CN108480400B - 一种异质金属相拼复合板带材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异质金属相拼复合板带材及其制备方法，该复合板带材在沿所述复合板带材纵向上呈周期性间隔式设置有多个由异质金属组合所构成的相拼结合面，复合板带材包括各相拼结合面在内的各金属层之间的材料组织均已达到物理冶金键合的致密结合程度，复合板带材可连续地加工出满足最终成品需求的多个具有相同的异质金属材质组成及细节尺寸特征的相拼复合金属件。本发明彻底改变了现有技术中所有类型的复合金属板带材的结合面沿带材长度方向连续式分布的传统设计思想，更有利于在获得最佳材料综合应用特性(特别是焊接性能)的同时极大地降低相拼复合型元件的生产加工成本。

Description

一种异质金属相拼复合板带材及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种异质金属相拼复合板带材及其制备方法，可广泛应用于包括电力、电池、汽车、电子、建筑材料等许多工业领域的材料连接件及装饰用途。

背景技术

目前在电力、电池、汽车、电子等工业领域大量需要将不同材质的金属件进行配对连接，如电芯极耳用于连接极片和外引端、多个单体电芯间的不同材质的正负极连接、汽车轻量化设计中的钢铝连接等，因此，异种金属的连接技术受到产业界的高度重视。与此同时，各类的连接结构件的质量性能稳定性、生产效率及成本都提出了更高要求以满足终端产品制造过程自动化、智能化、规模化的发展要求。

在同样的异质金属组合情况下，金属与金属间的相拼复合(即两相邻异质金属片或金属体在相接触的侧面(或截面)紧密结合，在大多数情况下各组成金属片的厚度或金属体的高度相同，但也有一些情况下(如两相邻异质金属件之间只有一个基准面相平齐)组合相拼的金属片或金属体厚度或高度并不相等)结构较异质金属间的叠层复合结构在焊接应用时具有显著比较优势。这是因为焊接时由于需要有较强热输入以保证焊接必须的能量，此时对叠层复合金属结构而言从表层所输入的热量传递必定穿越异质金属间的结合界面。一方面，材料间因膨胀系数差所导致的热应力使得焊接可靠性下降；另一方面，当构成叠层的异质金属组元属于容易形成金属间化合物类型时(注：从材料相图可知如铝/铜、铝/镍、铝/钢等的组合)，受焊接热影响难以避免地在异质金属界面附近生成破坏焊接结合的金属间化合物，即这些组合的异质金属实际难以直接通过焊接进行牢固连接(注：当然包括相拼焊接)。而相拼复合金属结构由于其复合界面与整个金属片厚度(或整个金属体的高度)方向大致平行，较容易实现焊接热量的传导途径，尽量避开复合界面区域。因此，在一定条件下完全可以避免焊接热影响区对复合界面的潜在破坏。显然，异质金属间的相拼复合结构件实质上是实现异质金属件之间可靠连接的最佳设计结构。此外，由于一些金属材料通过相拼组合在一起形成鲜明的色彩对比(如铜/铝、不锈钢/铜)，可作为建筑用的板材达到令人赏心悦目的装饰效果。

中国专利文献CN 102035080A公开了“一种采用侧面复合金属结构的导电连接片及其生产方法”提出了一种通过由不同金属所组成的侧面复合金属带材横向冲压出的导电连接片的方案，该方案在工程实践方面已得到大量的成功验证，但该方案在规模化生产时成本难以下降影响了其更大规模的推广和应用。实践证明，受带材的主要生产设备轧机本身宽度的影响，毕竟最终零件的长度较宽度尺寸大，因此，只有当带材的主尺寸方向(即纵向与宽向)与最终零件的主方向分别等同一致时才具有最高的生产效率和相对最低的应用成本。大多情况下,侧面复合带材的宽度方向等同于最终零件的长度方向(即纵向)，而其带材纵向等同于最终零件的宽度方向，显然这无法与现已大规模生产的面复合(注：各等宽的材料组元叠层复合为面复合)金属带材的加工效率无法相比，因为后者这种带材的纵向和宽向大多情况下与最终零件的纵向和宽向分别等同。另外，上述侧面复合带材在大多情况下仅为两条或三条等厚异质金属在相邻接触的侧面结合(注：较其它复合结构的材料而言，侧面复合时异质金属间接触面积相对最小使得复合所需能量难以加入且带材侧面刚度容易失稳)，更多条的异质金属带在相邻接触的侧面结合技术加工难度则更为困难，这使得该种结构的侧面复合带材的生产效率很低：一般情况下只能通过纵向剪切得到1～2条连续卷带，而每一条卷带宽度按对应于最终单个侧面复合导电连接件的长度值进行分切，显然这无法与面复合金属带材的生产成本相比：后者可以在轧制完成后采用纵剪法一次性获得多条甚至数十条以上的窄带(注：窄带的宽度可视为单个最终零件的宽度)。实际上现有技术中镶嵌结构的复合金属带材也存在类似的问题：其镶嵌条数一旦超过3条，其生产成本及产品质量稳定性变差，这样使得材料生产效率难以提升从而影响其推广应用和生产成本的降低。

近十年来以激光焊接、电子束焊接为代表的高能束连接技术在各工业应用领域特别是3D金属打印技术方面得到了前所未有的空前发展，但在发展中其应用瓶颈也非常明显难以突破：1)高能束焊接在某些异种金属材料组合的连接方面受到技术本身的限制无法实现，如铜/铝连接；2)无论是哪种高能束加工毕竟仍属于焊接技术，其快速热输入和快速冷却过程所形成的焊缝中难以避免如气孔、微裂纹等材料组织缺陷的出现，这些缺陷都会对最终产品的高可靠应用(如汽车)产生较大的质量风险和隐患；3)3D打印所采用的金属粉体要求达到球形度高、窄范围微米级尺寸的特点，因此3D打印金属粉体必须经过许多精确过程控制的工序才能得到，其成本往往是块状金属材料成本的几十甚至上百倍，导致3D打印的金属件成本居高不下；4)3D打印效率非常低且打印出来的金属件致密度差、韧性较低，不适用于大规模批量化类标准结构件的生产。

发明内容

针对现有技术中的以上明显不足，特别是推动相拼复合金属结构件的更大范围的推广应用，本发明突破层状复合金属板带材的传统设计思维提供了一种具有高效生产、质量稳定、设计灵活的异质金属相拼复合板带材及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种异质金属相拼复合板带材，在沿所述复合板带材纵向上呈周期性间隔式设置有多个由异质金属组合所构成的相拼结合面，所述复合板带材包括各相拼结合面在内的各金属层之间的材料组织均已达到物理冶金键合的致密结合程度，所述复合板带材可连续地加工出满足最终成品需求的多个具有相同的异质金属材质组成及细节尺寸特征的相拼复合金属件。

所述复合板带材为单一金属材质件或由金属基复合材料所构成的材质件。

另一方面，本发明还提供了一种异质金属相拼复合板带材制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一、将第一种组元金属所构成的板带坯料加工制成金属基板带坯；

步骤二、制备不同于第一种组元金属材质及其组成特征的多个预制拼接金属件，使多个预制拼接金属件具有与金属基板带坯形成相匹配的直接相拼焊接特性；

步骤三、将预制拼接金属件与金属基板带坯进行清洗去油处理，再将所制成的多个预制拼接金属件间隔设置于金属基板带坯上，并经相拼焊接处理制得初始预制带坯；

步骤四、对步骤三中所制得的初始预制带坯进行一定变形率的塑形加工和热处理，使初始预制带坯中包括金属基板带坯和多个预制拼接金属件的各相拼结合面在内的各金属层结合面的材料组织致密化，制得复合板带材。

进一步地，所述制备方法还包括步骤五，将复合板带材沿着纵向进行剪切分条处理后形成成品带材。

所述步骤一中的第一种组元金属基板带坯上设有多个具有周期性间隔分布规律且与预制拼接金属件形状相匹配的定位孔和/或定位凹槽。

所述步骤四中的对初始预制带坯进行50％以上总变形率的塑性加工变形及中间过程的扩散热处理。

所述步骤三中的金属基板带坯与相应匹配的异质单一金属体难以直接相拼焊接时，在步骤二中所述预制拼接金属件的待焊接面处设有用于保证与金属基板带坯进行直接相拼焊接的过渡金属层；所述金属基板带坯与拼接金属件具有相匹配的机械性能特征，使得初始预制带坯具备后续良好的整体塑性加工能力。

所述的设有过渡金属层的预制拼接金属件为具有在自身所构成的各异质金属结合面间形成物理冶金键合的整体相拼结构特征或整体嵌入式结构特征的金属片或金属体；各异质金属结合界面附近的金属间化合物厚度≤40μm。

所述的带有过渡金属层的预制拼接金属件是以固相复合或液固复合方法首先制得非侧面复合带材结构方式的复合坯料，复合坯料再通过塑性加工、可选择性的热处理、矫直加工工序及精密切割处理，得到的具有相拼结构特征的多个复合金属片或复合金属体。

所述复合坯料为表面包覆复合结构的带材或棒材、或为两表面层对称覆层的叠层复合结构、或为镶嵌复合结构的带材，其中覆层或镶嵌复合的基体材料即为过渡金属层材质，所述过渡金属层的厚度即从设有过渡金属层的预制拼接金属件的待相拼焊接面至该预制拼接金属件自身所构成的相拼异质金属结合面的距离大于预制拼接金属件与金属基板带坯相拼焊接时所产生的热影响区尺寸。

所述的设有过渡金属层的预制拼接金属件具有整体相拼结构特征，所述预制拼接金属件中至少有一组异质金属间的结合是通过相拼焊接或榫卯结构拼接连接或镀覆或气相沉积而成，其中异质金属相拼焊接时在异质金属界面处所形成的金属间化合物厚度≤40μm，其中过渡金属层的厚度即从设有过渡金属层的预制拼接金属件的待相拼焊接面至该预制拼接金属件中异质金属相拼结合面的距离大于预制拼接金属件与金属基板带坯相拼焊接时所产生的热影响区尺寸。

在相拼复合板带材中至少其中一种单一金属的单面或两面被其它金属层覆盖，其具体制作方法如下：

在步骤一中通过轧制复合或镀覆方法或气相沉积法使得第一种组元金属基板带坯具有单面或双面叠层金属结构；

或在步骤二中通过复合或镀覆或气相沉积方法获得预制拼接金属件，所制得的预制拼接金属件中的至少一种单一金属的单面、双面或全面被其它金属层所覆盖；

或在步骤四中所述复合板带材的制作过程中通过增加局部镀覆或局部气相沉积工序，使所制得的复合板带材中的其中一种单一金属的单面或双面被其它金属层覆盖。

本发明技术方案，在复合金属材料的发展历史进程中具有里程碑式的重要推广和应用意义，较现有材料其颠覆性集中体现于以下几点：

A.本发明所提供的异种金属相拼复合板带材，可最终高效、稳定、批量化地加工出具有材料整体韧性优异(包括异质金属结合面在内的各材料组织致密)、材料组合设计灵活的异质金属的相拼结构件，极大地突破了包括3D金属打印在内的现有技术在实现高性能可靠性的异种金属相拼组合件大规模生产、应用和推广方面的一系列限制；

B.更重要的是，本发明所提供的异质金属相拼结合面沿复合板带材长度方向上具有间隔式独立而且在理论上可谓无限多个分布的特征，彻底改变了现有技术中各种类型的复合金属板带材的结合面沿该材料长度方向只能连续分布的设计思想，开创出一种具有全新空间结构特征的复合金属材料的制备方法，更有利于在获得最佳材料综合应用特性(特别是焊接性能)的同时极大地降低异质金属相拼复合件的生产加工成本；

C.而且非常值得一提的是，本发明对相拼形状(也可理解为相拼结合面在相拼复合结构件表面的截线)及拼接体本身的尺寸基本无限制。采用本发明所述各步骤，按材料塑性变形特性规律并根据材料体积不变原理预先设计好金属基板带坯及预制相拼焊接件的材料组成、形状和尺寸，并合理设计和调整加工过程的工艺就可最终制备加工出整体材料致密一体化并且满足任意复杂相拼形状或图案的成品相拼复合件。拼接体的尺寸则主要受现有(相拼)焊接技术热影响区控制水平的影响，目前已达到亚微米级精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a是实施例1所述的初始预制带坯整体外形图是；

图1b是实施例1所述的金属基板带坯的材料组成结构示意图(大箭头表示带坯纵向)；

图1c是图1b中金属基板带坯的A-A截面结构示意图；

图1d是图1a中预制拼接金属件的平面结构示意图；

图1e是图1d中B-B截面结构示意图；

图2a是实施例1所述的铜/铝间隔式相拼复合金属成品卷带材整体外形图；

图2b是实施例1所述的铜/铝间隔式相拼复合金属成品卷带材的材料组成结构示意图；

图2c是图2b中C-C截面结构示意图；

图3a是实施例2所述的初始预制带坯整体外形图；

图3b是实施例2所述的金属基板带坯的材料组成结构示意图(大箭头表示带坯纵向)；

图3c是图3b中D-D截面结构示意图；

图3d是图3a中预制拼接金属件的结构外形图；

图4a是实施例2所述的铜/镍间隔式相拼复合金属卷带材整体外形图；

图4b是实施例2所述的铜/镍间隔式相拼复合金属卷带材的材料组成结构示意图(大箭头表示卷带材纵向)；

图4c是图4b中E-E截面结构示意图。

图中：

1-成品复合板带材，

11-拼接金属件，12-金属基材；

2-初始预制带坯，

21-预制拼接金属件，211-主拼接金属件，212-过渡金属层；

22-金属基板带坯，221-矩形定位孔，222-拼接间距段，223-定位凹槽。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在此首先定义和说明几种概念：异质金属泛指两种不同材质所构成的金属；单一金属则是指在该金属材料体内没有两种以上的异质金属组元以明显层状界面形式相区分而出现的一种金属，即单一金属可以是只有一种金属元素成份所组成的纯金属，也可以是多种元素成份所组成的合金。例如，纯铜片和纯铝片是异质单一金属组合；铜合金片和铝合金片是异质单一金属组合；纯铝片和铝合金片是异质单一金属组合；纯铝金属片和以纯铝为基体的铝/铜复合结构的金属片之间的关系则为异质金属组合但不能称之为异质单一金属组合，因为后者铝/铜复合结构的金属片本身属于层状复合金属而非单一金属。

如图1a和图3a所示为制备本发明所述相拼复合板带材的初始预制带坯2，其包括金属基板带坯22和与金属基板带坯22相焊接的多个预制拼接金属件21，多个预制拼接金属件21沿着金属基板带坯22的长度方向呈间隔设置，相拼焊接后的预制拼接金属件21与金属基板带坯22在金属基板带坯22的纵向上经同步塑性变形延伸后形成复合板带材，再经纵剪后成为分别如图2a和图4a所示的成品复合板带材1，成品金属基板带坯3经塑形变形延伸后形成金属基材12，成品复合板带材1中的拼接金属件11与金属基材12之间形成组织致密的物理冶金键合层。本发明所提供的成品复合带材1可连续地加工出满足最终成品需求的多个具有相同的异质金属材料组成及细节尺寸特征的相拼复合金属件。

如图1c和图3c所示，在金属基板带坯22上成型有多个呈周期性间隔设置的定位孔221和/或定位凹槽223，预制拼接金属件21为与定位孔221或定位凹槽223形状相匹配的焊接件，其设置于金属基板带坯22上的定位孔221或定位凹槽223中。本发明中的金属基板带坯22为单一金属材质件或由金属基复合材料所构成的材质件。

当预制拼接金属件21与金属基板带坯22存在难以直接相拼焊接的问题时，与金属基板带坯22相焊接的预制拼接金属件21的至少一面上设有过渡金属层212，即此时预制拼接金属件21包括主拼接金属件211和过渡金属层212，过渡金属层212与金属基板带坯22之间形成匹配的焊接特性，过渡金属层212与金属基板带坯22直接相拼焊合。

值得说明的是，为有利于初始预制坯的后续塑性加工及得到材料组织致密的成品复合带材，各相拼焊接时焊缝为连续焊缝，焊接方式可以是激光焊、电子束焊、等离子束焊、氩弧焊、摩擦焊中的一种，或上述几种焊接方法中的组合焊接，具体实施中大都采用焊接热影响区非常小的高能束连续焊接技术。

实施例1

实施例1的成品复合板带材1见图2a至图2c所示，其沿纯铝(A1060)金属基材12的纵向间隔式周期规律嵌入了多个圆形纯铜(T2)金属片作为拼接金属件11，即沿纯铝金属基材12的长度方向设置了多个周期性间隔分布的铜铝相拼结合面，而且成品复合板带材1包括纯铜金属片与纯铝金属带材之间所构成的相拼结合面在内的所有金属层间的结合面均达到物理冶金键合牢固结合的效果，即整个成品复合板带材包括相拼结合面之间的所有材料组织致密——无内部裂纹、焊接气孔等缺陷。该成品复合板带材1整体厚度为1mm，其中所嵌入的纯铜金属片厚度为0.4mm，纯铜金属片的直径为12mm，而沿成品复合板带材长度方向周期规律的排布中每两个沿复合板带材纵向间隔分布的纯铜金属片的中心距为50mm，各纯铜金属片的圆心距两边沿的距离均为40mm。制备该成品复合板带材的初始预制带坯2见图1a至图1e所示，其由纯铝金属基板带坯22与多个带有铝过渡金属层212的预制铜相拼焊接件21通过直接相拼焊接所组成。通过对成品复合板带材截面的金相观察，仅能观察到纯铜与纯铝之间存在明显界面，而原预制相拼金属件中的过渡金属层与铝基材已融合为一体，即相拼焊接时存在的各铝/铝界面已消失。

此铜/铝间隔式相拼复合金属卷带的制备过程为：

【S1】首先制备加工纯铝基带坯作为金属基板带坯22，这里的加工为切割、剪切、冲压、磨削、蚀刻中的一种或其中几种方法的组合。本实施例将厚度为3mm、宽度为260mm、硬态(HV_0.2＝35～45)的平整纯铝带进行高速连续定位冲压，成型所设置的多个槽底面呈椭圆型的定位凹槽223。制备出纯铝金属基板带坯的宽度方向均匀分布有3组定位凹槽223，如图1a、图1b和图1c所示，相邻各组定位凹槽223的中心距为80mm，中间组即第二组定位凹槽223的中心连线与金属基板带坯的宽度方向对称轴线重合；每组定位凹槽223沿金属基板带坯长度方向均匀间隔式排布，每组中相邻定位凹槽223的沿金属基板带坯长度方向的中心距均为16.6mm；各定位凹槽底面沿金属基板带坯宽度方向的距离即椭圆型的长轴距离为14mm，沿金属基板带坯长度方向的距离即椭圆型的短轴距离为6mm；上述定位凹槽的相关尺寸采用+0.05的正公差；各定位凹槽的深度为1.2mm。

【S2】制备不同于第一种组元金属材质及其组成特征的多个预制拼接金属件21，使多个预制拼接金属件21具有与金属基板带坯22形成相匹配的直接相拼焊接特性；制备多个铝/铜相拼复合结构型焊接片作为预制拼接金属件21，如图1d和图1e所示，这里的制备方法是对经过塑性加工及可选择性的热处理工序后的金属件，再进行切割、冲压、剪切中的一种或其中几种方法的组合。

本实施例首先采用固－液复合法制备铝包铜复合棒材，即Ф25mm的纯铜杆连续通过熔化的纯铝金属液，通过设置合适的铝液温度范围(约700℃)、铜杆走速(约2米/分钟)、以及精确控制冷却过程使得铝均匀地凝固包覆在铜杆上，此时获得的Ф29mm铝包铜复合坯料(注：横截面为圆型，包覆铝层厚度约为1.5mm)，其铜铝结合界面附近的金属间化合物约40μm；该复合坯料再经过大变形率的型轧及1道次精拉、矫直，其中型轧温度控制在350～400℃左右，得到横截面为椭圆型的铝包铜棒材。椭圆型棒材的横截面与【S1】步骤中的定位凹槽底面的椭圆形尺寸相同，但各细节尺寸取负公差-0.03；该复合棒材切成定尺长后堆叠起来后沿横截面进行精密多线切割，切割过程中通入冷却液，可一次性得到多个外形呈椭圆环形的铝/铜相拼复合结构的焊接片，厚度均为1.2mm，各焊接片中外环的纯铝片的相应层厚约为1mm，而内芯的纯铜金属片也呈椭圆形，其长轴为12mm，短轴为4mm，结合图1d和图1e所示，这里的纯铜金属片即为主拼接金属件211，包覆在纯铜金属片外环面上的纯铝片即为过渡金属层212，二者组成预制拼接金属件21。

【S3】将图1e所示的预制拼接金属件21与金属基板带坯22进行清洗去油处理，再将清洗去油后的多个预制拼接金属件21间隔设置于金属基板带坯22上，并经相拼焊接处理制得初始预制带坯2，如图1a所示。将清洗去油处理后的纯铝基带坯开卷，与清洗去油处理后的多个铝/铜相拼复合结构的焊接片即21通过15kw高功率扫描振镜式激光焊机在各定型凹槽内进行准确定位的自动化、智能化的相拼焊接。由于焊接片中采用纯铝作为过渡金属层212，因而预制相拼焊接件21与金属基板带坯22采用连续激光束可得到质量良好的连续焊缝组织，焊接速度达到每分钟15米，通过收卷高效得到各相拼焊接体牢固可靠连接的初始预制带坯2。该自动化生产线主要包括开卷机、自动送料(焊接件)装置、激光焊机、焊接缺陷检测装置及收卷机等几部分。

【S4】对【S3】中所制得的初始预制带坯2进行一定变形率的塑形加工和热处理，使初始预制带坯2中包括金属基板带坯22和多个预制拼接金属件21的各相拼结合面在内的各金属层结合面的材料组织致密化，制得复合板带材。所述的塑性加工主要为轧制、挤压、拉拔等方法中的一种或其中几种的组合。如图2a至图2c所示，本实施例对相拼焊接完成后的初始预制带坯2直接进行扩散退火，其采用300℃、保温1小时的井式退火工艺，该工序通过热扩散使预制拼接金属件21中的过渡金属层212的铝原子与金属基板带坯22中的铝原子在相拼焊接面附近形成物理冶金牢固键合，也可部分消除相拼焊接过程中在焊缝中存在的材料组织缺陷；扩散退火后的初始预制带坯2经多道次轧制，从3mm轧至1.2mm时进行中间过程退火，具体采用500℃、6米/分钟的连续式光亮退火，相当于预制拼接金属件21的底面与相接触的初始预制带坯上的定位凹槽底面先通过大尺寸的塑性变形，在两者之间生成大量的新鲜金属待结合面，再通过扩散实现了两者之间的物理冶金牢固键合，而此时铜/铝结合界面附近的金属间化合物厚度仅为2微米。经过中间过程退火后，整个带材包括前述相拼焊接结合面在内的所有材料完成了组织致密化过程。再进一步从1.2mm轧至1.0mm的成品厚度，目的是为了获得满足最终成品机械性能(硬度)要求；最后再对成品复合板带材进行多条纵剪分条处理，显然可以达到高生产效率和低生产成本的效果。

可以看出，对比成品复合板带材1上沿其长度方向上间隔分布的纯铜金属片与初始预制带坯2上各相应焊接片中的纯铜金属片，就成品复合板带材表面上的尺寸变化而言，初始预制带坯2上的纯铜金属片通过塑性变形后，由椭圆形的纯铜金属片变化为成品复合板带材中的圆形纯铜金属片，而其中椭圆长轴的距离并无变化，短轴的距离却延长了3倍。

实施例2

实施例2的成品复合板带材1见图4a、图4b和图4c所示，其由沿成品复合板带材纵向间隔式周期规律分布的纯铜(T2)金属片与纯镍(N6)金属片以相拼复合结构方式所组成，此时纯铜金属片作为金属基材12，纯镍金属片则为拼接金属件11。在整个成品复合板带材1中纯铜金属片及纯镍金属片的厚度均为0.1mm、宽为4mm，其中每个周期段中纯铜金属片的长度为50mm，纯镍金属片的长度为6mm。该成品复合板带材1中多个以纯铜金属片与纯镍金属片所组成的相拼复合体中的各结合面已达到物理冶金键合牢固结合的效果，且整个成品复合板带材1包括相拼结合面之间的所有材料组织致密——无内部裂纹、焊接气孔等缺陷。制备该成品复合板带材的初始预制带坯2见图3a、图3b和图3c所示，其由带有多个定位孔的纯铜金属带坯与多个纯镍金属片通过直接相拼焊接所组成。

此铜/镍间隔式相拼复合金属卷带的制备过程为：

【S1】将第一种组元金属所构成的板带坯料加工制成金属基板带坯。

取厚度为0.6mm、宽度为100mm、半硬态(HV_0.2＝75～85)的纯铜金属板带进行高速激光切割，形成所设置的多个间隔设置的矩形定位孔221，如图3b和图3c所示，各矩形定位孔221沿金属基板带坯22长度方向间隔排布且与该金属基板带坯22的宽度中心轴对称，各矩形定位孔221的长(实际沿带坯横向)85mm、宽为1mm，即各矩形定位孔221距离金属基板带坯22两边沿均留有7.5mm宽的纯铜余边，而每两个矩形定位孔沿金属基板带坯22纵向的纯铜拼接间距段222的长度约为8.33mm，其中矩形定位孔221的宽度公差为+0.05。

【S2】制备多个纯镍焊接件作为预制拼接金属件21。将厚度为0.6mm、宽度为85mm、1/4硬态(HV_0.2＝110～130)的平整好的纯镍金属板横切为多块2m定尺长的镍板后，再将多块镍板堆垛后进行精密多线切割可得到许多个单条尺寸为0.6mm(厚)x85mm(长)x1mm(宽)的纯镍拼接金属件，其中纯镍预制拼接金属件21的宽度公差为-0.02，如图3d所示。

【S3】将预制拼接金属件21与金属基板带坯22进行清洗去油处理，再将所制成的多个预制拼接金属件21间隔设置于金属基板带坯22上，并经相拼焊接处理制得初始预制带坯2，如图3b所示。

具体地，将清洗去油处理后的纯铜金属基板带坯22开卷，与清洗去油处理后的多个纯镍预制拼接金属件21通过10kw高功率扫描振镜式激光焊机在各定位孔内进行准确定位的自动化、智能化的相拼焊接，采用连续激光束可得到连续焊缝组织，焊接速度达到每分钟10米，通过收卷高效得到相拼焊接良好结合的初始预制带坯2。该自动化生产线主要包括开卷机、自动送料(焊接件)装置、激光焊机、焊接缺陷检测装置及收卷机等几部分。

【S4】对初始预制带坯2进行多道次轧制、中间退火热处理、多道次成品轧制、成品退火等工序及【S5】纵剪分条步骤可得到21条成品复合板带材1，如图4a至图4c所示，在对初始预制带坯2需进行50％以上总变形率的塑性加工变形及中间过程的扩散热处理，最后才能使得初始预制板带坯中包括各相拼焊缝中的材料组织在内的所有材料均达到致密化的效果。

中间退火热处理采用连续光亮退火方式，其工艺参数为：850℃、3米/分钟的工艺参数，该工序是为了消除预制带坯2从0.6mm轧至0.2mm所出现的材料硬化及减小异质金属之间的硬度差过大现象，这样有利于最终获得复合带材厚度在其长度方向上的均匀一致效果；成品退火同样采用连续光亮退火方式，其工艺参数为：850℃、6米/分钟，该工序可高效稳定地获得满足最终复合带材要求的机械性能；采用多道次轧制及热处理相结合可以实现前面步骤中相拼焊接焊缝中材料组织的致密化。显然，成品复合板带材1上呈间隔分布的各纯镍焊接件和各纯铜段均较初始预制带坯2上的纯镍预制焊接件21和纯铜段在成品复合板带材长度方向明显地延长了约6倍。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种异质金属相拼复合板带材，其特征在于，在沿所述复合板带材纵向上呈周期性间隔式设置有多个由异质金属组合所构成的相拼结合面，所述复合板带材包括各相拼结合面在内的各金属层之间的材料组织均已达到物理冶金键合的致密结合程度，所述复合板带材可连续地加工出满足最终成品需求的多个具有相同的异质金属材质组成及细节尺寸特征的相拼复合金属件。

2.根据权利要求1所述的异质金属相拼复合板带材，其特征在于，所述复合板带材为单一金属材质件或由金属基复合材料所构成的材质件。

3.根据权利要求1或2所述的异质金属相拼复合板带材，其特征在于，所述异质金属相拼复合板带材制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将第一种组元金属所构成的板带坯料加工制成金属基板带坯，所述金属基板带坯上设有多个具有周期性间隔分布规律且与预制拼接金属件形状相匹配的定位孔和/或定位凹槽；

步骤二、制备不同于第一种组元金属材质及其组成特征的多个预制拼接金属件，使多个预制拼接金属件具有与金属基板带坯形成相匹配的直接相拼焊接特性；

步骤三、将预制拼接金属件与金属基板带坯进行清洗去油处理，再将所制成的多个预制拼接金属件间隔设置于金属基板带坯上，并经相拼焊接处理制得初始预制带坯；

步骤四、对步骤三中所制得的初始预制带坯进行一定变形率的塑形加工和热处理，使初始预制带坯中包括金属基板带坯和多个预制拼接金属件的各相拼结合面在内的各金属层结合面的材料组织致密化，制得复合板带材。

4.根据权利要求3所述的异质金属相拼复合板带材，其特征在于，所述制备方法还包括步骤五，将复合板带材沿着纵向进行剪切分条处理后形成成品带材。

5.根据权利要求4所述的异质金属相拼复合板带材，其特征在于，所述步骤四中的对初始预制带坯进行50%以上总变形率的塑性加工变形及中间过程的扩散热处理。

6.根据权利要求5所述的异质金属相拼复合板带材，其特征在于，所述步骤三中的金属基板带坯与相应匹配的预制拼接金属件难以直接相拼焊接时，在步骤二中所述预制拼接金属件的待焊接面处设有用于保证与金属基板带坯进行直接相拼焊接的过渡金属层；所述金属基板带坯与预制拼接金属件具有相匹配的机械性能特征，使得初始预制带坯具备后续良好的整体塑性加工能力。

7.根据权利要求6所述的异质金属相拼复合板带材，其特征在于，所述的设有过渡金属层的预制拼接金属件为具有在自身所构成的各异质金属结合面间形成物理冶金键合的整体相拼结构特征或整体嵌入式结构特征的金属片或金属体；各异质金属结合界面附近的金属间化合物厚度≤40μm。

8.根据权利要求7所述的异质金属相拼复合板带材，其特征在于，所述的带有过渡金属层的预制拼接金属件是以固相复合或液固复合方法首先制得非侧面复合带材结构方式的复合坯料，复合坯料再通过塑性加工、可选择性的热处理、矫直加工工序及精密切割处理，得到的具有相拼结构特征的多个复合金属片或复合金属体。

9.根据权利要求8所述的异质金属相拼复合板带材，其特征在于，所述复合坯料为表面包覆复合结构的带材或棒材、或为两表面层对称覆层的叠层复合结构、或为镶嵌复合结构的带材，其中覆层或镶嵌复合的基体材料即为过渡金属层材质，所述过渡金属层的厚度即从设有过渡金属层的预制拼接金属件的待相拼焊接面至该预制拼接金属件自身所构成的相拼异质金属结合面的距离大于预制拼接金属件与金属基板带坯相拼焊接时所产生的热影响区尺寸。

10.根据权利要求6所述的异质金属相拼复合板带材，其特征在于，所述的设有过渡金属层的预制拼接金属件具有整体相拼结构特征，所述预制拼接金属件中至少有一组异质金属间的结合是通过相拼焊接或榫卯结构拼接连接或镀覆或气相沉积而成，其中异质金属相拼焊接时在异质金属界面处所形成的金属间化合物厚度≤40μm ，其中过渡金属层的厚度即从设有过渡金属层的预制拼接金属件的待相拼焊接面至该预制拼接金属件中异质金属相拼结合面的距离大于预制拼接金属件与金属基板带坯相拼焊接时所产生的热影响区尺寸。

11.根据权利要求10所述的异质金属相拼复合板带材，其特征在于，在相拼复合板带材中至少其中一种单一金属的单面或两面被其它金属层覆盖，其具体制作方法如下：

在步骤一中通过轧制复合或镀覆方法或气相沉积法使得第一种组元金属基板带坯具有单面或双面叠层金属结构；

或在步骤二中通过复合或镀覆或气相沉积方法获得预制拼接金属件，所制得的预制拼接金属件中的至少一种单一金属的单面、双面或全面被其它金属层所覆盖；

或在步骤四中所述复合板带材的制作过程中通过增加局部镀覆或局部气相沉积工序，使所制得的复合板带材中的其中一种单一金属的单面或双面被其它金属层覆盖。

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