CN107336483A - 一种以低碳钢为中间层的热双金属材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以低碳钢为中间层的热双金属材料及其制备方法。所述热双金属材料为层状结构，包括主动层、被动层及夹设于主动层与被动层之间的中间层，所述主动层材料为铁镍锰合金FeNi20Mn6，中间层材料为低碳钢，被动层材料为铁镍合金FeNi36。本发明所述的热双金属材料，在各层材料的协同作用下，具有良好的温曲率、电阻率、焊接性能和耐腐蚀性，实现了成本低廉与耐腐蚀性之间的完美平衡；另外，本发明的制备方法，使层与层之间的结合强度较高，可保证结合界面平直、无裂纹现象出现。

Description

一种以低碳钢为中间层的热双金属材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种热双金属材料及其制备方法，具体说，涉及一种以低碳钢为中间层的热双金属材料及其制备方法，属于金属材料技术领域。
背景技术
热双金属材料是一种功能性的温度敏感材料，由两种或两种以上不同热膨胀系数的材料组成，其中主动层采用热膨胀系数较大的材料，被动层采用热膨胀系数较小的材料，它能根据温度变化而产生形状的变化，主要应用于温控器、低压电器和仪器仪表等领域，如：用于低压断路器的过载保护，当电流过载时，导致了材料温升使双金属片产生弯曲，从而使电路导通或断开。
目前应用于低压电器上的热双金属材料通常为三层复合结构，包括主动层、被动层及位于主动层和被动层之间中间层，由于低压电器上的热双金属材料对材料的温曲率和电阻率一致性、耐腐蚀性和焊接性等方面均有较高要求，因此，目前的热双金属材料的中间层材料主要采用纯镍。目前此类以纯镍为中间层的热双金属材料，每年需求量约为2000吨，由于镍是价格昂贵的有色金属，导致生产成本很高，为了降低热双金属的生产成本，因此需要开发低成本的少镍或无镍的热双金属材料。
中国专利CN201410265649.6中公开了一种热双金属片及其制造工艺，该热双金属片由主动层和被动层两层组成，主动层材料为镍铬合金，被动层材料为镍铁合金，主动层和被动层通过冷轧复合制成热双金属片。中国专利CN201410268058.4中公开了一种热双金属材料，该热双金属材料中包含以下金属成分：铝、锡、锰或锌其中的一种，该金属中还包含铁镍合金和有机化合物颗粒，其中所述有机化合物颗粒为碳化物和/或氮化物和/或硼化物的颗粒；所述的铁镍合金成分所占重量百分比分别为30.5％-50.5％。中国专利CN201510605022.5中公开了一种热双金属材料，该热双金属材料按重量百分含量包含以下成分：锡、锰或锌中的一种40-65％；铁镍合金20-35％；钴基高温合金5-16％；无机化合物颗粒10-30％。上述专利中虽然减少了纯镍的使用，降低了生产成本，但均非三层复合结构，其性能方面相较于三层复合结构的热双金属材料而言还存在一定的差距。
中国专利CN201410157022.9中公开了一种可节省镍的层状热双金属材料，该热双金属材料包括低膨胀层、高膨胀层以及位于低膨胀层和高膨胀层之间的中间层，其中中间层不用纯镍，而是采用铜合金层与钢合金层的相互层状复合的合金组合层，合金组合层的层数为2-4层，合金组合层的厚度占热双金属材料总厚度的5％-40％，其中，铜合金层的材质为C11000或C10200或C10700的任一种，钢合金层的材质为SUS430或SUS304的任一种；该专利虽然节约了镍的用量，但是中间层采用的铜合金层与钢合金层价格依旧较为昂贵，生产成本还是较高。中国专利CN200810200901.X、CN200810041654.3、CN200810200898.1、CN200810200899.6中都分别公开了一种热双金属材料，均包括主动层、被动层及位于主动层与被动层之间的中间层，上述热双金属材料的中间层采用电工纯铁代替纯镍，节约了镍的用量，降低了生产成本。上述三层复合结构式的热双金属材料中，以电工纯铁或铜合金层与钢合金层的相互层状复合的合金组合层代替双金属材料使用的纯镍中间层，节约了镍的用量，虽然在一定程度上降低了生产成本，但是由于纯镍中间层的缺失，导致其耐腐蚀性能降低，而低压电器上使用的热双金属材料对耐腐蚀性能要求较高，这就导致上述热双金属材料无法满足应用需求。
目前还没有以低碳钢为中间层的热双金属材料的相关报道，更加没有兼具成本低廉和耐腐蚀性好的以低碳钢为中间层的热双金属材料的相关报道。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种成本低廉、耐腐蚀性好的以低碳钢为中间层的热双金属材料及其制备方法，以满足低压电器的应用需求。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种以低碳钢为中间层的热双金属材料，为层状结构，包括主动层、被动层及夹设于主动层与被动层之间的中间层，所述主动层材料为铁镍锰合金FeNi20Mn6，所述中间层材料为低碳钢，所述被动层材料为铁镍合金FeNi36。
作为优选方案，在所述热双金属材料的总厚度中：主动层的厚度占35.5-45.5％，中间层的厚度占10.5-20.5％，被动层的厚度占39.5-49.5％。
作为进一步优选方案，所述热双金属材料的总厚度为1.0-1.2mm(以1.1-1.14mm为佳)，其中：主动层的厚度占38.5-42.5％，中间层的厚度占13.5-17.5％，被动层的厚度占42-46％。
作为优选方案，铁镍锰合金FeNi20Mn6的化学组成为：C≤0.03％，Si≤0.2％，P≤0.01％，S≤0.01％，Ni：21.5-22.5％，Mn：5.8-6.2％，Fe：余量，以上百分比均为质量百分比。
作为优选方案，低碳钢的材质为SPCC低碳钢，其化学组成为：C≤0.03％，Si≤0.2％，Mn≤0.3％，P≤0.01％，S≤0.01％，Ni：21.5-22.5％，Cr：2.9-3.1％，Fe：余量，以上百分比均为质量百分比。
作为优选方案，所述低碳钢为表面镀铜(以紫铜为佳)的低碳钢。
作为优选方案，铁镍合金FeNi36的化学组成为：C≤0.03％，Si≤0.2％，Mn≤0.3％，P≤0.01％，S≤0.01％，Co≤0.2％，Cr≤0.2％，Ni：35-37％，Fe：余量，以上百分比均为质量百分比。
一种制备本发明所述的以低碳钢为中间层的热双金属材料的方法，包括初轧、扩散退火和精轧，主动层材料、中间层材料和被动层材料进行初轧之前，需要对中间层的低碳钢材料预先进行表面电镀铜处理。
作为优选方案，所述初轧的温度高于200℃、初轧的压下率大于80％；所述精轧为冷轧，精轧的压下率大于80％。
作为进一步优选方案，本发明所述的以低碳钢为中间层的热双金属材料的制备包括如下步骤：
1)原材料选用：选择铁镍锰合金FeNi20Mn6为主动层材料，选择低碳钢为中间层材料，选择铁镍合金FeNi36为被动层材料，且所选择的材料均为带材；
2)清洗：对主动层材料、中间层材料和被动层材料的表面进行清洗处理；
3)粗化：对主动层材料、中间层材料和被动层材料的表面进行粗化处理；
4)镀铜：对经过粗化处理后的中间层材料进行表面电镀铜处理；
5)烘干：将主动层材料、中间层材料和被动层材料在100-200℃、氮气气氛下进行烘干处理；
6)初轧：将主动层材料、中间层材料和被动层材料在氨分解气氛下进行初轧处理，使三层材料复合为一整体，所述初轧的温度为200-400℃、压下率为80-98％；
7)扩散退火：将初轧复合后的材料在700-1000℃下进行扩散退火处理；
8)精轧：将扩散退火后的材料进行精轧处理，压下率为80-95％；
9)拉弯矫直：通过拉弯矫直机对精轧后的材料进行拉弯矫直处理；
10)分条：通过分条机将拉弯矫直后的材料切割成宽度相等的金属长带；
11)冲压：将金属长带冲压成所要求形状的元件；
12)稳定化退火：将冲压的元件在分解氨气氛下进行稳定化退火处理，退火温度为200-500℃，保温时间为60-180分钟，即得所述热双金属材料。
作为更进一步优选方案，步骤6)中，初轧的温度为260-280℃、压下率为90-95％。
作为更进一步优选方案，步骤7)中，扩散退火的温度为850-870℃。
作为更进一步优选方案，步骤8)中，精轧的压下率为85-90％。
作为更进一步优选方案，步骤11)中，稳定化退火的温度为270-290℃，保温时间为80-90分钟。
与现有技术相比，本发明具有如下显著性有益效果：
由于本发明的热双金属材料的主动层材料为铁镍锰合金FeNi20Mn6，中间层材料为低碳钢，被动层材料为铁镍合金FeNi36，中间层采用低碳钢代替以往的纯镍或铜合金层与钢合金层的相互层状复合的合金组合层，因此，本发明不仅降低了生产成本，并且在各层材料的协同作用下，本发明的热双金属材料具有良好的温曲率、电阻率和焊接性能，能满足低压熔断器的使用要求，尤其是，还具有良好的耐腐蚀性，可以应用于潮湿环境的电子元器件；另外，本发明的制备工艺经济实用，制备过程简单，成本低廉，无需特殊设备和苛刻条件，易于实现规模化生产。
附图说明
图1是本发明提供的一种以低碳钢为中间层的热双金属材料的结构示意图；
图2是对本发明所述热双金属材料横截面的扫描电子显微镜照片。
图中：1-主动层；2-中间层；3-被动层。
具体实施方式
下面结合实施例和对比例对本发明技术方案做进一步详细、完整地说明。
实施例1
1)原材料选用：选择铁镍锰合金FeNi20Mn6为主动层1材料，选择SPCC低碳钢为中间层2材料，选择铁镍合金FeNi36为被动层3材料，所选择的材料均为带材，带材的宽度为100mm，退火态；
2)清洗：对主动层材料、中间层材料和被动层材料的表面进行清洗处理，以去除其表面的油污和氧化物；
3)粗化：对主动层1材料、中间层2材料和被动层3材料的表面进行粗化处理，以提高热双金属材料层间的结合强度；
4)镀铜：对经过粗化处理后的中间层2材料进行表面电镀铜处理，镀铜层为紫铜(采用常规的镀铜工艺在低碳钢表面镀上一层薄薄的铜层即可，镀铜工艺已经是成熟的工艺，此处就不再详述)，以改善SPCC低碳钢与主动层1铁镍锰合金FeNi20Mn6及被动层3铁镍合金FeNi36之间的结合；同时，镍元素在铁中的扩散速度较快，SPCC低碳钢表面的镀铜层能降低主动层1铁镍锰合金FeNi20Mn6以及被动层3铁镍合金FeNi36中的镍元素向中间层2低碳钢的扩散，以降低该热双金属材料的电阻率，使其具有适宜的电阻率；
5)烘干：将主动层1材料、中间层2材料和被动层3材料在120℃、氮气气氛下进行烘干处理；
6)初轧：将主动层1材料、中间层2材料和被动层3材料在氨分解气氛下进行初轧处理，使三层材料复合为一整体，初轧温度为280℃，压下率为92％；
7)扩散退火：将初轧复合后的材料在870℃下进行扩散退火处理，以提高热双金属材料层间的结合强度；
8)精轧：将扩散退火后的材料进行精轧处理，压下率为87％；
9)拉弯矫直：通过拉弯矫直机对精轧后的材料进行拉弯矫直处理，以提高热双金属带材的平直度；
10)分条：通过分条机将拉弯矫直后的材料切割成宽度相等的金属长带；
11)冲压：将金属长带冲压成所要求形状的元件；
12)稳定化退火：将冲压的元件在分解氨气氛下进行稳定化退火处理，以提高热双金属材料性能的均匀性，退火温度为290℃，保温时间为90分钟，即得所述热双金属材料，该热双金属材料中整体材料总厚度为1.118mm，主动层1厚度为0.459mm，中间层2厚度为0.171mm，被动层3厚度为0.488mm。
图2为本实施例制备得到的热双金属材料的横截面图，由图2可见，本实施例制备的热双金属材料呈层状结构，且主动层1、中间层2和被动层3之间的结合界面平直，主动层1、中间层2和被动层3厚度均匀性良好；根据GB/T 5270-2005进行剥离试验，将该热双金属材料弯成直角，中间层2与主动层1以及被动层3之间的结合强度较高，结合界面无裂纹现象出现。
制备得到的热双金属材料的温曲率和电阻率数据测定数据如表1所示。
实施例2
本实施例中初轧温度为270℃，压下率为91％，扩散退火的温度为860℃，精轧的压下率为86％，稳定化退火的温度为280℃，保温时间为80分钟；制得的热双金属材料中整体材料总厚度为1.133mm，主动层1厚度为0.467mm，中间层2厚度为0.173mm，被动层3厚度为0.493mm。其余内容与实施例1相同。
本实施例制备的热双金属材料也呈层状结构，且主动层1、中间层2和被动层3之间的结合界面平直，主动层1、中间层2和被动层3厚度均匀性良好；根据GB/T 5270-2005进行剥离试验，将该热双金属材料弯成直角，中间层2与主动层1以及被动层3之间的结合强度较高，结合界面无裂纹现象出现。
制备得到的热双金属材料的温曲率和电阻率数据测定数据也如表1所示。
实施例3
本实施例中初轧温度为260℃，压下率为90％，扩散退火的温度为850℃，精轧的压下率为85％，稳定化退火的温度为270℃，保温时间为80分钟；制得的热双金属材料中整体材料总厚度为1.135mm，主动层厚度为0.464mm，中间层厚度为0.175mm，被动层厚度为0.496mm。其余内容与实施例1相同。
本实施例制备的热双金属材料也呈层状结构，且主动层1、中间层2和被动层3之间的结合界面平直，主动层1、中间层2和被动层3厚度均匀性良好；根据GB/T 5270-2005进行剥离试验，将该热双金属材料弯成直角，中间层2与主动层1以及被动层3之间的结合强度较高，结合界面无裂纹现象出现。
制备得到的热双金属材料的温曲率和电阻率数据测定数据也如表1所示。
表1 实施例1-3所获得的热双金属材料的测定数据
由表1可见：本发明获得的热双金属材料，在中间层采用低碳钢代替以往的纯镍或铜合金层与钢合金层的相互层状复合的合金组合层，降低了生产成本的前提下，制得的产品性能不受影响，温曲率和电阻率较为优越，符合低压熔断器的应用要求。
实施例4：焊接性能测试
分别对实施例1、2、3制备的热双金属材料的焊接性能进行测试，具体为：将热双金属材料片与紫铜片采用钎焊连接，焊接面积为10mm×10mm，采用铜钎料，焊接温度为850℃；测试结果如表2所示。
表2 热双金属材料的焊接性能数据
由表2可见：本发明制得的热双金属材料焊接后具有较好的抗拉强度，表明该热双金属材料具有良好的焊接性能，能满足低压熔断器的应用要求。
实施例5；耐腐蚀性能测试
采用中性盐雾试验分别对对实施例1、2、3制备的热双金属材料的耐腐蚀性能进行测试，具体为：盐雾试验采用质量百分比为5％的氯化钠水溶液作为喷雾用的溶液，试验温度为25℃，盐雾的沉降率为0.02ml/cm2h，经过12、24、36、48、60和72小时，测其热双金属材料的耐蚀等级，测试结果如表3所示。
对比例1
CN200810200901.X、CN200810041654.3、CN200810200898.1、CN200810200899.6中CN200810200901.X相较而言，与本发明的材料组成较为接近，以CN200810200901.X中实施例1的热双金属材料为对比例，采用与本发明实施例1相同的制备工艺，制得对比热双金属材料，该对比热双金属材料中，主动层FeNi20Mn6合金(占总体积百分比为30％)，中间层为电工纯铁(占总体积百分比为40％)，被动层为FeNi36合金(占总体积百分比为30％)。采用实施例5中的测试方法对制得的对比热双金属材料进行耐腐蚀性能测试，测试结果如表3所示。
表3 热双金属材料的耐腐蚀性能测试数据
样品 主动层 中间层 被动层 72小时耐蚀等级
实施例1 FeNi20Mn6 低碳钢 FeNi36 9
实施例2 FeNi20Mn6 低碳钢 FeNi36 9
实施例3 FeNi20Mn6 低碳钢 FeNi36 9
对比例1 FeNi20Mn6 电工纯铁 FeNi36 7
由表3可见：本发明的热双金属材料相较于对比热双金属材料具有较好的耐腐蚀性能，可以应用于潮湿环境的电子元器件。
由此可见，本发明的热双金属材料的耐腐蚀性能是基于各层材料之间的协同作用，每层材料并非简单的替换。
对比例2
本对比例中主动层1材料、中间层2材料和被动层3材料表面经过粗化处理后，中间层2的SPCC低碳钢未经镀铜处理，而是直接跟主动层1的铁镍锰合金FeNi20Mn6和被动层3的铁镍合金FeNi36进行后续的初轧、扩散退火等工艺步骤，其中：初轧温度为280℃，压下率为92％，扩散退火的温度为870℃，精轧的压下率为87％，稳定化退火的温度为290℃，保温时间为90分钟；其余内容与实施例1相同。
实验结果显示：虽然本对比例制备的热双金属材料也呈层状结构，但是根据GB/T5270-2005进行剥离试验，将该热双金属材料弯成直角，中间层2与主动层1以及被动层3之间的结合强度较低，结合界面出现裂纹，产品质量存在缺陷。
对比例3
本对比例中主动层1材料、中间层2材料和被动层3材料表面经过粗化处理后，中间层2的SPCC低碳钢未经镀铜处理，而是直接跟主动层1的铁镍锰合金FeNi20Mn6和被动层3的铁镍合金FeNi36进行后续的初轧、扩散退火等工艺步骤，其中：初轧温度为270℃，压下率为91％，扩散退火的温度为860℃，精轧的压下率为86％，稳定化退火的温度为280℃，保温时间为80分钟；其余内容与实施例2相同。
实验结果显示：虽然本对比例制备的热双金属材料也呈层状结构，但是根据GB/T5270-2005进行剥离试验，将该热双金属材料弯成直角，中间层2与主动层1以及被动层3之间的结合强度较低，结合界面出现裂纹，产品质量存在缺陷。
对比例4
本对比例中主动层1材料、中间层2材料和被动层3材料表面经过粗化处理后，中间层2的SPCC低碳钢未经镀铜处理，而是直接跟主动层1的铁镍锰合金FeNi20Mn6和被动层3的铁镍合金FeNi36进行后续的初轧、扩散退火等工艺步骤，其中：初轧温度为260℃，压下率为90％，扩散退火的温度为850℃，精轧的压下率为85％，稳定化退火的温度为270℃，保温时间为80分钟；其余内容与实施例3相同。
实验结果显示：虽然本对比例制备的热双金属材料也呈层状结构，但是根据GB/T5270-2005进行剥离试验，将该热双金属材料弯成直角，中间层2与主动层1以及被动层3之间的结合强度较低，结合界面出现裂纹，产品质量存在缺陷。
对比例5
本对比例中初轧为冷复合，压下率为75％，扩散退火的温度为850℃，精轧的压下率为65％，稳定化退火的温度为270℃，保温时间为90分钟；其余内容与实施例1相同。
实验结果显示：虽然本对比例制备的热双金属材料也呈层状结构，但是根据GB/T5270-2005进行剥离试验，将该热双金属材料弯成直角，中间层2与主动层1以及被动层3之间的结合强度较低，结合界面出现裂纹，产品质量存在缺陷。
对比例6
本对比例中初轧温度为260℃，压下率为40％，扩散退火的温度为850℃，精轧的压下率为65％，稳定化退火的温度为270℃，保温时间为90分钟；其余内容与实施例1相同。
实验结果显示：虽然本对比例制备的热双金属材料也呈层状结构，但是根据GB/T5270-2005进行剥离试验，将该热双金属材料弯成直角，中间层2与主动层1以及被动层3之间的结合强度较低，结合界面出现裂纹，产品质量存在缺陷。
对比例7
本对比例中初轧为冷复合，压下率为70％，扩散退火的温度为860℃，精轧的压下率为60％，稳定化退火的温度为280℃，保温时间为85分钟；其余内容与实施例1相同。
实验结果显示：虽然本对比例制备的热双金属材料也呈层状结构，但是根据GB/T5270-2005进行剥离试验，将该热双金属材料弯成直角，中间层2与主动层1以及被动层3之间的结合强度较低，结合界面出现裂纹，产品质量存在缺陷。
对比例8
本对比例中初轧温度为270℃，压下率为35％，扩散退火的温度为860℃，精轧的压下率为60％，稳定化退火的温度为280℃，保温时间为85分钟；其余内容与实施例1相同。
实验结果显示：虽然本对比例制备的热双金属材料也呈层状结构，但是根据GB/T5270-2005进行剥离试验，将该热双金属材料弯成直角，中间层2与主动层1以及被动层3之间的结合强度较低，结合界面出现裂纹，产品质量存在缺陷。
对比例9
本对比例中初轧为冷复合，压下率为60％，扩散退火的温度为870℃，精轧的压下率为50％，稳定化退火的温度为290℃，保温时间为80分钟；其余内容与实施例1相同。
实验结果显示：虽然本对比例制备的热双金属材料也呈层状结构，但是根据GB/T5270-2005进行剥离试验，将该热双金属材料弯成直角，中间层2与主动层1以及被动层3之间的结合强度较低，结合界面出现裂纹，产品质量存在缺陷。
对比例10
本对比例中初轧温度为280℃，压下率为30％，扩散退火的温度为870℃，精轧的压下率为50％，稳定化退火的温度为290℃，保温时间为80分钟；其余内容与实施例1相同。
实验结果显示：虽然本对比例制备的热双金属材料也呈层状结构，但是根据GB/T5270-2005进行剥离试验，将该热双金属材料弯成直角，中间层2与主动层1以及被动层3之间的结合强度较低，结合界面出现裂纹，产品质量存在缺陷。
本发明的热双金属材料，主动层材料为铁镍锰合金FeNi20Mn6，中间层材料为低碳钢，被动层材料为铁镍合金FeNi36，中间层材料低碳钢与主动层材料铁镍锰合金FeNi20Mn6和被动层材料铁镍合金FeNi36之间的结合力较弱，影响产品的质量，因此，本发明在制备过程中，在三层材料进行复合之前，对低碳钢进行表面镀铜处理，铜的延展性优于低碳钢，有利于改善低碳钢与主动层铁镍锰合金以及被动层铁镍合金之间的结合，从而保证了产品的质量，这点从对比例2-4可以得到证明(未经镀铜处理的低碳钢与铁镍锰合金和铁镍合金复合后，中间层与主动层以及被动层之间的结合界面出现裂纹)。
热双金属材料的制备过程通常包括选材、清洗、初轧、扩散退火、精轧、拉弯矫直、分条、冲压等步骤(例如中国专利CN201410265649.6中所公开的热双金属片的制造工艺)。在热双金属材料的制备过程中，初轧、精轧是影响产品质量的关键环节，初轧过程中需要将多层金属复合为一个整体，如果初轧的工艺参数尤其是压下率不适合会导致双金属复合产品产生缺陷，影响成品质量，一般初轧分为冷复合和温复合，为了使产品的中间层与主动层以及被动层之间的结合较好，结合界面较为平直，通常是采用低变形率的轧制工艺，冷复合时，初轧的压下率通常是60-80％(例如中国专利CN201410265649.6中初轧的压下率最高为70％)，温复合时，其压下率要低于冷复合的压下率，通常20-40％即可。同时，经过初轧、扩散退火后的双金属材料还需要进行精轧(即成品冷轧)，最终成品质量的好坏与精轧的工艺有很大关系，对于双金属而言，初轧是基础、精轧是关键。通常而言，精轧的下压率在40-65％(例如中国专利CN201410265649.6中精轧的压下率最高为42％)。
本发明的初轧选择的是温复合，精轧是冷轧，但是由于本发明的热双金属材料主动层材料为铁镍锰合金，中间层材料为低碳钢，被动层材料为铁镍合金，与以往的热双金属材料有本质上的区别，复合轧制时，中间层与主动层以及被动层之间的结合较为困难(从对比例5-10可见，采用传统的轧制工艺，产品的结合界面出现裂纹，质量不合格)，就需要采用特定的制备工艺。而本发明正是抛弃了以往的低变形率的轧制工艺，采用大变形率的轧制工艺(初轧为温复合，且下压率大于80％，精轧下压率大于80％)，使得产品主动层、中间层和被动层厚度均匀性良好，中间层与主动层以及被动层之间的结合强度较高，结合界面平直，无裂纹现象出现，保证了产品质量。
综上所述：由于本发明的热双金属材料的主动层材料为铁镍锰合金，中间层材料为低碳钢，被动层材料为铁镍合金，中间层采用低碳钢代替以往的纯镍或铜合金层与钢合金层的相互层状复合的合金组合层，不仅降低了生产成本，并且在各层材料的协同作用下，本发明的热双金属材料具有良好的温曲率、电阻率和焊接性能，能满足低压熔断器的应用要求，尤其是，还具有良好的耐腐蚀性，实现了成本低廉与耐腐蚀性之间的完美平衡，可以应用于潮湿环境的电子元器件；另外，本发明的制备方法中，在主动层材料、中间层材料和被动层材料进行复合之前，对中间层的低碳钢材料预先进行表面电镀铜处理，使得制备的热双金属材料的整体材料的总厚度以及三层材料厚度的均匀性良好，中间层与主动层以及被动层之间的结合强度较高，结合界面平直，无裂纹现象出现，产品质量好，相对于现有技术而言，取得了显著性进步和出乎意料的效果。
最后需要在此指出的是：以上仅是本发明的部分优选实施例，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种以低碳钢为中间层的热双金属材料，其特征在于：为层状结构，包括主动层、被动层及夹设于主动层与被动层之间的中间层，所述主动层材料为铁镍锰合金FeNi20Mn6，所述中间层材料为低碳钢，所述被动层材料为铁镍合金FeNi36。
2.根据权利要求1所述的以低碳钢为中间层的热双金属材料，其特征在于，在所述的热双金属材料的总厚度中：主动层的厚度占35.5-45.5％，中间层的厚度占10.5-20.5％，被动层的厚度占39.5-49.5％。
3.根据权利要求2所述的以低碳钢为中间层的热双金属材料，其特征在于：所述的热双金属材料的总厚度为1.0-1.2mm，其中：主动层的厚度占38.5-42.5％，中间层的厚度占13.5-17.5％，被动层的厚度占42-46％。
4.一种制备权利要求1所述的以低碳钢为中间层的热双金属材料的方法，其特征在于：包括初轧、扩散退火和精轧，主动层材料、中间层材料和被动层材料进行初轧之前，需要对中间层的低碳钢材料预先进行表面电镀铜处理。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述初轧的温度高于200℃、初轧的压下率大于80％；所述精轧为冷轧、精轧的压下率大于80％。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以低碳钢为中间层的热双金属材料的制备包括如下步骤：
1)原材料选用：选择铁镍锰合金FeNi20Mn6为主动层材料，选择低碳钢为中间层材料，选择铁镍合金FeNi36为被动层材料，且所选择的材料均为带材；
2)清洗：对主动层材料、中间层材料和被动层材料的表面进行清洗处理；
3)粗化：对主动层材料、中间层材料和被动层材料的表面进行粗化处理；
4)镀铜：对经过粗化处理后的中间层材料进行表面电镀铜处理；
5)烘干：将主动层材料、中间层材料和被动层材料在100-200℃、氮气气氛下进行烘干处理；
6)初轧：将主动层材料、中间层材料和被动层材料在氨分解气氛下进行初轧处理，使三层材料复合为一整体，所述初轧的温度为200-400℃、压下率为80-98％；
7)扩散退火：将初轧复合后的材料在700-1000℃下进行扩散退火处理；
8)精轧：将扩散退火后的材料进行精轧处理，压下率为80-95％；
9)拉弯矫直：通过拉弯矫直机对精轧后的材料进行拉弯矫直处理；
10)分条：通过分条机将拉弯矫直后的材料切割成宽度相等的金属长带；
11)冲压：将金属长带冲压成所要求形状的元件；
12)稳定化退火：将冲压的元件在分解氨气氛下进行稳定化退火处理，退火温度为200-500℃，保温时间为60-180分钟，即得所述热双金属材料。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤6)中，所述初轧的温度为260-280℃、压下率为90-95％。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤7)中，扩散退火的温度为850-870℃。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤8)中，精轧的压下率为85-90％。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤11)中，稳定化退火的温度为270-290℃，保温时间为80-90分钟。
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