压力为6×10⁶N，得到厚度为8.0mm的铜铝复合坯料，铜覆盖层的厚度为铜铝复合坯料厚度的15%；

3）在制品轧制：

将步骤2）的铜铝复合坯料进行轧制，轧制设备为四辊轧机，轧制张力控制在20N/mm²，总加工率为40%，每道次加工率不大于25%，轧制速度为150m/min；

4）在制品退火：

将步骤3）轧制后的铜铝复合坯料进行退火处理，在钟罩式退火炉中，氮气保护气氛下，220℃保温1h，升温至310℃保温1h，再升温至370℃保温5h，冷却至70℃出炉，得到粗坯；

5）成品轧制：

将步骤4）得到的粗坯进行轧制得到成品，轧制设备为四辊轧机，轧制张力控制在12N/mm²，总加工率为40%，每道次加工率不大于20%，轧制速度为130m/min；

6）成品退火：

将步骤5）得到的成品进行退火处理，在钟罩式退火炉中，氮气保护气氛下，180℃保温1h，升温至230℃保温2h，升温至300℃保温1h，再升温到330℃保温3h，冷却至70℃出炉，得到铜铝复合金属板带。

实施例3

本实施例的铜铝复合金属板带材料，包括铝基体层材料和铜覆盖层材料，铝基体层材料由以下质量分数的成分组成：Si0.06%、Fe0.85%、Cu0.25%、Mn1.1%、Ti0.025%，余量为Al。

本实施例的铜铝复合金属板带，包括铝基体层和铜覆盖层，铝基体层由本实施例的铝基体层材料组成，铜覆盖层由铜覆盖层材料组成，铜覆盖层材料牌号为TU2，状态为TM。铜覆盖层覆盖在铝基体层的上、下表面上。

本实施例的铜铝复合金属板带的加工方法，包括以下步骤：

1）材料准备：

a）按配方量取铝基体层材料各组分，先将铝锭在810℃下熔炼，再加入Si、Fe、Cu、Mn、Ti熔融，精炼除气，将精炼除气后的熔融液在755℃下静置10min，再浇入预热的铸嘴中，浇铸出的铝合金液体经冷却结晶至半熔态；

b）按配方量取铜覆盖层材料，经碱洗脱脂处理后，再进行单面打磨，打磨至该面无氧化层，打磨完毕将铜覆盖层材料加热至250℃；

2）将半熔态铝合金与步骤b）处理后铜覆盖层材料的打磨面接触，进行无氧高压连续铸轧，轧制速度为0.5m/s，轧制压力为12×10⁶N，得到厚度为10.0mm的铜铝复合坯料，铜覆盖层的厚度为铜铝复合坯料厚度的20%；

3）在制品轧制：

将步骤2）的铜铝复合坯料进行轧制，轧制设备为四辊轧机，轧制张力控制在17.5N/mm²，总加工率为58%，每道次加工率不大于25%，轧制速度为135m/min；

4）在制品退火：

将步骤3）轧制后的铜铝复合坯料进行退火处理，在钟罩式退火炉中，氩气保护气氛下，180℃保温1.5h，升温至270℃保温1.5h，再升温至330℃保温6h，冷却至50℃出炉，得到粗坯；

5）成品轧制：

将步骤4）得到的粗坯进行轧制得到成品，轧制设备为四辊轧机，轧制张力控制在16N/mm²，总加工率为50%，每道次加工率不大于20%，轧制速度为115m/min；

6）成品退火：

将步骤5）得到的成品进行退火处理，在钟罩式退火炉中，氩气保护气氛下，210℃保温1.5h，升温至250℃保温1.5h，升温至280℃保温1.5h，再升温到320℃保温4h，冷却至50℃出炉，得到铜铝复合金属板带。

对比例

本对比例的铜铝复合排铝基体材料，铝基体材料由以下质量分数的成分组成：Si0.06%、Fe0.85%、Cu0.25%、Mn1.1%、Ti0.025%，余量为Al。

本对比例的铜铝复合排，包括铝板和铜板，铝板由本对比例的铝基体材料组成，铜板由铜覆盖层材料组成，铜覆盖层材料牌号为TU2，状态为TM。铜板覆盖在铝板的上、下表面上。

本对比例的铜铝复合排的加工方法，包括以下步骤：

1）爆炸焊接：选用铜板的厚度在10mm，铝基材的厚度在100mm；铜板与铝板结合的表面亦打磨处理进行二次爆炸焊接纯铜板得到坯料；

2）轧制切断，将爆炸制成的双面半成品进行连续轧制，每道轧制时轧机均安装上下边缘均有凸缘的方孔孔型轧辊进行轧制，直到切断坯料；

3）然后进行退火，低温退火温度为300℃，2h，炉内温度均匀；

4）然后进行轧制成型：轧制全包坯料，轧速为10m/min，轧制5道次至母线排；

5）进行低温退火，温度350℃，时间1.5h，最后拉拔抛光即得。

实验例

实施例1-3的产品性能检测，结果如表1所示。

表1实施例1-3产品性能检测

从表1中可以看出，本发明与对比例相比，本发明采用分段式退火的方法，制得的铜铝复合金属板带的抗拉强度、延伸率、铜面及铝面硬度都更加均衡，结合强度更高，更加适宜于实际应用。

Claims

1.一种铜铝复合金属板带铝基体层材料，其特征在于，所述铝基体层材料由以下质量分数的成分组成：Si0.04-0.08%、Fe0.5-1.2%、Cu0.1-0.4%、Mn0.2-2.0%、Ti0.02-0.03%，余量为Al。

2.一种铜铝复合金属板带，其特征在于，所述铜铝复合板带包括铝基体层和铜覆盖层，铝基体层由铝基体层材料组成，铝基体层材料由以下质量分数的成分组成：Si0.04-0.08%、Fe0.5-1.2%、Cu0.1-0.4%、Mn0.2-2.0%、Ti0.02-0.03%，余量为Al；铜覆盖层由铜覆盖层材料组成，铜覆盖层材料牌号为TU2，状态为TM。

3.根据权利要求2所述的一种铜铝复合金属板带，其特征在于，所述铜覆盖层覆盖在铝基体层上、下两面中的至少一面上。

4.一种如权利要求2所述的铜铝复合金属板带的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在制品轧制：

2）在制品退火：

3）成品轧制：

4）成品退火：

5.根据权利要求4所述的一种铜铝复合金属板带的加工方法，其特征在于，所述铜覆盖层的厚度为铜铝复合坯料厚度的10-20%。

6.根据权利要求4所述的一种铜铝复合金属板带的加工方法，其特征在于，所述铜铝复合坯料的制备方法包括以下步骤：

1）材料准备：

7.根据权利要求6所述的一种铜铝复合金属板带的加工方法，其特征在于，所述步骤2）中轧制速度为0.5-1.5m/s，轧制压力为6×10⁶-12×10⁶N。

8.根据权利要求4所述的一种铜铝复合金属板带的加工方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气或氩气。

9.根据权利要求4所述的一种铜铝复合金属板带的加工方法，其特征在于，所述步骤1）中轧制张力控制在15-20N/mm²，轧制速度为120-150m/min。

10.根据权利要求4所述的一种铜铝复合金属板带的加工方法，其特征在于，所述步骤3）中轧制张力控制在12-20N/mm²，轧制速度为100-130m/min。