CN105792955A - 铜铝复合材料的等温态法制备工艺与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铜铝复合材料（55）的等温态法制备工艺（101），包括：原料铝（11）和原料铜（12）的备料；原料铝（11）的整型与表面清洁；原料铝（11）被挤压结晶成为铝芯坯（35）；原料铜（12）的表面清洁，原料铜（12）加工变形为铜包覆坯（44）；铜包覆坯（44）沿纵向和四周表面包覆铝芯坯（35）后经模具结合成形为铜包覆铝坯（45）；以及铜包覆铝坯（45）经等温态轧制和退火处理后成为铜铝复合材料（55）。本发明还提供了一套等温态法制备铜铝复合材料（55）的生产线系统（100）用于等温态法工艺生产铜铝复合材料（55）。

Description

铜铝复合材料的等温态法制备工艺与系统

技术领域

本发明涉及一种全新实用的制备工艺改进，用于生产电力传输和电工应用领域广泛使用的高质量铜铝复合材料。具体地说，本发明涉及铜铝复合材料的一种等温态法制备技术。

背景技术

金属铜具有良好的导电、导热性能和较强的耐腐蚀特性，被视为电、热导体的首选材料，但资源稀缺。相比之下，金属铝的比重小，具有较好的导电、导热性能和延展特性，其资源丰富，在地壳中的含量仅次于硅和氧元素。铜铝复合材料（“CCAC”）兼备铜和铝的物理、化学及机械加工特性，具有良好的导电、导热性能和较强的耐腐蚀性，及重量轻、延伸性优良和价格经济的特点。

网络技术、信息技术、无线通讯、材料科学、航空与航天产业的迅猛发展给金属复合材料的应用和发展带来了巨大机遇。在导电、导热领域，铜铝复合材料已被用作铜的替代品。铜铝复合材料还广泛应用于电子、电力、冶金、机械、能源、汽车、国防、航空、航天等众多工业领域。

然而，铜铝复合材料的质量限制了它的应用。铜和铝都极易氧化，其屈服强度、密度及热膨胀系数差异显著，这些差异限制了以常规方法制备铜铝复合材料的产品质量。目前，制备铜铝复合材料的常规工艺包括爆炸结合法，焊接结合法，轧制结合法，拉拔结合法，固-液相结合，液-液相结合等。但即便是在极端的加工条件下（如大形变率轧制，高温退火等），这些常规工艺亦无法制备出高质量的铜铝复合材料使其能够完全替代铜在电力电工领域中应用。市场现有的铜铝复合材料产品普遍存在应用局限性，包括由于双金属界面扩散区域较浅而导致结合强度低，结合过渡区窄，材料的外观均匀性和一致性差。此外，这些传统制备工艺无法实现在线连续生产，产品成品率低。

铜铝复合材料在电力传输和电工领域应用时，对双金属界面结合强度以及铜层的均匀一致性有较高的要求。铜铝复合材料还需要具备热稳定性、载流均匀、经久耐用，以及对铜铝复合材料进行机械加工处理（如冲压，剪切，折弯，扭曲等）应不影响其质量和性能。

发明概述

本发明涉及一种铜铝复合材料的等温态法制备工艺，其特征是该工艺包括：原料铜和原料铝的备料，原料铝的整型与清洁，原料铝经挤压后结晶成型为铝芯坯，原料铜的清洁，原料铜连续形变为铜包覆坯，铜包覆坯沿纵向包覆铝芯坯后经模具成型为铜包覆铝坯，铜包覆铝坯经连续减径、等温态轧制、精整成型及退火后成为铜铝复合材料。

本发明涉及一种等温态法制备的铜铝复合材料，包括：铝芯层和铜包覆层，其中，铜包覆层沿纵向均匀包覆铝芯层的表面，经等温态法工艺流程后铜包覆层与铝芯层在交界区域相互扩散形成冶金结合，且铜层均匀一致。经等温态工艺制备的铜铝复合材料具有如下品质，包括但不限于：重量轻（轻于实心铜材），铜包覆层和铝芯层间的过渡电阻及热阻低，结合强度高，铜层均匀一致，经冲压、剪切、折弯、扭曲等机械加工不会造成铜包覆层与铝芯层分离，表现出良好的延展性和成形性。上述品质特征表明等温态法制备的质轻的铜铝复合材料可替代纯铜材料用于电力传输和电工应用领域。

进一步来说，本发明涉及一种铜铝复合材料的等温态法在线连续制备生产线系统，其特征是该生产线系统包括：原料铜和原料铝的表面清洁与整型预处理装置，原料铝连续挤压成型为铝芯坯装置，铜包覆坯包覆铝芯坯后成型为铜包覆铝坯，以及铜包覆铝坯经等温态法工艺制备出铜铝复合材料。

附图说明

以下细节描述、声明和附图能更加清楚地说明本发明的特点和创新特征，简述如下：

图1是本发明的等温态法制备铜铝复合材料生产线流程图。

图2是图1所示的等温态法制备工艺及其系统组件剖面图。

图3是本发明的等温态法制备工艺的预处理装置俯视图。

图4是本发明的等温态法制备工艺的连续挤压装置原理图。

图5是图1所示的等温态法制备工艺中等温态轧制过程铜包覆铝坯的不同形变区域示意图。

图6是图1所示的等温态法制备工艺中铜包覆坯与铝芯坯经包覆成形为铜包覆铝坯流程图。

图7是本发明的等温态法制备铜包覆铝坯剖视图。

图8是本发明的等温态法制备的其中一种铜铝复合材料产品形态剖视图。

图9是本发明的等温态法制备铜铝复合材料的工艺流程图。

发明内容

参照图1和图9，本发明涉及一种由原料铝11（102）和原料铜12（103）制备铜铝复合材料55的等温态法工艺101。等温态法制备铜铝复合材料55的基础原材料为适当形状的原料铜和原料铝（11，12）。例如，原料铝11可以是铝杆（11），原料铜12可以是薄铜带（12）。

原料铝11首先送入原材料在线预处理装置20的铝料预处理单元18进行表面清洁处理，原料铜12首先送入原材料在线预处理装置20的铜料预处理单元19进行表面清洁处理。如图2所示，铜料预处理单元19包括了铜料储料器子单元14，作为原料铜12连续送料辅助装置的铜料储料器14是等温态法在线连续制备铜铝复合材料55生产线的一个组成部分。铜料储料器作为原料铜12的缓存储备区可为生产线连续提供所需要的原料铜。

参照图9，等温态法工艺101还包括了原料铝11的清洁104和整型105流程，流程（104，105）是针对下一流程的需要对原料铝进行必要的表面处理。处理原料铝表面的常规方法有化学法、打磨法和剥皮法。化学法是用碱、酸液去除铝杆表面污渍和氧化物，冲洗掉碱液和酸液后再进行干燥处理。其缺点是，处理流程中暴露于空气中的铝表面会二次氧化，还可能引发环境问题。打磨法是使用打磨刷机械式地反复打磨和抛光原料铝以去除污渍和氧化物。其缺点是摩擦产生的热会导致铝表面的二次氧化。剥皮法是沿工件行进方向（“轴向”）设置多组刮削刀具，每组刮削刀具均匀分布在垂直于轴向的平面并与原料铝杆保持倾角，使得原料铝杆的表层经刮削刀组后被剥除。剥皮法的缺点是精度低和刮削不均匀。上述几种处理原料铝表面的方法既无法满足连续生产线的在线加工要求，也无法达到高精度加工所需的材料一致性和均匀性要求。

为达到要求和规避上述缺陷，本工艺流程101设计了原料铝11的清洁和整型流程（104，105）。如图3所示，一个实施例为原料铝的清洁与整型流程（104，105）采用了原料预处理装置20中的铝料预处理单元18的工艺流程，铝料预处理单元18由以下子单元构成：入口定位导向单元21，在线矫直整型单元22，在线规圆整型单元23，预刮削处理单元24，中间定位导向单元21，防二次氧化和精密刮削单元26，出口定位导向单元21。原料铝11在连续生产线动力或独立动力牵引下与生产线系统形成联动，首先经过入口定位导向单元21完成导入导向定位，随后通过：（I）在线矫直整型单元22进行矫直整型（精密刮削的要求）；（II）在线规圆整型单元23进行规圆整型（精密刮削的要求）；(III)预刮削处理单元24在原料铝杆表面刻划来福线；（IV）中间定位导向单元21进一步导向定位；（V）防二次氧化和精密刮削单元26对原料铝杆进行精密刮削和防氧化处理（当防二次氧化和精密刮削单元26刮削原料铝杆11时，产生的屑料会自动碎落进入收集箱以避免屑料过长导致堵塞事故）；以及（VI）出口定位导向单元21进行终端导向定位。原料铝11经过上述表面清洁与整型（104，105）工艺后，表面光鲜洁净，可达到本发明工艺流程101后续精密加工所要求的洁净度、平直度、圆度和一致性。上述清洁与整型处理流程（104、105）具有流程短、刮削精度高和损耗低的特点，经过这些工艺流程（104，105），原料铝11的均匀性偏差不超过±0.01毫米。

参照图1、图4和图9，本发明工艺流程101的下一流程106为原料铝11通过金属连续挤压装置30后再结晶成型为铝芯坯35。参照图6和图7，一个实施例为通过流程106制备出一个可选择内腔34的铝芯坯35。连续挤压装置30是等温态法在线连续制备铜铝复合材料55工艺流程的一个组成部分。

参照图4，金属连续挤压的基本原理是采用一个桥台将加热模腔33伸入挤压轮槽，电机带动挤压轮31旋转使原料铝杆11进入挤压轮槽，在液压站36产生的高压以及原料铝与挤压轮槽摩擦产生的高温作用下，原料铝杆11受热软化进入靴座内置的挤压模具腔体33进行再结晶并通过模具32发生形变后连续挤出形成铝芯坯35。挤压装置30最好是速度均匀、表面无瑕疵、操控稳定，并保持挤压模具腔体33的温度恒定。一个实施例为，模具腔体的温度区间大约为350℃至500℃；挤压轮的转速区间大约为5转/分钟至32转/分钟。理想的铝芯坯35至少具备以下一种特性：笔直、均匀、表面基本无瑕、截面形状和位置公差小于±0.5%。如上所述，铝芯坯35可以有选择地包括一个内置空腔34。铝芯坯35在温度和挤压的双重作用下再度结晶，晶格组织得到优化。为防止铝表面氧化，最好是在惰性气体环境下实施挤压流程106。

需要指出的是，本文中所用术语“大约”是指相关值的±0.5%。

参照图9，本工艺流程101还包含原料铜12的清洁流程107和原料铜12变形为铜包覆铝坯45的流程108。表面清洁预处理装置20中的铜原料清洁单元19附有一系列软质打磨刷用以清洁和抛光原料铜12（往复打磨去除表面污染），其后对原料铜12做进一步处理去除附加污染物，如氧化物、刻蚀痕迹及其它化合物，并防止风干前被再次污染。

经清洁处理后，原料铜12成为洁净原料铜25进入惰性气体环境下的坯料制备装置40中进行铜包覆坯转化108，惰性气体环境可以防止洁净原料铜25生成新的氧化物层。洁净原料铜25转化为铜包覆坯44（108）的流程包含以下子单元：包覆料制备子单元41，高频氩弧焊或激光焊子单元42，模具精整子单元43。流程108的一个实施例是在惰性气体环境下进行。

下面简述铜包覆坯44的形成机理：洁净原料铜25在包覆坯料制备子单元41中与模具表面接触产生摩擦力，摩擦力改变洁净铜坯料25的应力分布使其与载荷成正比关系。当洁净原料铜25通过模具发生形变时，接触面的摩擦力随外力的增加而增大，产生大量的形变热和摩擦热致使周围温度上升，弹性形变转为塑型形变。这一过程使洁净原料铜25变形成为铜包覆坯44。一个实施例为铜包覆坯44为管线形状。

参照图9，本发明的等温态法工艺流程101还包括了铜包覆坯44沿行进方向均匀包覆在铝芯坯35的四周并在模具作用下将铝芯坯35和铜包覆坯44合成为铜包覆铝坯45（109）。参照图1，流程109为洁净原料铜25和挤压成型的铝芯坯35同时进入坯料制备装置40，并在坯料制备装置40中合成为铜包覆铝坯45。如上所述，洁净原料铜25连续通过由成对垂直模具和水平模具组成的铜包覆坯成型子装置41逐步变形为铜包覆坯44。如图6所示，铜包覆坯44连续经过焊接子装置42，然后沿芯层铝坯料35的行进方向包覆其整个表面形成铜包覆铝坯45。位于焊接子装置42中的无损耗双极氩弧或激光焊枪，可以快速均匀地焊接铜包覆坯44并确保焊缝光滑、无位移、无瑕疵。焊接子装置42中的焊枪可沿工件轴向移动，其作用是缓解制备过程中开、停机瞬间引入速度梯度所造成的影响。整个焊接过程是在惰性气体氩气的保护下进行，氩弧焊枪或激光焊枪能根据铜包覆坯44的厚度以及运行速度自动调整焊接电压和电流，焊接电压和电流引入的熔池符合热平衡原理，根据设定的压力和流量注入氩气以限制电弧辐射并减缓电弧侵蚀，从而控制熔池的直径、深度、平整度并消除焊接缺陷，如气孔、熔渣以及未焊透内缝。焊缝宽厚比为2.5:1，平整度小于0.1mm。焊接子装置42适用于任何适当的焊枪种类，如高频氩弧焊、激光焊。

焊接完成后，铜包覆铝坯45进入模具精整子单元43进一步精整成型。参照图6和图7，铜包覆铝坯45经过模具精整子单元43的数组垂直模具和水平模具后，铜包覆层44和铝芯层35密合。如图7所示，铜包覆铝坯45的特征为：（I）铜包覆层44和铝芯层35具备同心度；（II）铜包覆层44沿行进方向完全包覆铝芯层35。包覆流程109的一个实施例为在惰性气体环境下进行。

参照图9，铜包覆铝坯45形成后，本等温态法工艺流程101还包括采用等温态轧制和退火转化过程使铜包覆铝坯45经等温态工艺制备铜铝复合材料（IPCCAC）55。等温态工艺制备过程110涉及到使用等温态工艺装置50和在线退火单元52将铜包覆铝坯45加工成为铜铝复合材料55。

由于铜和铝在原子质量和密度的显著差异，通过固相等温态轧制工艺使铜包覆铝坯45中的两种原材料（铜包覆层44和铝芯层35）结合成形为铜铝复合材料55的过程非常复杂。这一等温态轧制过程一般要求铜包覆铝坯45、与其物理接触的等温态工艺装置50以及退火单元52处于预设的相同加工温区。例如，参照图5，等温态制备流程110所处的等温态轧制装置50中，下轧辊57和上轧辊58需与铜包覆铝坯45具有大致相同的温度区间。否则，这些部件与铜包覆铝坯45很可能相互吸收热量而影响铜铝复合材料55的质量。铜铝复合材料55在外观和性能方面的均匀性和一致性部分取决于在等温态轧制过程中保持在预设的温度区间。此外，等温态轧制过程还取决于多种因素，如加工条件和系统条件（轧制参数、周边环境、铜包覆铝坯45的状况等）以及材料结合的具体特征。此外，有选择的内腔34促进了铜包覆铝坯45的等温态轧制过程，提高了铜铝复合材料55的质量。

一个实施例为，等温态轧制铜包覆铝坯45的垂直形变率区间大约设定在25%至50%，等温态轧制铜包覆铝坯45的水平展宽形变率区间大约设定在5%至30%（指横截面周长），等温态轧制温度区间大约设定在150℃至400℃。此外，参照图5，为简化对等温态轧制过程的分析，在实施例中做下述假设：（I）接触点8的受力被分解为压力F1和推力F2；（II）轧制压下力F1引发压缩变形；（III）摩擦张力f引发膨胀变形（平行于轧辊（57，58）的轴向）；（IV）铜包覆铝坯45为刚性塑性形变材料，符合vonMises屈服准则；（V）上轧辊58和下轧辊57单位面积的轧制力分布均匀；以及（VI）铜包覆铝坯45与上下轧辊（57，58）之间为滑动摩擦；（VII）上轧辊58具有轧辊半径52和轧制速度54，下轧辊57具有轧辊半径51和轧制速度53。

参照图5，流程109始于将铜包覆铝坯45有序送入等温态轧制装置50。一旦铜包覆铝坯45以传送速度9导入等温态轧制装置50后，将经由以下加工区域：（I）芯层铝形变区5（始于接触点1）；（II）共同形变区6（始于接触点2）；（III）过渡形变区7（始于接触点3）；（IV）于接触点4结束等温态轧制。铜包覆铝坯45以预定的出口速度10导出等温态轧制装置。铜包覆铝坯45的形变过程分解到上述三个区域5，6，7。

在铝芯层形变区5，等温态轧制仅使铝芯坯35发生形变，这是因为铝比铜更软，容易形变。参照图8，铝芯层48和铜包覆层46的交界面47受剪切力作用，并通过机械咬合接触。

在共同变形区6，即使铜包覆坯44中“更坚硬的”铜也达到屈服极限，此时的铜包覆坯44和铝芯坯35都经由等温态轧制发生形变。在垂直方向，铜包覆层44和铝芯层35受下压力的作用发生形变。在水平方向（平行于轧辊轴），铜包覆铝坯45由于其流动不受外界限制，在水平切向摩擦力作用下大幅度拓宽。铜包覆层44和铝芯层35在切向摩擦力作用下产生相对滑动。等温态轧制过程使铜和铝的晶格在交界面产生变形，键断裂，及晶格瑕疵。退火处理时，铜包覆层46和铝芯层48交界面区域47原子间发生相互过渡和迁移，从而在交界面区域47形成铜铝结合的结构。

在过渡形变区7，由于发生有限的周长扩展，在巨大压力的作用下，交界面47的铜铝晶格结构过于扭曲和断键，从而促进界面过渡区的晶粒不断细化，带来更多的微晶和多晶固溶体，形成大量的晶粒和亚晶粒边界从而导致铜铝界面原子迁移并产生原子的扩散通道。在等温态轧制过程中，塑性形变引发热变形，导致铜铝界面原子的迁移和相互过渡，处于热运动状态下的铜和铝原子填充晶粒边界的空穴形成了大量的原子结合，从而在交界面47实现了铜铝界面的热变形。

参照图1和图9，经等温态轧制后，等温态加工的铜包覆铝坯45导出等温态轧制区50，作为流程109的一部分，进入退火区52进行快速在线退火。铜包覆铝坯45经等温轧制后导出时的温度有助于实现在线退火。在温度场中，铜铝界面的原子会继续扩散和填充晶粒边界处晶格缺陷所产生的空缺，原子热运动导致了密集的点结合转变为面结合，使晶格畸变和缺陷被迅速修复和固化。实现界面晶格重新排列，微晶固熔体向多晶固熔体转变，产生大程度的再结晶，残余应力释放和塑性形变的回复。剧烈的原子热运动使晶体从非稳定的物理结合过渡到稳定的化学结合，在交界面47发生铜铝界面的热扩散结合，进而形成图8所示的等温态法制备的铜铝复合材料55。等温态法制备的铜铝复合材料55是由铜包覆层46、铝芯层48以及交界面47构成。等温态法制备的铜铝复合材料55的铜包覆层载流均匀，使得铜铝复合材料55可与铜材料一样承载电流应用于电力输送和电力设施中。等温态法制备的铜铝复合材料55之所以可以作为铜的替代品应用于电力输送与电力设施中，是因为铜包覆层46实现了“铜层均匀性”。本发明的“铜层均匀性”定义为任意点的铜层（包覆层）厚度或深度与整个铜层的厚度偏差应不超过8%。进一步来说，采用工艺101方法制备的铜包覆层46和铝芯层48在其交界面47实现冶金结合。这种冶金结合非常稳健并“大于铝的固有结合”。本发明的“大于铝的固有结合”是指该冶金结合的剪切强度大于铝的固有剪切强度（或抗剪切强度）。换言之，位于上述交界面47的冶金结合所具备的剪切强度大于铝的固有剪切强度（或抗剪切强度）。基本上，铝基会先于冶金结合的界面47发生切变断裂（或破裂）。

等温态法制备的铜铝复合材料55还具有以下预期特征，包括但不限于：其重量比铜轻、交界面47的过渡电阻和热阻低、结合强度高、均匀一致性好、以及良好的延展性和成型性等机械加工性能。具有上述特性的等温态法制备的铜铝复合材料55适用于电力传输以及大多数场合下的电力应用，等温态法制备的铜铝复合材料55在电力应用中可作为一种轻便的铜替代品。例如，基于已知的加工工艺，等温态法制备的铜铝复合材料55可以被加工成各种产品，如铜铝复合母线排、线缆、管线以及其它铜铝复合异形产品。例图8展示了一种等温态法制备铜铝复合母线排的一个实施例。需要指出的是，本发明旨在涵盖任何及全部等温态制备的铜铝复合材料产品，无论其大小、形状、面积和外观等。就本工艺的进一步技术提升而言可能会增加一些技术工艺流程以适应某些特定用途或产品的要求，此类修饰和变换应属于本发明的范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换、装饰或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

在本发明的一个实施例中，原料铜12为无氧铜带（工业T2铜，纯度99.99%），原料铝11为洁净铝杆（工业L3M率，纯度99.50%），铜铝交界面17表现为干燥、无油和无氧化。根据铜铝二元平衡相图，适合等温态轧制装置50的轧制温度大约在150℃至550℃区间。鉴于长时间的高温退火会产生复杂的铜铝中间态化合物，轧制温度因此可选用大约150℃至400℃的区间。退火温度是基于轧制温度以及相对于室温而言由形变热所引起的温度变化，在线退火时间大约为30秒至20分钟。需要指出的是，综上所述以及本发明所涉及的其它参数并不视为本发明的全部或限制本发明。本发明工艺的技术细节可能会改变相关参数以适应某些特定应用，这类情况仍属于本发明范围。

参照图1和图2，本发明提供了一套等温态法在线制备铜铝复合材料55的生产线系统100。生产线系统100包括原材料预处理装置20中原料铝11的清洁和精整子单元18和原料铜12的清洁子单元19，也可选择性包括原材料预处理装置20的铜料储存器14，还包括挤压单元30及其辅助液压系统36是用以挤压原料铝11使之结晶成为铝芯坯35。生产线系统100还包括了坯料制备装置40以及之前论述的子单元（41,42,43）用以将洁净原料铜25和铝芯坯35转化为铜包覆铝坯45。生产线系统100还包括等温轧制装置50和退火单元52用来将铜包覆铝坯45转化为等温态法制备的铜铝复合材料55。

参照图1和图2，生产线系统100还可选择性地包括成品精整装置60，涂敷防护涂层单元62，检验检测装置70，定尺切割装置80，分类归集装置90和成品包装单元92。在一个实施例中，大部分或全部可选择单元（62、70、80、90、92）都具备在线加工功能成为生产线100的组成部分，进行在线等温态法制备铜铝复合材料55。参照图1和图9，由可选择的惰性气体系统500控制工艺流程（106，108，109，110）的气体压力和流量。挤压装置30，坯料制备装置40及铜包覆成型单元41，焊接单元42，整形单元43，等温轧制装置50及退火单元52均处在惰性气体环境中；通过附加可选项温度系统700控制工艺流程（106，108，109，110）的温度。挤压装置30，等温态轧制装置50，退火单元52，涂敷防护涂层单元62，铜包覆成型单元41和焊接单元42均处在特定温度下；通过附加可选项液压系统800控制工艺流程（106，108，109）的液压。挤压装置30，坯料制备装置40，等温态轧制装置50，定尺切割装置80和挤压机辅助液压单元36均处在特定压力下；通过附加可选项压缩空气系统900控制工艺流程106的空气压力。挤压装置30，检验检测装置70，定尺切割装置80，归集分类装置90和成品包装单元92均处在特定空气压力下。

参照图1、图2和图9，工艺101可选择性地包括以下一个或多个流程：精整经等温态法制备的铜铝复合材料55流程111，为等温态法制备的铜铝复合材料55涂敷防护涂层流程112，检验检测等温态法制备的铜铝复合材料55的产品质量流程113，按照要求长度定尺切割等温态法制备的铜铝复合材料55产品的流程114，分类和归集等温态法制备的铜铝复合材料55合格品与非合格品的流程115，包装等温态法制备的铜铝复合材料55产品的流程116。

参照图1和图2，产品精整流程111是在成品精整装置60中完成。流程（111）可能包括采用在线湿法抛光、反复冲洗和压缩空气干燥的方法完成最终的表面精整处理。湿法抛光装置由数对水平和垂直刷辊构成，刷辊的线速度大约在200米/分钟至2000米/分钟的区间，湿法抛光的力学条件是既要避免和平衡形成牵引力以防出现拉伸变形，也要防止形成阻力以免影响系统运行，还要避免轴向跳动。否则，将影响等温态法制备的铜铝复合材料半成品65的直线度。参照图1、图2和图9，产品精整流程111完成后，等温态法制备的铜铝复合材料半成品65被送入涂敷防护涂层流程112，此流程通常是在涂敷防护单元62使用电镀锡或抗氧化液涂敷在等温态法制备的铜铝复合材料半成品65的表面。在一个实施例中，抗氧化涂层在正常工作温度和湿度条件下的使用寿命为一年以上。

完成涂敷防护涂层流程112后，等温态法制备的铜铝复合材料半成品65进入检验检测装置70的检验流程113，此流程完成对等温态法制备的铜铝复合材料半成品65进行在线质检。一个实施例为，检验检测装置70使用图像识别技术和涡流探伤在线检测产品质量和产品缺陷。检验检测装置70可以通过通讯技术与定尺切割装置80和归集分类装置90进行对接。

之后，由定尺切割装置80完成铜铝复合材料的切割流程（114），将等温态法制备的铜铝复合材料半成品65剪切为所需长度的产品。

一个实施例中，定尺切割装置80带有两套分别设置在进料端和出料端的磁性离合器和立式辊轴引导牵引器，用于防止定尺切割装置切断产品时产生的振动干扰和影响检验检测装置70。定尺切割的关键是自动监测、气动夹合、工序分类和运动元编程控制。定尺切割装置80包括了高速锯和双同步带，其中一条同步带为高速锯的前后运动提供动力以实现自动监测和气动夹合，另一条同步带为等温态法制备的铜铝复合材料半成品65沿送料方向的传送提供动力。一个实施例中，定尺切割的长度区间大约在2米至6米，等温态法制备的铜铝复合材料半成品65的速度区间大约为5米/分钟至50米/分钟，高速锯的切割精度通常为2毫米/根。驱动编程系统和运动元控制着系统的内存，用于计算、存储、指示和通讯。通讯界面与主机连接，液晶显示屏为人机数码界面。

经检验检测和定尺切割后，等温态法制备的铜铝复合材料半成品65（按要求的产品长度）进入归集分类装置90的归集和分类流程115。归集分类装置90将等温态法制备的铜铝复合材料半成品65分为两类：合格品与非合格品。合格品作为等温态法制备的铜铝复合材料成品95被传送到成品包装单元92进行包装，非合格品将退出生产线作为废品和次品收集。

最后，等温态法制备的铜铝复合材料成品95在成品包装单元92完成包装流程116。等温态法制备的铜铝复合材料成品95可以是以上论述的任何一种形态的等温态法制备的铜铝复合材料55产品。如，等温态法制备的铜铝复合材料半成品65可以用来加工成母线排。

参照图1，一个实施例可选用自动化控制系统600控制整个生产工艺流程，包括实时控制等温态、动态平衡、速度和形变、气压和液压、温度、压缩空气装置以及运行单元的各种参数。控制系统600可与上述单元通讯，包括：惰性气体系统500、温度系统700、液压系统800和压缩空气系统900。

应该理解为本发明所述和权利要求还有很多其它的用途和应用，因此本发明并不局限于已经论述的领域和用途。本发明所论及的说明和插图旨在使其他人士通过本项发明原理和实践应用来熟知掌握该项工艺。熟知本发明工艺的人士可能采纳和应用本项发明于其他多种形式，如为了特定用途进行的优化修改。据此，本项发明所指的实施例并非全部或详尽亦不应受此限制。本项发明的范围亦将不受限于上述阐述，而应在附属的权利要求连同此类权利要求所授权的全部范围内做确定，包括专利申请和出版物在内的所有文章和参考文献，以及被纳入所有目的的引用。

Claims (19)

1.一种铜铝复合材料的等温态法制备工艺，其特征是该工艺包括：

A、原料铝和原料铜的备料准备；

B、原料铝的清洁与整型；

C、原料铝经挤压成为铝芯坯；

D、原料铜的清洁；

E、原料铜连续变形为铜包覆坯；

F、铜包覆坯沿纵向包覆铝芯坯后经模具成型为铜包覆铝坯；

G、铜包覆铝坯经等温态轧制和退火工艺成为等温态法制备的铜铝复合材料，该铜铝复合材料是由铝芯层和铜包覆层构成。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征是生产线加工流程至少包括了下列一个环节：

A、精整经等温态法制备的铜铝复合材料；

B、为等温态法制备的铜铝复合材料涂敷防护涂层；

C、检验检测等温态法制备的铜铝复合材料的产品质量；

D、定尺切割等温态法制备的铜铝复合材料产品；

E、分类和归集等温态法制备的铜铝复合材料产品以便进行包装；及

F、以上综合。

3.根据权利要求1、2所述的工艺，其特征是原料铝的清洁与整型流程包括：

A、原料铝的矫直整型；

B、原料铝的归圆整型；

C、在原料铝杆表面刻划来福线；

D、对原料铝杆进行精密刮削和防氧化处理。

4.根据权利要求1、2、3所述的工艺，其特征是原料铝经挤压后结晶成型为铝芯坯包括在铝芯坯中形成一个内腔。

5.根据权利要求1、2、3、4所述的工艺，其特征是一个连续生产线工艺流程。

6.根据权利要求1、2、3、4、5所述的工艺，其特征是铜包覆层沿纵向包覆铝芯层的四周表面后经模具成型为铜包覆铝坯的工艺流程还包括了在惰性气体环境下对包覆在铝芯层上的管线状铜包覆层实施焊接。

7.根据权利要求6所述的工艺，其特征是焊接采用高频氩弧焊接或激光焊接装置。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7所述的工艺，其特征是原料铝经挤压后结晶成型为铝芯坯的过程是在惰性气体环境下完成的。

9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8所述的工艺，其特征是铜包覆铝坯经等温态轧制和退火后成为等温态法制备的铜铝复合材料这一工艺流程是在惰性气体环境下完成的。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9所述的工艺，其特征是铜包覆铝坯在等温态轧制过程中其温度维持在一个预设范围内。

11.根据权利要求一所述的工艺方法，其特征在于等温态法制备的铜铝复合材料是由铝芯层和铜包覆层所构成，其中：（a）包覆铜层均匀；（b）铜包覆层和铝芯层的交界面经等温态法工艺达到冶金结合；（c）交界面的剪切强度大于铝的固有剪切强度。

13.一种等温态法工艺制备的铜铝复合材料，其特征是该铜铝复合材料包括了铝芯层和铜包覆层，并且：

A、铜包覆层沿纵向均匀包覆在铝芯层表面；

B、经过等温态法工艺制备的铜包覆层和铝芯层在交界处实现冶金结合；

C、铜包覆层具备铜层均匀性。

14.权利要求13所述复合材料交界面的冶金结合强度高于铝基固有结合强度。

15.权利要求13所述等温态法制备铜铝复合材料产品为母线排。

16.根据权利要求13所述等温态法制备的铜铝复合材料，其特征是具有热稳定性且满足电工应用所要求的铜层能够均匀承载电流。

17.权利要求13所述等温态法制备的铜铝复合材料应用于电力传输。

18.一种等温态法在线连续制备铜铝复合材料的生产线系统，其特征是该生产线系统包括：

A、预处理装置用于清洁原料铜及原料铝和整形原料铝；

B、挤压装置用于挤压原料铝使之结晶成型为铝芯坯；

C、坯料制备装置用于将铜包覆坯和铝芯坯合成为铜包覆铝坯；以及

D、等温态轧制和退火装置用于将铜包覆铝坯转变为等温态法工艺制备的铜铝复合材料。

19.根据权利要求18所述的生产线系统，其特征是该生产线系统至少包括了下述一个装置：铜料储料器，半成品精整装置，涂敷防护涂层装置，检验检测装置，定尺切割装置，归集与分类装置，成品包装装置，及其组合。

20.根据权利要求18所述的生产线系统，其特征是坯料制备装置包括包覆坯料制备子单元，焊接子单元和精整子单元。