CN109304452A - 一种铜铝双金属复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜铝双金属复合材料的制备方法，铜液的液面高于碳纤维网下表面0.5～3cm，待铜液凝固后，碳纤维网的底部嵌于铜相的顶部且与铜相的顶部紧密连接，将铜液冷却至720～850℃后将铝液浇入所述铸造模具的型腔，铝液和凝固后的铜液在高温下互相扩散连接，扩散效率高，形成的铜铝扩散界面结合紧固，同时待铝液凝固后，碳纤维网的顶部嵌于铝相的底部且与铝相紧密连接，凝固后的铜液和凝固后的铝液之间通过碳纤维网进一步连接，使制得的铜铝双金属复合材料的铜铝界面的结合强度大幅提高，不易开裂。
Description
技术领域
本发明涉及金属复合材料领域，尤其涉及一种铜铝双金属复合材料的制备方法。
背景技术
铜铝复合材料是一种新型的复合材料，其既具有铜的高导热性能和导电性能，又具有铝的质轻、价钱低廉等长处，普遍用于电子、电力、冶金设备、机械、汽车等行业，满足了对其功能和经济的需求。现有的铜铝复合材料铜铝的结合强度不高，容易分层，在折弯加工中铜铝结合面容易开裂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种铜铝双金属复合材料的制备方法，使制得的铜铝双金属复合材料的铜铝结合面不易开裂。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种铜铝双金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部，所述碳纤维网的厚度为1～5cm；
S2、将铜液浇入所述铸造模具的型腔，直至所述铜液的液面高于碳纤维网下表面0.5～3cm，并将所述铜液冷却至720～850℃；
S3、将铝液浇入所述铸造模具的型腔，使所述铝液的液面至少没过碳纤维网的上表面，并将所述铝液和铜液均冷却至室温得到铜铝双金属复合材料。
本发明的有益效果在于：铜液的液面高于碳纤维网下表面0.5～3cm，待铜液凝固后，碳纤维网的底部嵌于铜相的顶部且与铜相的顶部紧密连接，将铜液冷却至720～850℃后将铝液浇入所述铸造模具的型腔，铝液和凝固后的铜液在高温下互相扩散连接，扩散效率高，形成的铜铝扩散界面结合紧固，同时待铝液凝固后，碳纤维网的顶部嵌于铝相的底部且与铝相紧密连接，凝固后的铜液和凝固后的铝液之间通过碳纤维网进一步连接，使制得的铜铝双金属复合材料的铜铝界面的结合强度大幅提高，不易开裂。
附图说明
图1所示为本发明的一种铜铝双金属复合材料的制备方法的流程示意图；
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：将铜液浇入铸造模具的型腔直至铜液的液面高于碳纤维网下表面0.5～3cm，并将铜液冷却至720～850℃，之后将铝液浇入铸造模具的型腔，使铝液的液面至少没过碳纤维网的上表面。
请参照图1所示，本发明提供的一种铜铝双金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部，所述碳纤维网的厚度为1～5cm；
S2、将铜液浇入所述铸造模具的型腔，直至所述铜液的液面高于碳纤维网下表面0.5～3cm，并将所述铜液冷却至720～850℃；
S3、将铝液浇入所述铸造模具的型腔，使所述铝液的液面至少没过碳纤维网的上表面，并将所述铝液和铜液均冷却至室温得到铜铝双金属复合材料。
从上述描述可知，铜液的液面高于碳纤维网下表面0.5～3cm，待铜液凝固后，碳纤维网的底部嵌于铜相的顶部且与铜相的顶部紧密连接，将铜液冷却至720～850℃后将铝液浇入所述铸造模具的型腔，铝液和凝固后的铜液在高温下互相扩散连接，扩散效率高，形成的铜铝扩散界面结合紧固，同时待铝液凝固后，碳纤维网的顶部嵌于铝相的底部且与铝相紧密连接，凝固后的铜液和凝固后的铝液之间通过碳纤维网进一步连接，使制得的铜铝双金属复合材料的铜铝界面的结合强度大幅提高，不易开裂。
进一步的，S1包括：
S101、将碳纤维网的碳纤维表面沉积一层镍层；
S102、将沉积有镍层的碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部，所述碳纤维网的厚度为1～5cm。
从上述描述可知，镍层中的镍原子将扩散进入铜相和铝相，在碳纤维网周围形成铜铝镍复合相，使铜铝复合界面的连接强度大幅提升。
进一步的，S101包括：
用酒精对碳纤维网的表面进行清洗，之后将碳纤维网放入物理气相沉积炉中对碳纤维网的碳纤维表面进行1～3小时的镍沉积。
从上述描述可知，将碳纤维网放入物理气相沉积炉中进行镍沉积，得到的金属镍层厚度均匀，使得到的铜铝镍复合相均匀分布于碳纤维网周围。
进一步的，S1中将碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部具体为：用碳纤维绳将碳纤维网水平悬挂于铸造模具的型腔中部。
从上述描述可知，用碳纤维绳将碳纤维网水平悬挂于铸造模具的型腔中部，便于对碳纤维网的水平高度进行调整。
进一步的，S3之后还包括：
S4、将冷却至室温的铜铝双金属复合材料置于热压模具中进行热压扩散处理。
从上述描述可知，热压扩散处理使铜铝复合界面的铜相和铝相进一步扩散连接。
进一步的，S4包括：
S401、将冷却至室温的铜铝双金属复合材料置于热压模具中，之后将热压模具置于真空烧结炉内；
S402、对所述真空烧结炉进行抽真空处理，之后将真空烧结炉内的温度升高至520～560℃，并给热压模具加压至8～10MPa；
S403、将所述铜铝双金属复合材料在520～560℃下保温30～60分钟。
进一步的，S2中所述铜液的浇铸温度为1100～1150℃。
从上述描述可知，铜液在1100～1150℃的温度下进行浇铸，具有较高的流动性，同时避免了温度过高使铜液在空气中快速氧化。
进一步的，S2中所述铜液为铜锡合金液。
进一步的，S3中所述铝液的浇铸温度为℃。
从上述描述可知，铜液在700～740℃的温度下进行浇铸具有良好的流动性。
进一步的，S3中所述铝液为铝镁合金液。
请参照图1所示，本发明的实施例一为：
一种铜铝双金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部，所述碳纤维网的厚度为1cm；
其中，S1包括：
S101、将碳纤维网的碳纤维表面沉积一层镍层；
S102、将沉积有镍层的碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部，所述碳纤维网的厚度为1cm；
具体地，S101包括：
用酒精对碳纤维网的表面进行清洗，之后将碳纤维网放入物理气相沉积炉中对碳纤维网的碳纤维表面进行2小时的镍沉积；
具体地，S1中将碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部具体为：用碳纤维绳将碳纤维网水平悬挂于铸造模具的型腔中部；
S2、将铜液浇入所述铸造模具的型腔，直至所述铜液的液面高于碳纤维网下表面0.5cm，并将所述铜液冷却至850℃；
其中，所述铜液的浇铸温度为1100℃，所述铜液为铜锡合金液；
S3、将铝液浇入所述铸造模具的型腔，使所述铝液的液面至少没过碳纤维网的上表面，并将所述铝液和铜液均冷却至室温得到铜铝双金属复合材料；
其中，所述铝液的浇铸温度为720℃，所述铝液为铝镁合金液；
S4、将冷却至室温的铜铝双金属复合材料置于热压模具中进行热压扩散处理；
其中，S4包括：
S401、将冷却至室温的铜铝双金属复合材料置于热压模具中，之后将热压模具置于真空烧结炉内；
S402、对所述真空烧结炉进行抽真空处理，之后将真空烧结炉内的温度升高至560℃，并给热压模具加压至8MPa；
S403、将所述铜铝双金属复合材料在560℃下保温45分钟。
本发明的实施例二为：
一种铜铝双金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部，所述碳纤维网的厚度为5cm；
其中，S1包括：
S101、将碳纤维网的碳纤维表面沉积一层镍层；
S102、将沉积有镍层的碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部，所述碳纤维网的厚度为5cm；
具体地，S101包括：
用酒精对碳纤维网的表面进行清洗，之后将碳纤维网放入物理气相沉积炉中对碳纤维网的碳纤维表面进行1小时的镍沉积；
具体地，S1中将碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部具体为：用碳纤维绳将碳纤维网水平悬挂于铸造模具的型腔中部；
S2、将铜液浇入所述铸造模具的型腔，直至所述铜液的液面高于碳纤维网下表面2.5cm，并将所述铜液冷却至800℃；
其中，所述铜液的浇铸温度为1150℃，所述铜液为铜锡合金液；
S3、将铝液浇入所述铸造模具的型腔，使所述铝液的液面至少没过碳纤维网的上表面，并将所述铝液和铜液均冷却至室温得到铜铝双金属复合材料；
其中，所述铝液的浇铸温度为700℃，所述铝液为铝镁合金液；
S4、将冷却至室温的铜铝双金属复合材料置于热压模具中进行热压扩散处理；
其中，S4包括：
S401、将冷却至室温的铜铝双金属复合材料置于热压模具中，之后将热压模具置于真空烧结炉内；
S402、对所述真空烧结炉进行抽真空处理，之后将真空烧结炉内的温度升高至540℃，并给热压模具加压至10MPa；
S403、将所述铜铝双金属复合材料在540℃下保温30分钟。
本发明的实施例三为：
一种铜铝双金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部，所述碳纤维网的厚度为3cm；
其中，S1包括：
S101、将碳纤维网的碳纤维表面沉积一层镍层；
S102、将沉积有镍层的碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部，所述碳纤维网的厚度为3cm；
具体地，S101包括：
用酒精对碳纤维网的表面进行清洗，之后将碳纤维网放入物理气相沉积炉中对碳纤维网的碳纤维表面进行3小时的镍沉积；
具体地，S1中将碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部具体为：用碳纤维绳将碳纤维网水平悬挂于铸造模具的型腔中部；
S2、将铜液浇入所述铸造模具的型腔，直至所述铜液的液面高于碳纤维网下表面1.5cm，并将所述铜液冷却至720℃；
其中，所述铜液的浇铸温度为1125℃，所述铜液为铜锡合金液；
S3、将铝液浇入所述铸造模具的型腔，使所述铝液的液面至少没过碳纤维网的上表面，并将所述铝液和铜液均冷却至室温得到铜铝双金属复合材料；
其中，所述铝液的浇铸温度为740℃，所述铝液为铝镁合金液；
S4、将冷却至室温的铜铝双金属复合材料置于热压模具中进行热压扩散处理；
其中，S4包括：
S401、将冷却至室温的铜铝双金属复合材料置于热压模具中，之后将热压模具置于真空烧结炉内；
S402、对所述真空烧结炉进行抽真空处理，之后将真空烧结炉内的温度升高至520℃，并给热压模具加压至9MPa；
S403、将所述铜铝双金属复合材料在520℃下保温60分钟。
综上所述，本发明提供的一种铜铝双金属复合材料的制备方法，铜液的液面高于碳纤维网下表面0.5～3cm，待铜液凝固后，碳纤维网的底部嵌于铜相的顶部且与铜相的顶部紧密连接，将铜液冷却至720～850℃后将铝液浇入所述铸造模具的型腔，铝液和凝固后的铜液在高温下互相扩散连接，扩散效率高，形成的铜铝扩散界面结合紧固，同时待铝液凝固后，碳纤维网的顶部嵌于铝相的底部且与铝相紧密连接，凝固后的铜液和凝固后的铝液之间通过碳纤维网进一步连接，使制得的铜铝双金属复合材料的铜铝界面的结合强度大幅提高，不易开裂。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种铜铝双金属复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部，所述碳纤维网的厚度为1～5cm；
S2、将铜液浇入所述铸造模具的型腔，直至所述铜液的液面高于碳纤维网下表面0.5～3cm，并将所述铜液冷却至720～850℃；
S3、将铝液浇入所述铸造模具的型腔，使所述铝液的液面至少没过碳纤维网的上表面，并将所述铝液和铜液均冷却至室温得到铜铝双金属复合材料。
2.根据权利要求1所述的铜铝双金属复合材料的制备方法，其特征在于，S1包括：
S101、将碳纤维网的碳纤维表面沉积一层镍层；
S102、将沉积有镍层的碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部，所述碳纤维网的厚度为1～5cm。
3.根据权利要求2所述的铜铝双金属复合材料的制备方法，其特征在于，S101包括：
用酒精对碳纤维网的表面进行清洗，之后将碳纤维网放入物理气相沉积炉中对碳纤维网的碳纤维表面进行1～3小时的镍沉积。
4.根据权利要求1所述的铜铝双金属复合材料的制备方法，其特征在于，S1中将碳纤维网水平置于铸造模具的型腔中部具体为：用碳纤维绳将碳纤维网水平悬挂于铸造模具的型腔中部。
5.根据权利要求1所述的铜铝双金属复合材料的制备方法，其特征在于，S3之后还包括：
S4、将冷却至室温的铜铝双金属复合材料置于热压模具中进行热压扩散处理。
6.根据权利要求5所述的铜铝双金属复合材料的制备方法，其特征在于，S4包括：
S401、将冷却至室温的铜铝双金属复合材料置于热压模具中，之后将热压模具置于真空烧结炉内；
S402、对所述真空烧结炉进行抽真空处理，之后将真空烧结炉内的温度升高至520～560℃，并给热压模具加压至8～10MPa；
S403、将所述铜铝双金属复合材料在520～560℃下保温30～60分钟。
7.根据权利要求1所述的铜铝双金属复合材料的制备方法，其特征在于，S2中所述铜液的浇铸温度为1100～1150℃。
8.根据权利要求1所述的铜铝双金属复合材料的制备方法，其特征在于，S2中所述铜液为铜锡合金液。
9.根据权利要求1所述的铜铝双金属复合材料的制备方法，其特征在于，S3中所述铝液的浇铸温度为700～740℃。
10.根据权利要求1所述的铜铝双金属复合材料的制备方法，其特征在于，S3中所述铝液为铝镁合金液。
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