CN105170652A - 一种多层异种金属复合极薄带的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多层异种金属复合极薄带的制备方法，工艺步骤为：（1）将不同金属材料进行同步冷轧进行首次减薄；（2）金属薄带的打磨和清洗；（3）两种及以上金属薄带上、下表面紧密贴合；（4）异种金属组合带材的二辊同步冷轧；（5）2~10片初步复合的异种金属薄带上下表面紧密贴合后重复步骤（1）~（4）的过程2~10次；（6）多层异种金属复合薄带的可逆四辊同步冷轧；（7）多层异种金属复合薄带的可逆四辊异步冷轧，得到厚度为0.01~0.02mm的多层异种金属复合极薄带。本发明方法对金属材料选择范围广，对设备能力要求低，可显著提高极薄带的表面质量，并节约生产资源和成本，适合进行大规模工业化生产。

Description

一种多层异种金属复合极薄带的制备方法

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种多层异种金属复合极薄带的制备方法。

背景技术

金属复合材料是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的金属在界面上实现牢固冶金而制备的一种新型复合材料。金属复合材料综合了各组元的优点，可显著改善材料的力学性能、热电性能、磁性、成形性、焊接性、耐腐蚀性等诸多性能，广泛的应用于汽车、航空、航天、能源、电力、通讯等方面。

传统的复合金属制备技术主要有爆炸复合、轧制复合以及爆炸+轧制复合。爆炸复合是利用炸药瞬间轰炸作用下产生的高压，实现异种金属间的可靠连接。但该工艺操作难度较大，且不易控制，生产安全性差，而且爆炸复合容易产生结合不良、开裂以及夹杂、飞线等缺陷，严重影响材料的复合质量。轧制复合法将待复合的金属在轧机的强大压力作用下结合，在随后的扩散退火过程中实现冶金结合的加工方法。如CN200810123970.5专利，涉及用热轧方法制备热交换器用铝合金复合箔。但该工艺由于引入加热制度，容易在复合界面生成脆性金属间化合物，降低界面结合强度，加热生成的氧化层也会影响表面质量，并且对轧制力要求较高。爆炸+轧制复合先利用爆炸复合法制备较厚的复合板坯，再通过轧制的方法制备成所需的复合板，该方法虽然降低了对轧机功率的要求，但爆炸复合法带来的缺陷问题仍很难控制。

此外，用于生产复合薄带的方法还有热喷涂法、电沉积法和钎焊，如CN102019292B采用热喷涂方法在钢板薄带表面热喷涂钛粉涂层制备钛-钢复合板薄带，CN02814326.4采用电沉积方法制备金属复合箔材，CN201410249895.2涉及一种采用Al/Cu/Al复合箔扩散钎焊SiCp/Al复合材料的方法。

鉴于以上相关的金属复合薄带的制备方法可见，虽然某些关键技术已达到成熟，但均未涉及采用冷轧工艺制备异种金属双层及多层复合材料极薄带。同热轧复合相比，冷轧复合温度较低，可有效避免金属基体出现不利于结合的相变、微观组织变化以及脆性中间化合物的形成。冷轧复合工艺制备的复合材料厚度均匀，表面光洁度高，无氧化层等缺陷。金属材料之间结合强度高，产品性能稳定。工艺灵活，既可单张板进行复合，也可便于自动化的成卷轧制，利于稳定高产。因此，将冷轧工艺运用于异种金属双层及多层薄带复合具有重要意义，此方法简单，无中间退火工艺，在提高复合极薄带的表面质量的同时可节约生产成本。

发明内容

针对现有技术存在的问题，并结合冷轧工艺的优势，本发明提供一种多层异种金属复合极薄带的制备方法，所述方法先制备普通金属薄带，再利用同步冷轧工艺复合，最后利用异步轧制完成减薄过程，整个过程无需加热处理，提高了金属复合极薄带的表面质量，降低了生产成本。本发明的技术方案为：

一种多层异种金属复合极薄带的制备方法，按照以下工艺步骤进行：

（1）准备厚度为2~15mm的金属材料，采用同步冷轧工艺，经4~10道次将金属材料减薄至0.3~0.6mm，同步冷轧工艺参数为：轧制速度60~250mm/s、道次压下率为10~30%、总变形率≥80%；

（2）将金属薄带的上、下表面打磨，酒精冲洗金属薄带上、下表面残留砂砾及油污，再利用超声波振动进一步清洗，参数设置为超声水温20~40℃，清洗时间为5~10min，置于空气中风干；

（3）将步骤（2）的两种及以上金属薄带的上、下表面紧密贴合得到厚度为1~5mm的异种金属组合带材；

（4）采用二辊同步冷轧工艺将异种金属组合带材进行初步复合，工艺参数为：轧辊直径为180mm，轧制速度为60~250mm/s，首道次压下率为40~70%，2~4道次压下率为10~30%，总变形率≥90%，最终厚度为0.5~1.0mm；

（5）将2~10片初步复合的异种金属薄带上下表面紧密贴合在一起形成厚度为2~8mm的金属带材，重复步骤（1）~（4）的过程2~10次，完成多层异种金属薄带的初步复合；

（6）采用可逆四辊同步冷轧工艺将多层异种金属复合薄带，经3~6道次减薄至0.1~0.07mm，工艺参数为：轧辊直径30~100mm，支撑辊直径为120~300mm，轧制速度为10~80mm/s，道次压下率为10~20%，总变形率≥90%，张力值小于等厚度复合金属材料抗拉强度的1/3；

（7）采用可逆四辊异步冷轧工艺对步骤（6）的多层异种金属复合薄带进行变异速比异步轧制，经4~8道次减薄至0.01~0.02mm，工艺参数为：轧辊直径30~100mm，支撑辊直径为120-300mm，轧制速度为10~80mm/s，道次压下率为10~30%，总变形率≥90%，张力值小于等厚度复合金属材料抗拉强度的1/3，异速比随复合薄带厚度的减小而逐渐增加，得到厚度为0.01~0.02mm的多层异种金属复合极薄带。

所述步骤（1）的金属材料为铜、铝、不锈钢、Q195、Q235、钛、镍、钼，镁，镁合金或步骤（4）中的金属带材。

所述步骤（3）的两种及以上金属薄带，其中两种金属薄带组合方式为：钛/铝、Q195/钛、Q195/镍、Q195/钼、钼/铜、不锈钢/Q195/不锈钢、铜/Q235/铜；三种及三种以上金属薄带组合方式为：钛/铝/铜、钛/镁/铝、钛/镁合金/铝、铜/铝/铁/铝/铜，且每种组合方式的组合带材选用1~20组。

所述步骤（7）的异速比随复合薄带厚度的减小而逐渐增加，即当复合薄带厚度为0.1~0.08mm时，异速比为1.05~1.1；复合薄带厚度为0.08~0.05mm时，异速比为1.1~1.2；厚度为0.05~0.03mm时，异速比为1.2~1.3；厚度为0.03~0.01mm时，异速比为1.3~1.5。

本发明具有的优点和有益效果为：

1、本发明方法对金属材料的选择范围广，对设备能力的要求低，并且采用的冷轧工艺省去了带材的中间加热过程，可显著提高多层异种金属复合极薄带的表面质量，并节约生产资源和成本，最终制备的多层异种金属复合极薄带厚度为0.01~0.02mm。

2、本发明方法在异种金属复合极薄带的减薄阶段采用变异速比的可逆四辊异步冷轧工艺，轧辊直径仅30~100mm，有效提高了金属复合材料的减薄速率；并且随试样厚度的减小不断增加异速比，利用异步轧制拉、压、搓的综合作用，打破了同辊颈下同步轧制的极限厚度，达到减薄的目的，提高轧制效率的同时降低生产成本，最终得到的异种金属复合极薄带厚度均匀，质量优良，本发明工艺适合进行大规模工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1制备0.01mm厚多层钛/铝/铜复合极薄带的工艺流程图。

具体实施方式

本发明实施例中采用的超声波清洗机仪型号为：洁盟JP-010T；

本发明实施例中采用的同步冷轧机为自制产品；

本发明实施例中采用的二辊同步冷轧机为自制产品；

本发明实施例中采用的可逆四辊同步冷轧机为自制产品，参见专利CN102989765；

本发明实施例中采用的张力电机型号为：三相齿轮减速力矩电动机AJC6334。

实施例1

制备0.01mm厚多层钛/铝/铜复合极薄带，按照以下工艺步骤进行：

（1）准备厚度分别为2、15、2mm的铜、铝、钛，采用同步冷轧工艺，经4~10道次分别将铜、铝、钛减薄至0.3mm、0.3mm、0.4mm，同步冷轧工艺参数为：轧制速度60~250mm/s、道次压下率为10~30%、总变形率≥80%；

（2）将铜、铝、钛薄带的上、下表面打磨，酒精冲洗金属薄带上、下表面残留砂砾及油污，再利用超声波振动进一步清洗，参数设置为超声水温20~40℃，清洗时间为5~10min，置于空气中风干；

（3）将步骤（2）的三种金属薄带按照钛、铝、铜的顺序，选用1组，将上、下表面紧密贴合，得到厚度为1mm的钛/铝/铜组合带材；

（4）采用二辊同步冷轧工艺将钛/铝/铜组合带材进行初步复合，工艺参数为：轧辊直径为180mm，轧制速度为60~250mm/s，首道次压下率为40%，第二道次压下率为10%，总变形率≥90%，最终厚度为0.5mm；

（5）将4片初步复合的钛/铝/铜薄带上下表面紧密贴合在一起形成厚度为2mm的金属带材，重复步骤（1）~（4）的过程2次，完成多层钛/铝/铜薄带的初步复合；

（6）采用可逆四辊同步冷轧工艺将多层钛/铝/铜复合薄带，经3道次减薄至0.1mm，工艺参数为：轧辊直径30mm，支撑辊直径为120mm，轧制速度为10~80mm/s，道次压下率为10~20%，总变形率≥90%，张力值为等厚度复合金属材料抗拉强度的1/4；

（7）采用可逆四辊异步冷轧工艺对步骤（6）的多层钛/铝/铜复合薄带进行变异速比异步轧制，经8道次减薄至0.01mm，工艺参数为：轧辊直径30mm，支撑辊直径为120mm，轧制速度为10~80mm/s，道次压下率为10~30%，总变形率≥90%，张力值为等厚度复合金属材料抗拉强度的1/4，异速比随复合薄带厚度的减小而逐渐增加，即当复合薄带厚度为0.1~0.08mm时，异速比为1.05~1.1；复合薄带厚度为0.08~0.05mm时，异速比为1.1~1.2；厚度为0.05~0.03mm时，异速比为1.2~1.3；厚度为0.03~0.01mm时，异速比为1.3~1.5，得到厚度为0.01mm的多层钛/铝/铜复合极薄带。

本实施例制备的多层钛/铝/铜复合极薄带表面光洁度高，平坦度好，厚度均匀，无氧化层及裂纹等缺陷。

实施例2

制备0.02mm厚多层钛/AZ31B镁合金/铝复合极薄带，按照以下工艺步骤进行：

（1）准备厚度分别为2、2、4mm的钛、AZ31B镁合金、铝，采用同步冷轧工艺，经10道次分别将钛、AZ31B镁合金、铝减薄至0.3~0.6mm，同步冷轧工艺参数为：轧制速度60~250mm/s、道次压下率为10~30%、总变形率≥80%；

（2）将钛、AZ31B镁合金、铝薄带的上、下表面打磨，酒精冲洗金属薄带上、下表面残留砂砾及油污，再利用超声波振动进一步清洗，参数设置为超声水温20~40℃，清洗时间为5~10min，置于空气中风干；

（3）将步骤（2）的三种金属薄带按照钛、AZ31B镁合金、铝的顺序，选用2组，将上、下表面紧密贴合，得到厚度为3mm的钛/AZ31B镁合金/铝组合带材；

（4）采用二辊同步冷轧工艺将钛/AZ31B镁合金/铝组合带材进行初步复合，工艺参数为：轧辊直径为180mm，轧制速度为60~250mm/s，首道次压下率为70%，经4道次轧制，道次压下率为10~30%，总变形率≥90%，最终厚度为0.5mm；

（5）将5片初步复合的钛/AZ31B镁合金/铝薄带上下表面紧密贴合在一起形成厚度为2.5mm的金属带材，重复步骤（1）~（4）的过程4次，完成多层钛/AZ31B镁合金/铝薄带的初步复合；

（6）采用可逆四辊同步冷轧工艺将多层钛/AZ31B镁合金/铝复合薄带，经6道次减薄至0.07mm，工艺参数为：轧辊直径100mm，支撑辊直径为300mm，轧制速度为20~80mm/s，道次压下率为10~20%，总变形率≥90%，张力值为等厚度复合金属材料抗拉强度的1/4；

（7）采用可逆四辊异步冷轧工艺对步骤（6）的多层钛/AZ31B镁合金/铝复合薄带进行变异速比异步轧制，经4道次减薄至0.02mm，工艺参数为：轧辊直径100mm，支撑辊直径为300mm，轧制速度为20~80mm/s，道次压下率为10~30%，总变形率≥90%，张力值为等厚度复合金属材料抗拉强度的1/4，异速比随复合薄带厚度的减小而逐渐增加，即当复合薄带厚度为0.1~0.08mm时，异速比为1.05~1.1；复合薄带厚度为0.08~0.05mm时，异速比为1.1~1.2；厚度为0.05~0.03mm时，异速比为1.2~1.3；厚度为0.03~0.01mm时，异速比为1.3~1.5，得到厚度为0.02mm的多层钛/AZ31B镁合金/铝复合极薄带。

本实施例制备的多层钛/AZ31B镁合金/铝复合极薄带表面光洁度高，平坦度好，厚度均匀，无氧化层及裂纹等缺陷。

实施例3

制备0.02mm厚多层钛/铝复合极薄带，按照以下工艺步骤进行：

（1）准备厚度为4mm的铝板和2mm的钛板，采用同步冷轧工艺，经4-8道次分别将铝、钛减薄至0.5mm，同步冷轧工艺参数为：轧制速度60~250mm/s、道次压下率为10~30%、总变形率≥80%；

（2）将铝、钛薄带的上、下表面打磨，酒精冲洗金属薄带上、下表面残留砂砾及油污，再利用超声波振动进一步清洗，参数设置为超声水温20~40℃，清洗时间为5~10min，置于空气中风干；

（3）将步骤（2）的两种金属薄带按照钛、铝的顺序，选用5组，将上、下表面紧密贴合，前端打孔，得到厚度为5mm的钛/铝组合带材；

（4）采用二辊同步冷轧工艺将钛/铝组合带材进行初步复合，工艺参数为：轧辊直径为180mm，轧制速度为60~250mm/s，首道次压下率为50%，经4道次轧制，道次压下率为10~30%，总变形率≥90%，最终厚度为0.8mm；

（5）将10片初步复合的钛/铝薄带上下表面紧密贴合在一起形成厚度为8mm的金属带材，重复步骤（1）~（4）的过程4次，完成多层钛/铝薄带的初步复合；

（6）采用可逆四辊同步冷轧工艺将多层钛/铝复合薄带，经5道次减薄至0.08mm，工艺参数为：轧辊直径50mm，支撑辊直径为120mm，轧制速度为20~80mm/s，道次压下率为10~20%，总变形率≥90%，张力值为等厚度复合金属材料抗拉强度的1/4；

（7）采用可逆四辊异步冷轧工艺对步骤（6）的多层钛/铝复合薄带进行变异速比异步轧制，经5道次减薄至0.02mm，工艺参数为：轧辊直径50mm，支撑辊直径为120mm，轧制速度为20~80mm/s，道次压下率为10~30%，总变形率≥90%，张力值为等厚度复合金属材料抗拉强度的1/4，异速比随复合薄带厚度的减小而逐渐增加，即当复合薄带厚度为0.1~0.08mm时，异速比为1.05~1.1；复合薄带厚度为0.08~0.05mm时，异速比为1.1~1.2；厚度为0.05~0.03mm时，异速比为1.2~1.3；厚度为0.03~0.01mm时，异速比为1.3~1.5，得到厚度为0.02mm的多层钛/铝复合极薄带。

本实施例制备的多层钛/铝复合极薄带极薄带表面光洁度高，平坦度好，厚度均匀，无氧化层及裂纹等缺陷。

实施例4

制备0.02mm厚多层钼/铜复合极薄带，按照以下工艺步骤进行：

（1）准备厚度分别为2、4mm的钼、铜，采用同步冷轧工艺，经4道次分别将钼、铜减薄至0.3和0.6mm，同步冷轧工艺参数为：轧制速度60~250mm/s、道次压下率为10~30%、总变形率≥80%；

（2）将钼、铜薄带的上、下表面打磨，酒精冲洗金属薄带上、下表面残留砂砾及油污，再利用超声波振动进一步清洗，参数设置为超声水温20~40℃，清洗时间为5~10min，置于空气中风干；

（3）将步骤（2）的两种金属薄带按照钼、铜的顺序，选用3组，将上、下表面紧密贴合，前端打孔，得到厚度为2.7mm的钼/铜组合带材；

（4）采用二辊同步冷轧工艺将钼/铜组合带材进行初步复合，工艺参数为：轧辊直径为180mm，轧制速度为60~250mm/s，首道次压下率为50%，经3道次轧制，道次压下率为10~30%，总变形率≥90%，最终厚度为0.5mm；

（5）将4片初步复合的钼/铜薄带上下表面紧密贴合在一起形成厚度为2mm的金属带材，重复步骤（1）~（4）的过程10次，完成多层钼/铜薄带的初步复合；

（6）采用可逆四辊同步冷轧工艺将多层钼/铜复合薄带，经5道次减薄至0.1mm，工艺参数为：轧辊直径30mm，支撑辊直径为120mm，轧制速度为20~80mm/s，道次压下率为10~20%，总变形率≥90%，张力值为等厚度复合金属材料抗拉强度的1/4；

（7）采用可逆四辊异步冷轧工艺对步骤（6）的多层钼/铜复合薄带进行变异速比异步轧制，经7道次减薄至0.02mm，工艺参数为：轧辊直径50mm，支撑辊直径为120mm，轧制速度为20~80mm/s，道次压下率为10~30%，总变形率≥90%，张力值为等厚度复合金属材料抗拉强度的1/4，异速比随复合薄带厚度的减小而逐渐增加，即当复合薄带厚度为0.1~0.08mm时，异速比为1.05~1.1；复合薄带厚度为0.08~0.05mm时，异速比为1.1~1.2；厚度为0.05~0.03mm时，异速比为1.2~1.3；厚度为0.03~0.01mm时，异速比为1.3~1.5，得到厚度为0.02mm的多层钼/铜复合极薄带。

本实施例制备的多层钼/铜复合极薄带表面光洁度高，平坦度好，厚度均匀，无氧化层及裂纹等缺陷。

Claims (4)

1.一种多层异种金属复合极薄带的制备方法，其特征在于按照以下工艺步骤进行：

（1）准备厚度为2~15mm的金属材料，采用同步冷轧工艺，经4~10道次将金属材料减薄至0.3~0.6mm，同步冷轧工艺参数为：轧制速度60~250mm/s、道次压下率为10~30%、总变形率≥80%；

（2）将金属薄带的上、下表面打磨，酒精冲洗金属薄带上、下表面残留砂砾及油污，再利用超声波振动进一步清洗，参数设置为超声水温20~40℃，清洗时间为5~10min，置于空气中风干；

（3）将步骤（2）的两种及以上金属薄带的上、下表面紧密贴合得到厚度为1~5mm的异种金属组合带材；

（4）采用二辊同步冷轧工艺将异种金属组合带材进行初步复合，工艺参数为：轧辊直径为180mm，轧制速度为60~250mm/s，首道次压下率为40~70%，2~4道次压下率为10~30%，总变形率≥90%，最终厚度为0.5~1.0mm；

（5）将2~10片初步复合的异种金属薄带上下表面紧密贴合在一起形成厚度为2~8mm的金属带材，重复步骤（1）~（4）的过程2~10次，完成多层异种金属薄带的初步复合；

（6）采用可逆四辊同步冷轧工艺将多层异种金属复合薄带，经3~6道次减薄至0.1~0.07mm，工艺参数为：轧辊直径30~100mm，支撑辊直径为120~300mm，轧制速度为10~80mm/s，道次压下率为10~20%，总变形率≥90%，张力值小于等厚度复合金属材料抗拉强度的1/3；

（7）采用可逆四辊异步冷轧工艺对步骤（6）的多层异种金属复合薄带进行变异速比异步轧制，经4~8道次减薄至0.01~0.02mm，工艺参数为：轧辊直径30~100mm，支撑辊直径为120-300mm，轧制速度为10~80mm/s，道次压下率为10~30%，总变形率≥90%，张力值小于等厚度复合金属材料抗拉强度的1/3，异速比随复合薄带厚度的减小而逐渐增加，得到厚度为0.01~0.02mm的多层异种金属复合极薄带。

2.根据权利要求1所述的一种多层异种金属复合极薄带的制备方法，其特征在于所述步骤（1）的金属材料为铜、铝、不锈钢、Q195、Q235、钛、镍、钼，镁，镁合金或步骤（4）中的金属带材。

3.根据权利要求1所述的一种多层异种金属复合极薄带的制备方法，其特征在于所述步骤（3）的两种及以上金属薄带，其中两种金属薄带组合方式为：钛/铝、Q195/钛、Q195/镍、Q195/钼、钼/铜、不锈钢/Q195/不锈钢、铜/Q235/铜；三种及三种以上金属薄带组合方式为：钛/铝/铜、钛/镁/铝、钛/镁合金/铝、铜/铝/铁/铝/铜，且每种组合方式的组合带材选用1~20组。

4.根据权利要求1所述的一种多层异种金属复合极薄带的制备方法，其特征在于所述步骤（7）的异速比随复合薄带厚度的减小而逐渐增加，即当复合薄带厚度为0.1~0.08mm时，异速比为1.05~1.1；复合薄带厚度为0.08~0.05mm时，异速比为1.1~1.2；厚度为0.05~0.03mm时，异速比为1.2~1.3；厚度为0.03~0.01mm时，异速比为1.3~1.5。