CN109201739A - 一种高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧‑深冷轧制复合制备方法，第一步：分别加热铜带和铝带到300℃‑450℃；第二步：将加热后的铜带和铝带按照铜/铝/铜的次序叠合，进行热轧；第三步：将热轧的铜/铝/铜复合带材冷却至室温；第四步：对室温的铜/铝/铜复合带材进行深冷处理，冷却温度为‑190℃～‑100℃；第五步：对深冷处理的铜/铝/铜复合带材进行深冷轧制，获得高性能的超细晶铜/铝/铜复合带材产品。本发明利用铜、铝金属的物理加工属性，采用热加工方法实现铜铝金属界面焊合，利用深冷轧制实现材料机械性能大幅提高，最终制备出高性能的铜/铝/铜层状复合带材。
Description
技术领域
本发明属于金属材料轧制技术领域，特别涉及一种高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法。
背景技术
层状金属材料复合材料制备过程中，可以结合不同金属材料的优点于一体，因而受到人们的重视。目前，人们开发了大量的层状复合金属材料，比如钛合金/不锈钢、镁/铝、铜/铝层状复合材料。
铜具有非常好的导电性能，但是密度比较高，价格比较贵。铝合金材料的导电性能低于铜合金，但是密度相对于铜合金而言低非常多，同时具有非常明显的价格优势。因而，制备高性能的铜/铝层状复合材料具有非常重要的科研与经济意义。过去，人们开发了冷轧复合轧制方法、爆破复合方法以及铸轧方法进行生产。这些方法制备的复合材料，材料的微观组织比较粗大，机械性能相对而言较低。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法，利用铜、铝金属的物理加工属性，采用热加工方法实现铜铝金属界面焊合，利用深冷轧制实现材料机械性能大幅提高，最终制备出高性能的铜/铝/铜层状复合带材。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法，包括如下步骤：
第一步：分别加热铜带和铝带到300℃-450℃；
第二步：将加热后的铜带和铝带按照铜/铝/铜的次序叠合，进行热轧；
第三步：将热轧的铜/铝/铜复合带材冷却至室温；
第四步：对室温的铜/铝/铜复合带材进行深冷处理，冷却温度为-190℃～-100℃；
第五步：对深冷处理的铜/铝/铜复合带材进行深冷轧制，获得高性能的超细晶铜/铝/铜复合带材产品。
所述铜带材料为纯铜或铜合金，原料厚度为0.5-1.5mm，所述铝带材料为纯铝或铝合金，原料厚度为1.0mm-3.0mm，铜带和铝带宽度相同，为100mm-1200mm。
所述铜带和铝带分别放置到原料卷曲机组上，开启表面清洗机，对铜带和铝带表面进行清理，清除表面氧化物和污染物，然后再进行加热。
所述加热是在氩气保护的加热炉中进行。
所述热轧的轧制压下率为40％～60％。
所述第三步中，对所述热轧的铜/铝/铜复合带材空冷，冷却至室温。
所述深冷轧制前，利用氮气冷却喷枪对深冷轧机机组轧辊表面进行冷却。
所述深冷轧制的道次压下率为20％～35％。
所述深冷轧制的深冷机组由3到7台深冷轧机组成，经过深冷轧制后，轧制产品压下量达到60％～90％。
所述第五步中，将深冷轧制的铜/铝/铜复合带材进行卷曲。
与现有技术相比，本发明适合以纯铜及铜合金与纯铝及铝合金为原材料，制备的铜/铝/铜复合带材比传统轧制制备的铜/铝/铜复合带材具有更优异的界面结合强度、更加优异的机械力学性能，实现复合带材轻量化制备，该复合带材在电力供应设备、汽车等行业具有工业应用前景。
附图说明
图1是本发明制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
铜和铝两种金属材料，在超低温下具有非常优异的塑性变形能力。并且，在超低温下塑性变形制备的超细晶铜具有非常优异的热稳定性。本发明利用中空电磁加热装置单独对铜带、铝带进行加热，加热后，马上进行轧制，实现铜/铝界面完美焊合，同时有效避免铜/铝界面处形成金属间化合物。然后，将热轧制备的铜/铝/铜复合带材进行深冷冷却，然后进行深冷轧制，一方面铜/铝界面焊合强度进步一增强，另外，铜、铝在深冷轧制过程中形成超细晶结构，最终制备出高性能的铜/铝/铜复合带材。
如图1所示，本发明的详细流程如下：
第一步：采用铜带1和铝带2为原料，铜带1的原料厚度为0.5-1.5mm，铝带2的原料厚度为1.0mm-3.0mm。铜带1和铝带2宽度相同，为100mm-1200mm。
第二步：将两条铜带1分别放置到铜带卷取机一4和铜带卷取机二5上，将铝带2放置到铝带卷曲机3上，铝带卷曲机3位于铜带卷取机一4和铜带卷取机二5之间，铜带卷取机一4位于上方。
第三步：开启第一表面清洗机6，对铜带卷取机一4上的铜带1的下表面进行清洗，开启第四表面清洗机9，对铜带卷取机二5上的铜带1的上表面进行清洗，开启第二表面清洗机7，对铝带2的上表面进行清洗，开启第三表面清洗机8，对铝带2的下表面进行清洗，清除表面氧化物和污染物。
第四步：在第一导辊10、第二导辊11和第三导辊12的作用下，铝带2和两条铜带1被送至氩气保护的加热装置13中进行加热，加热到300℃-450℃，以防止表面氧化。然后利用第五导辊14和第六导辊15，实现铜/铝/铜的叠合。
第五步：利用热轧轧机上工作辊16和热轧轧机下工作辊17，对叠合的铜/铝/铜进行热轧，轧制压下率为40％～60％，得到热轧的铜/铝/铜复合带材18。
第六步：令热轧的铜/铝/铜复合带材18经过空冷导辊组19以进行空冷，直至冷却至室温，得到室温的铜/铝/铜复合带材20。
第七步：令室温的铜/铝/铜复合带材20经过位深冷处理箱20中的深冷处理导辊组22，在氮气作用下进行冷却，直至温度被冷却为-190℃～-100℃，得到深冷处理的铜/铝/铜复合带材23。
第八步：开启氮气冷却喷枪24，对深冷轧机机组的上轧辊25和下轧辊26表面进行冷却，深冷机组由3到7台深冷轧机组成。
第九步：利用深冷机组对深冷处理的铜/铝/铜复合带材23进行深冷轧制，道次压下率为20％～35％。经过深冷轧制后，轧制产品压下量达到60％～90％。
第十步：利用第七导辊27和产品卷曲机29，对深冷轧制的铜/铝/铜复合带材28进行卷曲，获得高性能的超细晶铜/铝/铜复合带材产品。
以下是本发明的两个具体实施例。
实施例1：0.5mm超细晶铜/铝/铜复合带材制备
第一步：采用T2铜合金带材和AA1050铝合金带材为原料，铜带原料厚度为1.0mm，铝带厚度为1.0mm。铜带和铝带宽度相同，为200mm。
第二步：将铜带和铝带分别放置到原料卷曲机组上。
第三步：开启表面清洗机，对铜带和铝带表面进行清理，清除表面氧化物和污染物。
第四步：开启氩气保护的加热炉，对铜带和铝带进行加热，防止铜带和铝带表面氧化，将铜带和铝带加热到350℃。
第五步：对叠合的铜/铝/铜进行热轧，轧制压下率为50％。
第六步：对热轧的铜/铝/铜复合带材进行空冷，冷却至室温。
第七步：对室温的铜/铝/铜复合带材进行深冷处理，冷却温度为-190℃。
第八步：开启氮气冷却喷枪，对深冷轧机机组轧辊表面进行冷却。
第九步：对深冷处理的铜/铝/铜复合带材进行深冷轧制，道次压下率为20％。深冷机组由5台深冷轧机组成，经过深冷轧制后，制备出0.5mm的超细晶的铜/铝/铜复合带材。该超细晶铜/铝/铜复合带材的材料强度超过传统冷轧方法制备的铜/铝/铜复合带材的材料强度40％以上，并且具有良好的塑性，与此同时，铜与铝界面焊合质量优异，没有形成金属间化合物。
实施例2：1mm超细晶铜/铝/铜复合带材制备
第一步：采用紫铜带材和AA1060铝合金带材为原料，紫铜带材原料厚度为0.8mm，铝带厚度为3.0mm。铜带和铝带宽度相同，为300mm。
第二步：将铜带和铝带分别放置到原料卷曲机组上。
第三步：开启表面清洗机，对铜带和铝带表面进行清理，清除表面氧化物和污染物。
第四步：开启氩气保护的加热炉，对铜带和铝带进行加热，防止铜带和铝带表面氧化，将铜带和铝带加热到400℃。
第五步：对叠合的铜/铝/铜进行热轧，轧制压下率为40％。
第六步：对热轧的铜/铝/铜复合带材进行空冷，冷却至室温。
第七步：对室温的铜/铝/铜复合带材进行深冷处理，冷却温度为-150℃。
第八步：开启氮气冷却喷枪，对深冷轧机机组轧辊表面进行冷却。
第九步：对深冷处理的铜/铝/铜复合带材进行深冷轧制，道次压下率为24％。深冷机组由4台深冷轧机组成，经过深冷轧制后，制备出1mm的超细晶的铜/铝/铜复合带材。该超细晶的铜/铝/铜复合带材的强度超过传统冷轧的铜/铝/铜复合带材的材料强度的30％以上，并且具有良好的塑性，与此同时，铜与铝界面焊合质量优异，没有形成金属间化合物。
Claims (10)
1.一种高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：分别加热铜带和铝带到300℃-450℃；
第二步：将加热后的铜带和铝带按照铜/铝/铜的次序叠合，进行热轧；
第三步：将热轧的铜/铝/铜复合带材冷却至室温；
第四步：对室温的铜/铝/铜复合带材进行深冷处理，冷却温度为-190℃～-100℃；
第五步：对深冷处理的铜/铝/铜复合带材进行深冷轧制，获得高性能的超细晶铜/铝/铜复合带材产品。
2.根据权利要求1所述高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法，其特征在于，所述铜带材料为纯铜或铜合金，原料厚度为0.5-1.5mm，所述铝带材料为纯铝或铝合金，原料厚度为1.0mm-3.0mm，铜带和铝带宽度相同，为100mm-1200mm。
3.根据权利要求1所述高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法，其特征在于，所述铜带和铝带分别放置到原料卷曲机组上，开启表面清洗机，对铜带和铝带表面进行清理，清除表面氧化物和污染物，然后再进行加热。
4.根据权利要求1所述高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法，其特征在于，所述加热是在氩气保护的加热炉中进行。
5.根据权利要求1所述高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法，其特征在于，所述热轧的轧制压下率为40％～60％。
6.根据权利要求1所述高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法，其特征在于，对所述热轧的铜/铝/铜复合带材空冷，冷却至室温。
7.根据权利要求1所述高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法，其特征在于，所述深冷轧制前，利用氮气冷却喷枪对深冷轧机机组轧辊表面进行冷却。
8.根据权利要求1所述高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法，其特征在于，所述深冷轧制的道次压下率为20％～35％。
9.根据权利要求1或8所述高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法，其特征在于，所述深冷轧制的深冷机组由3到7台深冷轧机组成，经过深冷轧制后，轧制产品压下量达到60％～90％。
10.根据权利要求1所述高性能超细晶铜/铝/铜复合带材的连续热轧-深冷轧制复合制备方法，其特征在于，将深冷轧制的铜/铝/铜复合带材进行卷曲。
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