CN109772885B - 铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材的制备工艺，其将三层铝板与两层铜网（沿轧制方向呈45°）平铺并以交替的顺序进行叠合组坯后，在组坯两端的边缘用细钢丝进行捆扎固定，将其置于箱式电阻炉进行均匀预热处理，之后放入二辊式轧机进行轧制，即可制得初始结合的铝铜复合板。然后将初始结合的铝铜复合板再置于电阻炉中进行热扩散处理后，在初始铝铜复合板的法平面方向上将其沿中线一分为二，再进行叠合组坯、捆扎固定、均匀预热和轧制结合，重复这一系列过程七次后，便可制得一种结合界面良好、综合力学性能优良的复合板材。本发明制备工艺要求较为简单，且效率高、成本低。

Description

铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材及其制备工艺

技术领域

本发明涉及金属复合材料制备领域，具体涉及一种铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材及其制备工艺。

背景技术

作为一种常用材料，铝具有诸多的自身优势，例如重量轻、耐腐蚀、导电导热性能好、塑性成型性能优越以及实用价格低等；铜是一种消费量仅次于铝的有色金属材料，具有延展性较好、优良的导热、导电性、熔点低、再熔化、再冶炼简单易捷、可回收利用成本便宜低的特点，故其在电缆、建筑、电气、机械制造、国防等工业领域是最常用的材料。利用铝和铜各自的优良特性，可以将其的应用价值发挥到极致。

由于铝和铜均为面心立方结构的金属，性能差异较小，在轧制过程中的协同变形能力相似，故累积叠轧法制备铝铜复合板材是完全可行的。经过多次累积叠轧后，介于铝板之间的铜网完全被破碎成小颗粒，而且其均匀分布性是其他方法所不及的，而均匀分布性的提高对提高复合材料的综合力学性能具有非常重要的意义。通过调控铝和铜的含量百分比和叠合层数量，在满足各种应用环境的强度、塑性、耐磨、耐蚀性等综合指标下，合理缩减铜网的使用量，不仅可以大大较低铝铜复合板材的生产成本，而且还可以制备出适应多种特殊应用领域的铝铜复合板材。然而，在轧制变形过程中出现的复合板边缘开裂（沿轧制方向）问题，以及在之后的轧制过程中裂纹继续扩展及延伸，这势必会影响铝铜界面的结合，从而直接影响复合板的力学性能，所以累积叠轧制备复合板过程中出现的边缘开裂是很难突破的一个难题。

经文献数据库检索，专利申请号为201510820064.0、名称为“一种铝铜双层中厚复合板的制备方法”的发明，公开了一种将铝管、铜管经冷碾压、扩散退火及温轧制备中厚复合板的方法，但是该方法中用钢丝刷对铜管的内表面和铝管的外表面清理势必不均匀，以及冷碾压过程中管壁之间的错动，从而影响铝铜的界面贴合；此外，在切开复合管后的展平过程中势必会影响退火处理中扩散层距离，以及温轧过程中很小的压下量，不能保证界面的结合强度。上述这些方面都会对复合板综合力学性能的提升产生消极影响。名称为“一种钛/铝复合板及其制备方法”（专利号：2008510058674.1），报道了一种热轧制备铝-钛-铝三层复合板材的方法，但是由于没有考虑到在轧制前和初次结合后对基体金属和复合板进行时效热处理，从而不能充分保障铝钛界面的结合质量。

发明内容

本发明提供了一种铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材及其制备工艺，解决了现有制备方法过程中复合板材界面结合强度和综合力学性能不理想的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材的制备工艺，包括如下步骤：

S1、沿平行于原始铝板板材轧制方向和铜网45°方向分别将铝板和铜网剪裁成长宽为100×50mm的尺寸；为了使铜网经轧制后尽可能均匀分散，考虑与轧制平面（最大主应力面）成45°的平面上剪应力最大，故该平面总是最先发生剪切破坏，所以本发明中铜网均保证沿板材轧制的45°方向进行剪裁

S2、将剪裁好的铝板和铜网经钢刷打磨、清洗等表面处理后，按照铝+铜+铝+铜+铝间隔交替的顺序依次进行叠合组坯，并将组坯两端用细钢丝捆扎固定，之后将其置于电阻炉中均匀预热；

S3、将预热后的组坯经二辊冷热轧机进行轧制处理，得到初始铝铜复合板；其中，轧制压下量为56～60%、轧辊转速为10r/min、整个轧制过程不采用任何润滑剂；

S4、为促进铝铜界面的结合强度，将初始铝铜复合板置于电阻炉中，加热升温至250℃并保温20h，实现初始铝铜复合板的热扩散处理；

S5、在完成热扩散处理后的初始铝铜复合板的法平面方向上，将其沿中线切割一分为二，然后对两块尺寸大小一样板的待贴合表面进行清洗去污处理，最后将两块板材干净的表面叠合组坯，并将组坯两端用细钢丝捆扎固定，之后将其置于电阻炉中均匀预热，随后重复步骤S3，即可得到二次轧制铝铜复合板；

S6、在二次轧制铝铜复合板的法平面方向上，将其沿中线切割一分为二，然后对两块尺寸大小一样板材的待贴合表面进行清洗去污处理，最后将两块板材干净的表面叠合组坯，并将组坯两端用细钢丝捆扎固定，之后将其置于电阻炉中均匀预热，随后重复步骤S3，即可得到三次轧制铝铜复合板；

S7、基于步骤S6，依次完成三次轧制铝铜复合板/四次轧制铝铜复合板/五次轧制铝铜复合板/六次轧制铝铜复合板/七次轧制铝铜复合板的等分、表面处理、叠合组坯、捆扎固定和均匀预热处理，直至得到八次轧制铝铜复合板。

进一步地，在步骤（2）所述的表面处理具体指：

铝板的处理：为了使铝板表面覆盖的油脂、污渍等污染物去除，在室温下用丙酮溶液将铝板反复清洗，之后用蒸馏水将残留的丙酮溶液冲洗干净，再用酒精溶液擦洗、吹干；为了使铝板表面的氧化膜、化学复合残渣等去除，使用不锈钢钢刷沿铝板的原始轧制方向反复打磨，随后用酒精冲洗板材表面的金属碎屑及杂物；

45°铜网的处理：为了使剪裁过程中残留在铜网上的油渍、汗液、灰尘等污染物去除，首先将剪裁好的铜网置于丙酮溶液中，再使用超声波清洗机清洗3~6min；随后换入酒精溶液，再次超声波清洗3~6min；最后使用大功率电吹风将铜网的正反面快速吹干；

进一步地，所述不锈钢钢刷的丝径尺寸为0.1～0.3 mm。

进一步地，在步骤S1中，所述铝板和45°铜网的厚度选择应以各自的力学性能为依据。

进一步地，在步骤S1中，所述铝板的厚度为1～3mm；所述45°铜网的目数为350～500目，厚度为30～50μm。

进一步地，在步骤S2中，采用丝径为0.5mm的细钢丝在组坯两端的边缘处进行捆扎。

进一步地，所述均匀预热的工艺参数为：在箱式电阻炉中以350～400℃进行轧前预热25～40min。

本发明还提供了一种铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材，其采用上述的制备工艺制备所得。

1）通过热扩散工艺的设计，可以提高铝铜界面、铝铝界面的结合强度，提升复合板材的综合力学性能，从而使铝-铜-铝多层性能优越的复合板累积结合起来，以便适应各种实际应用要求。

2）考虑到与轧制平面（最大主应力面）成45°的平面上剪应力最大，故该平面总是最先发生剪切破坏，所以本发明中在铝层之间加入了沿板材轧制的45°方向裁剪的350目的铜网，经轧制断裂后的45°铜网完全变为均匀分布的小颗粒，均匀分布性的改善和颗粒强化效果的明显增强，对提高复合板材的综合力学性能具有非常重要的作用，并且轧制次数越多颗粒尺寸越小，分布更加均匀，复合材料的综合力学性能更加优异。

3）本发明制备过程操作简单易捷、效率高、成本低；

4）本发明使复合板叠合层数、轧制次数得到了灵活组合，并科学合理地选择了热扩散工艺，实现了由五层基础母材金属向多层复合板的轧制过渡。最终得到的八次轧制铝铜复合板，该复合板材拥有良好的结合界面和优越的综合力学性能。

附图说明

图1为45°铜网图示

图2为累积叠轧流程简图

图3为轧制后组织分布图；

图4为轧制后拉伸实验工程应力应变曲线。

图5为轧制后元素分布图；

图中：（a）初始轧制；（b）四次累积叠轧；（c）八次累积叠轧。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

首先，将厚度为2mm的纯铝板按长宽为100mm×50mm的尺寸进行剪切，之后为消除残余应力应在350℃下保温2h条件进行退火处理；接着使用丝径为0.2mm的不锈钢钢刷沿铝板的原始轧制方向反复打磨，直至裸露出来的新鲜金属表面完全均匀，随后用酒精冲洗板材表面的金属碎屑及杂物并用电吹风吹干；其次，沿板材轧制的45°方向对350目、丝径为50μm铜网按上述相同的尺寸进行剪裁；接着为去除铜网表面的油渍、汗液等，可依次用丙酮溶液、酒精溶液在超声波仪清洗机中对铜网超声清洗5mim，之后再使用电吹风将其正反面反复吹干。

将表面处理后的母材金属按铝-铜-铝-铜-铝的叠合顺序进行组坯，然后在其两端的边缘区域用0.5mm细钢丝捆扎固定；将叠合好的组坯放入箱式电阻炉中进行轧前预热，温度为400℃，保温时间40min；设定轧制压下量为57%，轧辊转速为10r/min，预热后的组坯经轧机轧制后便可制备到板，如图3a所示。

为提高铝铜界面的结合强度，将上述初始轧制铝铜复合板再次置于电阻炉中加热至250℃并保温20h，以保证热扩散的充分进行；之后在其法平面上，将复合板沿中线一分为二，然后将两块尺寸大小一样板材重复表面处理→叠合组坯→捆扎固定→均匀预热→累积轧制这一系列步骤后，便可得到二次轧制铝铜复合板；

注：仅是对初始轧制铝铜复合板进行250℃保温20h的热扩散处理，而之后的轧制次数不进行。

同理，基于三次轧制铝铜复合板，在其法平面上，将复合板沿中线一分为二，然后将两块尺寸大小一样板材重复表面处理→叠合组坯→捆扎固定→均匀预热→累积轧制这一系列步骤后，便可得到四次轧制铝铜复合板，如图3b所示。

同理，基于七次轧制铝铜复合板，在其法平面上，将复合板沿中线一分为二，然后将两块尺寸大小一样板材重复表面处理→叠合组坯→捆扎固定→均匀预热→累积轧制这一系列步骤后，便可得到八次轧制铝铜复合板，如图3c所示。

将上述初始轧制、四次轧制、八次轧制后的铝铜复合板进行拉伸性能、EDS线扫描测试，结果分别如图4、图5所示，可以观察出铝铜复合板的结合界面及力学性能均明显改善。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材的制备工艺，特征在于，包括如下步骤：

S1、沿平行于原始铝板板材轧制方向和铜网45°方向分别将铝板和铜网剪裁成长宽为100×50mm的尺寸；

S2、将剪裁好的铝板和铜网经表面处理后，按照铝+铜+铝+铜+铝间隔交替的顺序依次进行叠合组坯，并将组坯两端用细钢丝捆扎固定，之后将其置于电阻炉中均匀预热；

S3、将预热后的组坯经二辊冷热轧机进行轧制处理，得到初始铝铜复合板；其中，轧制压下量为56～60%、轧辊转速为10r/min、整个轧制过程不采用任何润滑剂；

S4、将初始铝铜复合板置于电阻炉中，加热升温至250℃并保温20h，实现初始铝铜复合板的热扩散处理；

S5、在完成热扩散处理后的初始铝铜复合板的法平面方向上，将其沿中线切割一分为二，然后对两块尺寸大小一样板材的待贴合表面进行清洗去污处理，最后将两块板材干净的表面叠合组坯，并将组坯两端用细钢丝捆扎固定，之后将其置于电阻炉中均匀预热，随后重复步骤S3，即可得到二次轧制铝铜复合板；

S6、在二次轧制铝铜复合板的法平面方向上，将其沿中线切割一分为二，然后对两块尺寸大小一样板材的待贴合表面进行清洗去污处理，最后将两块板材干净的表面叠合组坯，并将组坯两端用细钢丝捆扎固定，之后将其置于电阻炉中均匀预热，随后重复步骤S3，即可得到三次轧制铝铜复合板；

S7、基于步骤S6，依次完成三次轧制铝铜复合板/四次轧制铝铜复合板/五次轧制铝铜复合板/六次轧制铝铜复合板/七次轧制铝铜复合板的等分、表面处理、叠合组坯、捆扎固定和均匀预热处理，直至得到八次轧制铝铜复合板。

2.如权利要求1所述的铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材的制备工艺，其特征在于，在步骤S2中，所述的表面处理包括

铝板的处理：在室温下用丙酮溶液将铝板反复清洗，之后用蒸馏水将残留的丙酮溶液冲洗干净，再用酒精溶液擦洗、吹干；然后使用不锈钢钢刷沿铝板的原始轧制方向反复打磨，随后用酒精冲洗板材表面的金属碎屑及杂物；

45°铜网的处理：首先将剪裁好的铜网置于丙酮溶液中，再使用超声波清洗机清洗3~6min；随后换入酒精溶液，再次超声波清洗3~6min；最后使用大功率电吹风将铜网的正反面快速吹干。

3.如权利要求2所述的铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材的制备工艺，其特征在于，所述不锈钢钢刷的丝径尺寸为0.1～0.3 mm。

4.如权利要求1所述的铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材的制备工艺，其特征在于，在步骤S1中，所述铝板和45°铜网的厚度选择应以各自的力学性能为依据。

5.如权利要求1所述的铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材的制备工艺，其特征在于，在步骤S1中，所述铝板的厚度为1～3mm；所述45°铜网的目数为350～500目，厚度为30～50μm。

6.如权利要求1所述的铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材的制备工艺，其特征在于，在步骤S2中，采用丝径为0.5mm的细钢丝在组坯两端的边缘处进行捆扎。

7.如权利要求1所述的铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材的制备工艺，其特征在于，所述均匀预热的工艺参数为：在箱式电阻炉中以350～400℃进行轧前预热25～40min。

8.铝板和45°铜网累积叠轧的复合板材，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的制备工艺制备所得。

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