CN106563696A - 内层含槽叠层复合金属板材的制备方法 - Google Patents

内层含槽叠层复合金属板材的制备方法 Download PDF

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CN106563696A CN201510657406.1A CN201510657406A CN106563696A CN 106563696 A CN106563696 A CN 106563696A CN 201510657406 A CN201510657406 A CN 201510657406A CN 106563696 A CN106563696 A CN 106563696A
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Abstract

本发明公开了一种内层含槽复合金属板材的制备方法，所述的复合金属板材包括设置在两块金属板之间的金属管，所述的金属板复合连接，其中金属板与金属管的材质选择铜、铝、钢等金属中的任意一种，金属管中需填充低熔点合金或金属粉末。相比于机械加工、铆接、涂覆粘结剂等在板内形成槽孔的加工工艺，本发明更加简单，结合强度更高；不仅能够加工大尺寸的板材，还能够进行规模化批量生产；制备的复合金属板为内层含槽孔的复合金属板材，内层孔可进行布线或者通入一些冷却液体，充分提高了材料的空间利用率，使其应用范围更加广阔。

Description

内层含槽叠层复合金属板材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种内层含槽复合金属板材的制备方法，属于复合金属板材领域。
背景技术
由于科学技术的迅速发展，单一材料已很难满足现代工业对于材料综合性能的要求，双金属复合材料可以在设计上综合各组元的优点，使材料拥有优良的综合性能，而且适用面广，近年来受到各国越来越多的关注。
金属复合轧制板材有铝钢，铜钢，铜铝等多种双金属组合类型。以铜铝复合轧制板材为例，其不仅具有铜材的高导电、导热率，同时具有铝材的质轻、耐腐蚀、美观、经济等优点，铜铝层状复合材料可以在减轻40％质量的前提下达到与铜材相差无几的高导电、导热率，同时价格只有铜材的60％。因此，铜铝复合材料正逐渐被开发，并应用在电子、电气、电力、冶金、机械、汽车、能源等领域，具体的应用包括铜包铝电缆、散热翅片、复合接头、电子封装等。
现在层状金属材料的制备方法，有爆炸焊接复合、轧制复合和爆炸－轧制复合等几种主流的加工制备方法，其在理论研究和应用方面都有了很大的发展，这里主要介绍一下轧制复合的方法。根据轧制复合温度参数，轧制复合法可分为热轧复合法和冷轧复合法；冷轧复合法中，根据轧机轧辊的转速或辊径的差异，可分为等辊径等辊速复合法和异步轧制复合法。轧制复合法的主要机理就是采用轧辊大压力作用下，使两种或者两种以上的金属待复合表面产生较大的塑性变形，表面的硬化层塑性很差会产生破裂，新鲜而活化的金属从待复合表面的裂缝中挤出，从而能够获得牢固结合的一种工艺。相比于冷轧，热轧复合法是将待复合的金属坯料加热到一定温度，对其施加大的压下量进行轧制变形，在受到热和力的同时作用而使不同金属复合的一种工艺方法。热轧和冷轧复合法都有其自身的优点和缺点，因此在合理选择轧制复合工艺的时候要根据实际所需要的性能与成本进行选择。
发明内容
本发明的目的是提供一种内层含槽复合金属板材的制备方法。
本发明的目的是按如下技术方案实现的：一种内层含槽复合金属板材，包括设置在两块金属板之间的金属管，所述的金属板复合连接。
所述的金属板与金属管的材质选择铜、铝、钢等金属中的任意一种。
所述的金属管的个数为1根以上。
一种制备上述结构的内层含槽复合金属板材的方法，包括如下步骤：
A：表面处理：对退火处理过的金属板和金属管去油污、表面磨砂；
B：组料：在金属管中填充低熔点金属粉末后，密封，将密封后的金属管置于两块金属板之间，将金属管固定在两块金属板之间；
C：复合轧制：将两块金属板固定后进行轧制，在一定的压下量下将金属板进行复合；
D：高温处理：将低熔点金属粉末熔化；
E：扩散退火：对复合后的金属板进行扩散退火处理；
F：表面精轧：对退火后的复合金属板表面精轧，制得成品。
步骤A中，当金属板和金属管的材质为钢时，其退火温度为640℃6660℃，退火时间为30min；当金属板和金属管的材质为铜时，其退火温度为440℃6400℃，退火时间为30min；当金属板和金属管的材质为铝时，其退火温度为260℃6320℃，退火时间为30min。
步骤B中，金属管的固定方式有以下几种：预先在金属板上与金属管接触的一面铣削两条槽；或把金属管采用焊接的方法固定在其中一块金属板上；或采用粘结剂将金属管固定在金属板上。
步骤B中，低熔点金属粉末是指熔点低于铝的金属或共晶合金粉末。
步骤C中，金属板的固定采用铆接或焊接。
步骤C中，冷轧时至少需要经过一道次轧制，第一道次轧制压下量至少为40％，总压下量控制在44％670％之间。
步骤E中，复合金属板的扩散退火温度为4406440℃，退火时间为10630min。
与现有技术相比，本发明的优点是：
一、相比于机械加工、铆接、涂覆粘结剂等在板内形成槽孔的加工工艺，本发明所述的方法更加简单，结合强度更高；二、本发明不仅能够加工大尺寸的板材，还能够进行规模化批量生产；三、本发明制备的带金属管的的复合板材，可在金属管内进行布线或者通入一些冷却液体，充分提高了材料的空间利用率，使其应用范围更加广阔。
说明书附图
图1为本发明的内层含槽孔叠层金属复合板材的横截面结构图。
其中：1-金属板(金属1)，2-金属管(金属2)
具体实施方式
内层含槽复合轧制板材，其应用非常广泛，可在军事、民用、建筑等领域发挥极其重要的作用。例如，其可在坦克等军事装备上发挥相当大的作用，用于坦克的外壳，可以减轻坦克的重量，用于制作发动机所处周围的机壁，在孔中通入冷却液体，可以降低坦克发动机的温度，延长坦克相关部件的使用寿命，在电子装备中，还可以通过板材中的槽孔进行布线，节省空间，并且可避免电线外皮剥落导致的短路；在民用及建筑领域，通过使用带槽板材，增加板材的导热、导电等相关性能，还可以减轻重量，另外这些槽孔还可以布线，避免需要布线而要进行的打孔工作。
相比于复合轧制的方法，也可以按传统的加工方法制备复合金属板材，例如可采用机械加工、铆接、涂覆粘结剂的方式来实现槽孔的加工和板材之间的结合，但这些方法通常都有其难以避免的缺陷。通过机械加工的方式加工带槽金属复合板材，先通过轧制获得复合轧制板材，在进行机械钻孔，这样的加工方式，步骤繁琐，且加工的板材不宜过长，加工效率低、成本高。若采用铆接的方法制作带槽复合金属板材，需要在金属板两侧分别开槽，开槽之后打孔、铆接，这样的结合界面难以实现冶金结合，所以其界面结合强度没有轧制复合形成的结合强度高；另外，通过此方法加工出的板材不能实现冷却的功能，而且只能加工小块板材，难以进行大批量生产。除了铆接，还可以通过涂覆粘结剂，将两种板材粘结在一块，这样的结合方式，虽然其界面结合的紧密度比铆接好，但是界面的结合强度不高，且界面结合寿命即粘结剂的使用寿命，使用时间难以满足市场需求。故以上列举的加工方法皆有其难以克服的缺点和劣势所在，因此本发明提出通过将一定数量的某种金属管置于两块金属板之间，通过复合轧制的方法，制备含槽叠层复合轧制板材的加工方法。
金属板与金属管的材质，可从铜、铝、钢等金属中选一种，其组合可有以下几种：
1、金属板与金属管为异种金属：如铝板和铜管、铜板与钢管、钢板与铝管等组合；
2、两块金属板为异种金属，金属管与其中一块金属板材质相同：如铝板、钢板和钢管，铜板、钢板和钢管等组合；
3、两块金属板与金属管的材质均不同：如铜板、铝板和钢管的组合。
金属管中填充的低熔点金属或合金粉末可从如下材料中选择：
1、低熔点金属：锡、铅、锌等；
2、低熔点铝合金：AlBi4、AlCd1、AlGa46、AlGe26.4、AlHg93、AlIn0.4、AlLi13、AlMg30.2、AlSn11、AlZn11.3等
3、低熔点镁合金：MgMn0.1、MgNa1、MgPb36、MgSr30、MgSn27、MgZn34、MgZn27、AlMg49.2等
4、低熔点锡合金：SnSr10、SnTe64、SnTh1、SnTi3、SnY2、SnYb2、SnZr1等
4、低熔点锌和金：SnZn96、MgZn9等
下述实施例以铜铝、铜钢、铝钢内层含槽复合轧制板材为例，但本发明不限与以下几种实施例。
实施例1
A：备料：准备两块宽度为60mm的铝板、两根铜管，为固定方便，可在两块铝板一段打两个孔；另外需在铝板咬入端与轧辊接触面加工出倾斜度为20°～40°的咬入角，以便于轧辊咬合轧制；为使铝板和铜管成分更加均匀，需在轧制前对铝板及铜管进行退火处理，铜管的退火温度及时间为440℃，30min，铝板的退火温度及时间为300℃，30min；
B：表面处理：用酒精溶液采用超声波清洗的方法去掉坯料表面的油污，用铁丝刷将铝板表面与铜管表面进行打磨处理，将表面磨砂，使表面处于活化状态，易于进行金属板复合；
C：铣槽：在两块铝板上铣削出与铜管相配合的通槽；
D：组料：在铜管中填充AlSn11合金粉末以增加铜管的整体强度，然后进行密封，将密封后的铜管置于两块铝板的通槽之间，如附图1所示，并用铆枪将坯料固定在一起；
E：复合轧制：将固定在一起的板料送入轧机，进行冷轧，一次压下70％左右的压下量；
F：高温处理：在440℃温度下，将轧制后的板材内部金属管的填充物熔化，以保留出加工板材内的槽孔；
G：扩散退火：扩散退火时间为30min，退火温度为440℃，冷却方式为炉冷；
H：表面精轧：最后通过精轧轧制控制板型，最后对表面进行清洗，即加工出成品。
实施例2
A6B的步骤与实施例1基本一致；
C：组料：在铜管中填充MgZn34合金粉末以增加铜管的整体强度，然后进行密封，将密封后的铜管用胶水粘贴在两块铝板之间，以此来固定铜管的位置，并且通过附图1所示的方法，用铆枪将坯料固定在一起；
D：复合轧制：将固定在一起的板料送入轧机，进行冷轧，一道次轧制压下量为60％，通过二道次轧制将总压下量控制在70％左右；
E：高温处理：在440℃温度下，将轧制后的板材内部金属管的填充物熔化，以保留出加工板材内的槽孔；
F：扩散退火：扩散退火时间为20min，退火温度为440℃，冷却方式为炉冷；
G：表面精轧：最后通过精轧轧制控制板型，最后对表面进行清洗，即加工出成品。
实施例3
A6B的步骤与实施例1基本一致；
C：组料：在铜管中填充SnZr1合金粉末以增加铜管的整体强度，然后密封，将密封后的铜管用焊接在两块铝板之间，以此来固定铜管的位置，并且通过附图1所示的方法，用铆枪将坯料固定在一起；
D：复合轧制：将固定在一起的板料送入轧机，进行冷轧，一道次轧制压下量为60％；
E：扩散退火：扩散退火时间为10min，退火温度为440℃，冷却方式为炉冷；
F：高温处理：在440℃温度下，将轧制后的板材内部金属管的填充物熔化，以保留出加工板材内的槽孔；
G：表面精轧：最后通过精轧轧制控制板型，最后对表面进行清洗，即加工出成品。
实施例4
A：备料：准备两块宽度为60mm的金属板，分别为铝板和铜板，三根铜管；在铝板咬入端与轧辊接触面加工出倾斜度为20°～40°的咬入角，以便于轧辊咬合轧制；为使铝板、铜板和铜管成分更加均匀，需在轧制前对铝板及铜管进行退火处理，铜板和铜管的退火温度及时间为440℃，30min，铝板的退火温度及时间为300℃，30min；
B：表面处理：用酒精溶液采用超声波清洗的方法去掉坯料表面的油污，用铁丝刷将铝板、铜板与铜管表面进行打磨处理，将表面磨砂，使表面处于活化状态，易于进行金属板复合；
C：组料：在铜管中填充SnZr1合金粉末以增加铜管的整体强度，然后进行密封，通过焊接的方法将将铜管焊接在铝板和铜板之间，以此固定铜管的位置，按附图1所示的位置，并用铆枪将坯料组合固定在一起；
D：复合轧制：将固定在一起的板料送入轧机，进行冷轧，一次压下60％左右的压下量；
E：高温处理：在440℃温度下，将轧制后的板材内部金属管的填充物熔化，以保留出加工板材内的槽孔；
F：扩散退火：扩散退火时间为10min，退火温度为440℃，冷却方式为炉冷；
G：表面精轧：最后通过精轧轧制控制板型，最后对表面进行清洗，即加工出成品。
实施例4
A：备料：准备两块宽度为60mm的铝板、三根钢管，为固定方便，可在两块铝板一段打两个孔；另外需在铝板咬入端与轧辊接触面加工出倾斜度为20°～40°的咬入角，以便于轧辊咬合轧制；为使铝板和铜管成分更加均匀，需在轧制前对铝板及铜管进行退火处理，钢管的退火温度及时间为660℃，30min，铝板的退火温度及时间为300℃，30min；
B：表面处理：用酒精溶液采用超声波清洗的方法去掉坯料表面的油污，用铁丝刷将铝板表面与钢管表面进行打磨处理，将表面磨砂，使表面处于活化状态，易于进行金属板复合；
C：铣槽：在两块铝板上铣削出与钢管相配合的通槽；
D：组料：在钢管中填充SnZn96合金粉末以增加钢管的整体强度，然后进行密封，将密封后的钢管置于两块铝板的通槽之间，如附图1所示，并用铆枪将坯料固定在一起；
E：复合轧制：将固定在一起的板料送入轧机，进行冷轧，压下量为60％；
F：高温处理：在440℃温度下，将轧制后的板材内部金属管的填充物熔化，以保留出加工板材内的槽孔；
G：扩散退火：扩散退火时间为10min，退火温度为440℃，冷却方式为炉冷；
H：表面精轧：最后通过精轧轧制控制板型，最后对表面进行清洗，即加工出成品。
实施例6
A：备料：准备两块宽度为600mm的钢板、三根铜管；需在钢板咬入端与轧辊接触面加工出倾斜度为20°～40°的咬入角，以便于轧辊咬合轧制；为使钢板和铜管成分更加均匀，需在轧制前对钢板和铝管进行均匀化退火处理，钢板的退火温度及时间为660℃，30min，铜管的退火温度及时间为440℃，30min；
B：表面处理：用酒精溶液采用超声波清洗的方法去掉坯料表面的油污，用铁丝刷将钢板表面与铜管表面进行打磨处理，将表面磨砂，使表面处于活化状态，易于进行金属板复合；
C：铣槽：在两块钢板上铣削出与铜管相配合的通槽；
D：组料：在铜管中填充SnZn96合金粉末以增加铜管的整体强度，然后进行密封，将密封后的铜管置于两块铝板的通槽之间，如附图1所示，并用焊接的方法将两块钢板与铜管固定在一起；
E：复合轧制：将固定在一起的板料送入轧机，进行冷轧，一次压下60％左右的压下量；
F：高温处理：在440℃温度下，将轧制后的板材内部金属管的填充物熔化，以保留出加工板材内的槽孔；
G：扩散退火：扩散退火时间为30min，退火温度为440℃，冷却方式为炉冷；
H：表面精轧：最后通过精轧轧制控制板型，最后对表面进行清洗，即加工出成品。
实施例7
A：备料：准备两块宽度为60mm的钢板和铝板，三根钢管；需在钢板和铝板咬入端与轧辊接触面加工出倾斜度为20°640°的咬入角，以便于轧辊咬合轧制；为使钢板和铜管成分更加均匀，需在轧制前对钢板和铝管进行均匀化退火处理，钢板和钢管的退火温度及时间为660℃，30min，铝板的退火温度及时间为300℃，30min；
B：表面处理：用酒精溶液采用超声波清洗的方法去掉坯料表面的油污，用铁丝刷将钢板、铝板表面与钢管表面进行打磨处理，将表面磨砂，使表面处于活化状态，易于进行金属板复合；
C：铣槽：在钢板与铝板上铣削出与钢管相配合的通槽；
D：组料：在钢管中填充AlZn11.3合金粉末以增加钢管的整体强度，然后进行密封，将密封后的钢管置于两块金属板的通槽之间，如附图1所示，并用焊接的方法将钢板、铝板与钢管固定在一起；
E：复合轧制：将固定在一起的板料送入轧机，进行冷轧，一次压下60％左右的压下量；
F：高温处理：在440℃温度下，将轧制后的板材内部金属管的填充物熔化，以保留出加工板材内的槽孔；
G：扩散退火：扩散退火时间为30min，退火温度为440℃，冷却方式为炉冷；
H：表面精轧：最后通过精轧轧制控制板型，即加工出成品。
实施例6
A：备料：准备两块宽度为100mm的金属板，分别为铜板和钢板，四根钢管，为固定方便，可在钢板和铜板一端用钻床打两个孔；另外需在金属板咬入端与轧辊接触面加工出倾斜度为20°～40°的咬入角，以便于轧辊咬合轧制；为使钢板、铜板和钢管的成分更加均匀，需在轧制前对钢板、铜板及钢管进行退火处理，钢板及钢管的退火温度及时间为640℃，30min，铜板的退火温度及时间为440℃，30min；
B：表面处理：用酒精溶液采用超声波清洗的方法去掉坯料表面的油污，用铁丝刷将铝板表面与铜管表面进行打磨处理，将表面磨砂，使表面处于活化状态，易于进行金属板复合；
C：铣槽：在钢板和铜板与钢管的接触面上铣削出与铜管相配合的通槽；
D：组料：在钢管中填充AlZn11.3合金粉末以增加钢管的整体强度，然后进行密封，将密封后的钢管置于钢板和铜板的通槽之间，如附图1所示，并用铆枪将坯料固定在一起；
E：复合轧制：将固定在一起的板料送入轧机，进行冷轧，一道次轧制压下量60％左右；
F：高温处理：在440℃温度下，将轧制后的板材内部金属管的填充物熔化，以保留出加工板材内的槽孔；
G：扩散退火：扩散退火时间为10min，退火温度为440℃，冷却方式为炉冷；
H：表面精轧：最后通过精轧轧制控制板型，即加工出成品。
实施例9
A：备料：准备两块宽度为100mm的金属板，分别为铜板和铝板，四根钢管，为固定方便，可在钢板和铜板一端用钻床打两个孔；另外需在金属板咬入端与轧辊接触面加工出倾斜度为20°～40°的咬入角，以便于轧辊咬合轧制；为使钢板、铜板和钢管的成分更加均匀，需在轧制前对铝板、铜板及钢管进行退火处理，铝板的退火温度及时间为300℃，30min，钢管的退火温度及时间为640℃，30min，铜板的退火温度及时间为440℃，30min；
B：表面处理：用酒精溶液采用超声波清洗的方法去掉坯料表面的油污，用铁丝刷将铝板表面与铜管表面进行打磨处理，将表面磨砂，使表面处于活化状态，易于进行金属板复合；
C：铣槽：在铝板和铜板与钢管的接触面上铣削出与铜管相配合的通槽；
D：组料：在钢管中填充SnTi3合金粉末以增加钢管的整体强度，然后进行密封，将密封后的钢管置于铜板和铝板的通槽之间，如附图1所示，并用铆枪将坯料固定在一起；
E：复合轧制：将固定在一起的板料送入轧机，进行冷轧，一道次轧制压下量60％左右；
F：高温处理：在440℃温度下，将轧制后的板材内部金属管的填充物熔化，以保留出加工板材内的槽孔；
G：扩散退火：扩散退火时间为10min，退火温度为440℃，冷却方式为炉冷；
H：表面精轧：最后通过精轧轧制控制板型，即加工出成品。
附表：部分实验样品结合强度实验数据
表1 铜铝含槽孔复合板不同压下量下的金属板间的结合强度
注：
70％-1：表示经一道次轧制，其压下量为70％，对应实施例1中的压下量；
70％-2：表示经二道次轧制，第一道次压下量为60％，通过第二道次轧制将总压下量控制在70％，对应实施例2中的压下量。

Claims (7)

1.一种制备内层含槽复合金属板材的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A：表面处理：对退火处理过的金属板和金属管去油污、表面磨砂；
B：组料：在金属管中填充低熔点金属粉末后，密封，将密封后的金属管置于两块金属板之间，将金属管固定在两块金属板之间；
C：复合轧制：将两块金属板固定后进行轧制，在一定的压下量下将金属板进行复合；
D：高温处理：将低熔点金属粉末熔化；
E：扩散退火：对复合后的金属板进行扩散退火处理；
F：表面精轧：对退火后的复合金属板表面精轧，制得成品。
2.如权利要求1所述的制备内层含槽复合金属板材的方法，其特征在于，步骤A中，当金属板和金属管的材质为钢时，其退火温度为640℃～680℃，退火时间为30min；当金属板和金属管的材质为铜时，其退火温度为450℃～500℃，退火时间为30min；当金属板和金属管的材质为铝时，其退火温度为280℃～320℃，退火时间为30min。
3.如权利要求1所述的制备内层含槽复合金属板材的方法，其特征在于，步骤B中，金属管的固定方式有以下三种：预先在金属板上与金属管接触的一面铣削两条槽；或把金属管采用焊接的方法固定在其中一块金属板上；或采用粘结剂将金属管固定在金属板上。
4.如权利要求1所述的制备内层含槽复合金属板材的方法，其特征在于，步骤B中，低熔点金属粉末是指熔点低于铝的金属或共晶合金粉末。
5.如权利要求1所述的制备内层含槽复合金属板材的方法，其特征在于，步骤C中，金属板的固定采用铆接或焊接。
6.如权利要求1所述的制备内层含槽复合金属板材的方法，其特征在于，步骤C中，冷轧时至少需要经过一道次轧制，第一道次轧制压下量至少为50％，总压下量控制在55％～70％之间。
7.如权利要求1所述的制备内层含槽复合金属板材的方法，其特征在于，步骤E中，复合金属板的扩散退火温度为450～550℃，退火时间为10～30min。
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