CN103177817A - 一种铝包铜复合材料的静液挤压制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于铝包铜复合材料的制备方法技术领域的一种铝包铜复合材料的静液挤压制备方法。工艺步骤包括：一、使用压力加工方法结合热处理获得硬度匹配的纯铝管坯和纯铜棒坯。二、将铝管坯和铜棒坯分别进行压力加工和机加工处理，保证尺寸的匹配。三、分别对铜、铝进行表面清洁处理后，进行装配成为挤压坯料。四、对挤压坯料与挤压模具进行表面润滑处理。五、将挤压坯料及压力介质置于模具内，进行大加工率静液挤压复合，获得铝包铜棒料。六、对铝包铜棒料进一步进行加工可获得铝包铜线材。本发明生产的铝包铜线、棒材表面质量好，结合强度高，力学性能高。

Description

一种铝包铜复合材料的静液挤压制备方法

技术领域

本发明属于铝包铜复合材料的制备方法技术领域，特别涉及一种铝包铜复合材料的静液挤压制备方法。具体是一种铝包铜复合棒、线材的制备方法，所加工成形的铝包铜材界面实现良好的固相冶金结合，使铝包铜线具有优良的导电性能和工艺成型性能。

背景技术

铜的导电导热性能好，目前在电力传输、信号传输、热传导等领域依然是最主要材料。随着经济建设快速发展，我国已经成为世界最大的铜产品生产国也是最大的铜资源进口国，每年需要进口大量铜资源保证生产需要，近年来铜价飞涨极大影响了国内企业的经营效益。我国是铝资源大国，虽然铝导电性能稍差于铜，但随着复合技术的不断发展与进步，在保证导电性能的前提下采用复合技术，用廉价的金属部分替代铜以降低生产成本已经成为国内外研究开发重点，其中铜铝复合材料一种有广泛开发前景的理想的纯铜替代品。以铝包铜代替纯铜的产品包括大面积导线排、CATV同轴射频电缆内导体甚至是家用电线等。由于充分发挥了铜优良的导电性能和铝密度低的优势，可以显著减轻产品的重量和体积，具有广阔的应用前景。

铝包铜线的加工方法有多种，包括轧制压接法、包覆焊接法、铸造法等。但都存在受成形工艺影响，容易造成铜铝界面间结合质量较差，从而影响铝包铜棒、线的导电性能和应用性能。静液挤压法是一种高压下润滑挤压工艺，可以在低外摩擦条件下，通过高压下大变形加工复合，从而获得良好的冶金结合。

发明内容

本发明提供一种铝包铜复合材料的静液挤压制备方法，本发明在传统静液挤压工艺基础上，通过优化挤压坯料制备方法，优化坯料表面处理工艺，优化静液挤压工艺，可以挤压加工不同规格和截面比的铝包铜复合材料，使铜铝界面达到最佳冶金结合同时，简化工艺，同时具备加工大规格铝包铜产品的能力。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种铝包铜复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)采用纯铝管和纯铜棒作为原料，铝管为采用冷挤压、冷旋压或冷冲压方法制备，铜棒则采用热挤压加工，铝管内径与铜棒外径滑动配合，将铝管头部冷旋压出密封头锥，铜棒头部车削出锥，锥度与铝管内锥一致，所述铝管和铜棒经经表面洁净化处理(机械打磨、酸碱洗和清洗干燥)后，紧密配合套装形成挤压坯料，为保证加压中外表面阻力最小，在挤压坯料(铝管)外部涂覆如石墨乳一类的润滑膜，完成上述工作后，在坯料尾部进行密封处理；

(2)在静液挤压锥形模表面涂覆润滑剂后，将模具装入挤压模架，将步骤(1)所得挤压坯料送入挤压筒，充填挤压介质后进行静液挤压，挤压比大于等于6，挤压得到冶金结合的铝包铜复合棒料；

(3)对铝包铜复合棒料进行软化退火处理，降低内应力并使铜铝界面扩散层进一步加厚，保证结合强度，退火温度为150℃～300℃，退火时间1～3小时；

(4)根据成品尺寸要求，可以进行后续冷加工，即通过拉拔、旋锻、轧制等常规冷加工方法达到要求的成品尺寸，可制得铝包铜复合线材(圆线或细扁线)。其中道次冷加工率为10～30％，总的冷加工率可达到80％。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述的挤压坯料中铜所占的截面积比为30％～70％。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(1)中的铜棒为热挤压铜棒料，在650～750℃下进行20～60分钟的软化退火处理，车削出锥成型后，再用酸洗钝化，去除氧化皮，保证表面光洁；所述的铝管为经过冷挤压、冷轧制等方法加工后，晶粒充分均匀细化的冷作硬化管坯，经化学清洗去除表面油污氧化。铜棒铝管在烘干清洁的条件下套装成为铝包铜挤压坯料。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(1)中的将铝管头部冷旋压+车削出密封头锥，锥度为内锥度30°～60°，外锥比内锥大3～5度。

一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(1)中，套装成为铝包铜坯料后，坯料底部铜棒比铝管高出0.1～0.5mm。

一种优选技术方案，其特征在于：所述步骤(2)中在静液挤压锥形模具的角度比铝包铜坯料头锥度大3～5°。

一种优选技术方案，其特征在于：所述步骤(2)中所述的挤压比为6～20。

一种优选技术方案，其特征在于：所述步骤(2)中所述的静液挤压过程中，挤压突破前，挤压杆移动速度不低于30mm/s，挤压突破后，挤压杆移动速度应保持在10mm/s～25mm/s。

本发明涉及一种铝包铜材静液挤压成型方法，工艺步骤包括一.使用压力加工方法结合热处理获得硬度匹配的纯铝管坯和纯铜棒坯。二.将铝管坯和铜棒坯分别进行压力加工和机加工处理，保证尺寸的匹配。三、分别对铜、铝进行表面清洁处理后，进行装配成为挤压坯料。四、对挤压坯料与挤压模具进行表面润滑处理；五.将挤压坯料及压力介质置于模具内，进行大加工率静液挤压复合，获得铝包铜棒料。六、对铝包铜棒料进一步进行加工可获得铝包铜线材。本发明生产的铝包铜线、棒材表面质量好，结合强度高，力学性能高。可以承受弯曲、扭转、压扁、钻孔等后续加工，不会出现铜铝分层的问题。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

尺寸为Φ20mm直径，铜截面比为65％的铝包铜棒的制备。

(1)采用铝管和铜棒作为原料。外径Φ50mm，内径40mm铝管为经过挤压、轧制等方法加工后晶粒均匀细化的硬化状态的管坯。铜棒为纯度99％以上的挤压态或锻态纯铜。将铝管旋压出密封锥，外锥度为60°，内锥度为55°，并经15％氢氧化钠碱水清洗3～10分钟烘干。将直径大于40mm铜棒进行700℃，30分钟软化退火，车削使外径能滑动配合装入铝管内，头部车出55°锥角，采用15％稀硫酸洗液，酸洗5分钟去除氧化皮，钝化处理后冲洗保证表面光洁。将清洁干燥状态铝管与铜棒配合套装形成挤压坯料，坯料尾部铜棒露出约0.5mm。挤压坯料外部涂覆石墨乳润滑膜，挤压坯料尾部进行密封处理；

(2)使用挤压筒直径为50mm的冷静液挤压机，模具出口直径为20mm，模具角度为65°。在静液挤压锥形模表面涂覆润滑剂后，将模具装入挤压模架，将挤压坯料送入挤压筒，根据挤压筒空容积和坯料体积之差，充填足够挤压介质进行静液挤压，挤压突破前，挤压杆移动速度为35～40mm/s，挤压突破后，挤压速度为10～15mm/s，挤压比6，挤压压力不大于8000大气压。得到Φ20mm铝包铜复合棒料。

实施例2

尺寸为

铜截面比约为50％的铝包铜线的制备。

(1)采用纯铝管和纯铜棒作为原料。外径Φ50mm，内径35mm铝管为经过挤压、轧制等方法加工后晶粒均匀细化的硬化状态的管坯。铜棒为纯度99％以上的挤压态或锻态纯铜。将铝管旋压出密封锥，外锥度为45°，内锥度为40°，并经15％氢氧化钠碱水清洗3～10分钟烘干。将直径大于35mm铜棒进行700℃，30分钟软化退火，车削使外径能滑动配合装入铝管内，头部车出40°锥角，采用15％稀硫酸洗液，酸洗5分钟去除氧化皮，钝化处理后冲洗保证表面光洁。将清洁干燥状态铝管与铜棒紧密配合套装形成挤压坯料，坯料尾部铜棒露出约0.2mm。挤压坯料外部涂覆石墨乳润滑膜，挤压坯料尾部进行密封处理；

(2)使用挤压筒直径为50mm的冷静液挤压机，模具出口直径为11mm，模具角度为48°。在静液挤压锥形模表面涂覆润滑剂后，将模具装入挤压模架，将挤压坯料送入挤压筒，根据挤压筒空容积和坯料体积之差，充填足够挤压介质进行静液挤压，挤压突破前，挤压杆移动速度为35～40mm/s，挤压突破后，挤压速度为10～15mm/s，挤压比20，挤压压力不大于10000大气压。得到Φ11mm铝包铜复合棒料。

(3)对铝包铜复合棒料进行软化退火处理，降低内应力并使铜铝界面扩散层进一步加厚，保证结合强度，退火温度为300℃，退火时间2小时；

(4)将得到的铝包铜复合棒坯以拉伸速度1～20m/min，道次加工率为10％～25％进行多道次冷拉加工，至直尺寸达到

得到铝包铜复合线材。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种铝包铜复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

(1)采用纯铝管和纯铜棒作为原料，铝管内径与铜棒外径滑动配合，将铝管头部冷旋压出密封头锥，铜棒头部车削出锥，锥度与铝管内锥一致，所述铝管和铜棒经表面洁净化处理后，紧密配合套装形成挤压坯料，在挤压坯料外部涂覆润滑膜，完成上述工作后，在坯料尾部进行密封处理；

(2)在静液挤压锥形模表面涂覆润滑剂后，将模具装入挤压模架，将步骤(1)所得挤压坯料送入挤压筒，充填挤压介质后进行静液挤压，挤压比大于等于6，挤压得到铝包铜复合棒料；

(3)对铝包铜复合棒料进行软化退火处理，退火温度为150℃～300℃，退火时间1～3小时；

(4)根据成品尺寸要求，进行后续冷加工，制得铝包铜复合线材。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的挤压坯料中铜所占的截面积比为30％～70％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的铜棒为热挤压铜棒料，在650～750℃下进行20～60分钟的软化退火处理，车削出锥成型后，再用酸洗钝化，去除氧化皮，保证表面光洁；所述的铝管为经过冷挤压、冷轧制加工后，晶粒充分均匀细化的冷作硬化管坯，经化学清洗去除表面油污氧化，铜棒铝管在烘干清洁的条件下套装成为铝包铜挤压坯料。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的铝管头部的密封头锥，锥度为内锥度30°～60°，外锥比内锥大3～5度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，套装成为铝包铜坯料后，坯料底部铜棒比铝管高出0.1～0.5mm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中在静液挤压锥形模具的角度比铝包铜坯料头锥度大3～5°。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述的挤压比为6～20。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述的静液挤压过程中，挤压突破前，挤压杆移动速度不低于30mm/s，挤压突破后，挤压杆移动速度应保持在10mm/s～25mm/s。