CN109078983B - 一种超薄铜铝复合箔的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超薄铜铝复合箔的制备方法，属于金属复合材料制备领域。该方法是将8mm厚的铜铝复合板经过多道次轧制+中间退火制备获得0.06mm厚的铜铝复合箔；在此过程中对轧制次数、下压量、退火温度和退火时间等参数进行控制，改善铜铝材料性能，获得厚度为0.06mm的超薄铜铝复合箔，实现以铝代铜，获得高导电、高导热、接触电阻低的高性能超薄铜铝复合材料。
Description
技术领域
本发明属于金属复合材料制备领域，具体地，涉及一种超薄铜铝复合箔的制备方法。
背景技术
对于铜铝复合材料来说，随着科学技术的不断进步，单一材料已经很难满足现代工业对材料综合性能的需求，双金属复合材料不但可以满足设计上的复杂要求，同时也能够使复合材料的综合性能体现出来，越来越受世界各国的关注。
超薄金属复合板材爆炸焊接方法我国至20世纪60年代开始生产通讯电缆所需外导体电缆带，其厚度从研制开始的0.65mm发展到现在的0.15mm，爆炸焊接方法对于更薄的铜铝复合材料来说，难度进一步加大，爆炸能量大可能直接融化掉铜铝复合材料，焊接温度高会影响界面的结合强度。因此，需要一种新的简单且能产业的化的铜铝复合工艺。
随着电缆带使用频率的迅速提高，要实现铜铝复合板带替代现有的纯铜电缆带，则需要开发厚度小于0.1mm的超薄铜铝复合带的制备技术。申请公布号为CN102357526A的中国发明专利公开了一种铜铝铜双面超薄复合带材的两步复合轧制方法，该发明的方法是在制备铜铝铜双面复合带时，先进行铜铝单面复合带的轧制复合，铜带和铝带的厚度比为1∶1，铜带和铝带依次完成开卷、矫直、打磨、对中、轧制复合；再进行铜铝单面复合带的铝面二次轧制复合,将铜铝单面复合带的铝面相对，进行第二次步轧制，实现铜/铝/铜双面复合带的轧制复合，得到尺寸小、精度高、复合界面结合牢固、表面质量好的超薄复合带，复合带厚度尺寸在0.1-0.15mm。由于该方法仅通过轧制实现超薄复合带复合，材料本身有一定的变形极限，因此很难实现厚度＜0.1mm。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种超薄铜铝复合箔的制备方法。该方法采用轧制+中间退火制备工艺，通过热处理改善铜铝材料性能，获得厚度为0.06mm的超薄铜铝复合箔。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
一种超薄铜铝复合箔的制备方法，其特征在于：将8mm厚的铜铝复合板经过多道次轧制+中间退火制备获得0.06mm厚的铜铝复合箔；所述轧制次数为4-8道次，每次轧制下压量在1-2.5mm，每次轧制时轧辊的转动速度为1-1.2m/min；所述中间退火是在每次轧制后进行；当轧制板厚d≥4mm时，退火温度为350-400℃，当轧制板厚d＜4mm时，退火温度选择400-500℃；退火过程中，当退火温度＜400℃时，退火时间为30-40min，当退火温度≥400℃时，退火时间为10-20min。
作为对上述方案的进一步优化，所述铜铝复合板是铸轧状态，未经退火处理。
作为对上述方案的更进一步优化，对8mm厚的铜铝复合板进行5道次轧制，其中前4道次的下压量均为1.5mm，第5道次直接下压至0.06mm；每次轧制后均进行中间退火，其中前两次退火温度均为400℃，后三次退火温度均为450℃，5次退火的保温时间均为15min。
作为对上述方案的更进一步优化，对8mm厚的铜铝复合板进行8道次轧制，其中前7道次的下压量均为1mm，第8道次直接下压至0.06mm；每次轧制后均进行中间退火，其中前四次退火温度均为350℃，保温时间为35min，后四次退火温度均为400℃，保温时间均为15min。
作为对上述方案的更进一步优化，对8mm厚的铜铝复合板进行4道次轧制，其中前3道次的下压量均为2.5mm，第4道次直接下压至0.06mm；每次轧制后均进行中间退火，其中前两次退火温度均为400℃，保温时间为15min，后两次退火温度均为500℃，保温时间均为10min。
有益效果：
1、本发明采用多道次轧制+中间退火工艺，避免了爆炸能量高和焊接性能差的缺点，制备出的铜铝复合薄厚度仅为0.06mm，获得的该厚度为0.06mm的铜铝复合箔界面实现冶金结合，并且复合箔综合了铝、铜金属的性能，既实现了以铝代铜，能够展现出铝-铜复合板的高导电、高导热、耐腐蚀、成本低等优势。相对于单层材料复合箔塑性指标-伸长率得到了大幅度提升。
2、本发明采用轧制+中间退火制备工艺，通过热处理改善铜铝材料性能，制备出的铜铝复合薄厚度为0.06mm，σb≥90MPa，δ≥8％。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的0.06mm厚铜铝复合箔的界面组织图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种超薄铜铝复合材料的制备工艺，首先通过切割机对铜铝复合板尺寸为35mm*50mm*8mm切45°角，表面清洗去油污，轧机表面先用酒精清洗干净。然后将45°角边插入到轧辊下进行轧制，每次压下量为18.75％。同时，高温炉温设置400℃，轧制结束后，夹取试样立刻放到高温炉中加热退火，设置一定保温时间。加热结束后再夹取试样进行下一次轧制。所述的铜铝复合板的厚度为8mm，生产工艺采用铸轧法，铸轧法是浇铸出铝液经冷却结晶呈半固态状，再与退火后铜板在双辊微幅振动铸轧机上进行复合，获得界面良好、性能优异的铜铝复合板。
所述的中间退火实现方式为：在轧机旁边放有一台高温退火炉，每次轧制过后放入到已经控制好温度的炉子中保温一段时间，取出后再放入到轧辊下轧制，轧制道次数与压下量有关；中间退火次数与道次次数有关；且退火温度是根据轧制后板的厚度来定，即低温对应厚板，高温对应薄板；保温时间与保温温度有关。
具体的轧制工艺以及中间退火工艺如下所示：
中间退火能够降低复合板的硬度，消除轧制过程中产生残余应力，并且材料组织晶粒得到细化，消除组织缺陷，从而改善材料性能，增加复合材料的协同变形能力。
对轧制后试样按照标准截取，进行拉伸实验测试，测得试样σb＝110MPa，δ＝18％，界面组织通过扫描电镜(SEM)观察，如图1所示，界面平整，无裂纹且结合方式为冶金结合，经过测量铜侧厚度为0.015mm。
实施例2
一种超薄铜铝复合材料的制备工艺，首先通过切割机对复合板尺寸为35mm*50mm*8mm切45°角，表面清洗去油污，轧机表面先用酒精清洗干净。然后将45°角边插入到轧辊下进行轧制，每次压下量为12.5％。同时，高温炉温设置350℃，轧制结束后，夹取试样立刻放到高温炉中加热退火，设置一定保温时间。加热结束后再夹取试样进行下一次轧制。所述的铜铝复合板的厚度为8mm，生产工艺采用铸轧法，铸轧法是浇铸出铝液经冷却结晶呈半固态状，再与退火后铜板在双辊微幅振动铸轧机上进行复合，获得界面良好、性能优异的铜铝复合板。
所述的中间退火实现方式为：在轧机旁边放有一台高温退火炉，每次轧制过后放入到已经控制好温度的炉子中保温一段时间，取出后再放入到轧辊下轧制，轧制道次数与压下量有关；中间退火次数与道次次数有关；且退火温度是根据轧制后板的厚度来定，即低温对应厚板，高温对应薄板；保温时间与保温温度有关。
具体的轧制工艺以及中间退火工艺如下所示：
对轧制后试样按照标准截取，进行拉伸实验测试，测得试样σb＝105MPa，δ＝13％。
实施例3
一种超薄铜铝复合材料的制备工艺，首先通过切割机对复合板尺寸为35mm*50mm*8mm切45°角，表面清洗去油污，轧机表面先用酒精清洗干净。然后将45°角边插入到轧辊下进行轧制，每次压下量为31.25％。同时，高温炉温设置400℃，轧制结束后，夹取试样立刻放到高温炉中加热退火，设置一定保温时间。加热结束后再夹取试样进行下一次轧制。所述的铜铝复合板的厚度为8mm，生产工艺采用铸轧法，铸轧法是浇铸出铝液经冷却结晶呈半固态状，再与退火后铜板在双辊微幅振动铸轧机上进行复合，获得界面良好、性能优异的铜铝复合板。
所述的中间退火实现方式为：在轧机旁边放有一台高温退火炉，每次轧制过后放入到已经控制好温度的炉子中保温一段时间，取出后再放入到轧辊下轧制，轧制道次数与压下量有关；中间退火次数与道次次数有关；且退火温度是根据轧制后板的厚度来定，即低温对应厚板，高温对应薄板；保温时间与保温温度有关。
具体的轧制工艺以及中间退火工艺如下所示：
对轧制后试样按照标准截取，进行拉伸实验测试，测得试样σb＝98MPa，δ＝8.5％。
通过实施例1-3测得制备的铜铝复合箔，界面干净、无杂质、无裂纹，扩散明显，由测定的试样数据可以看出，通过本发明所述轧制+中间退火工艺制得的铝铜复合材料性能优异。
本发明是通过多道次轧制+中间退火工艺制得的铝铜复合箔，对轧制次数及退火的温度和时间进行严格控制，轧制+中间退火能够很好实现超薄铜铝复合箔的研发，轧制产生的较大应力，中间退火能够释放产生的中间应力，减少应力对复合板界面的破坏，为复合箔的生产奠定条件。若仅使用轧制工艺是无法获得0.06mm的超薄铜铝复合箔的。单道次轧制对轧机要求高，并且产生的加工应力大铜铝不能够实现协同变形，获得复合板界面开裂严重影响使用。多道次轧制能够界面储存能量高，结合方式为机械咬合界面结合强度低，影响产品使用。有关退火各项参数的也至关重要，退火温度太高、时间太长界面层厚度越大，产生的硬脆相越多，影响界面的结合强度。选择最佳的退火工艺将对超薄复合材料的研发提供很大的有利条件。
本发明所述方法不仅适用于铜铝复合材料，对于其它两层或三层复合材料制备相应复合箔也是适用。
值得一提的是，以上所述实施例仅为发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种超薄铜铝复合箔的制备方法，其特征在于：将8mm厚的铜铝复合板经过多道次轧制+中间退火制备获得0.06mm厚的铜铝复合箔；所述轧制次数为4-8道次，每次轧制下压量在1-2.5mm，每次轧制时轧辊的转动速度为1-1.2m/min；所述中间退火是在每次轧制后进行；当轧制板厚d≥4mm时，退火温度为350-400°C，当轧制板厚d＜4mm时，退火温度选择400-500°C；退火过程中，当退火温度＜400°C时，退火时间为30-40min，当退火温度≥400°C时，退火时间为10-20min；
所述铜铝复合板是铸轧状态，未经退火处理。
2.如权利要求1所述的一种超薄铜铝复合箔的制备方法，其特征在于：对8mm厚的铜铝复合板进行5道次轧制，其中前4道次的下压量均为1.5mm，第5道次直接下压至0.06mm；每次轧制后均进行中间退火，其中前两次退火温度均为400°C，后三次退火温度均为450°C，5次退火的保温时间均为15min。
3.如权利要求1所述的一种超薄铜铝复合箔的制备方法，其特征在于：对8mm厚的铜铝复合板进行8道次轧制，其中前7道次的下压量均为1mm，第8道次直接下压至0.06mm；每次轧制后均进行中间退火，其中前两次退火温度均为350°C，保温时间为35min，后四次退火温度均为400°C，保温时间均为15min。
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