CN109822100A - 一种基于pit制备铝包铜板材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于层状复合材料技术领域，公开了一种基于PIT制备铝包铜板材的方法，将打磨后的试样泡入丙酮5min除油，进行水洗，再用酒精进行清洗，冷风吹干；利用液压机压实小尺寸管材一端以内的，压实后的厚度为1mm；将辊缝设置为4mm，进行冷轧；将辊缝设置为1mm，冷轧之后获得长板，利用剪切机将切割；将辊缝设置为0.5mm，冷轧获得长板；对冷轧板材进行退火处理。本发明是以铜粉为填充物，外层以铝管为基础，通过冷轧过程中的高速变形，产生高压高温环境，根据粉末冶金的原理，使内部铜粉达到烧结条件，获得块状铜层，并且在两者发生冶金结合，界面性能优异。

Description

一种基于PIT制备铝包铜板材的方法

技术领域

本发明属于层状复合材料技术领域，尤其涉及一种基于PIT制备铝包铜板材的方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：在近几年，层状复合材料因为其优异的综合能力，受到了广泛的关注。铝包铜形成的Al-Cu-Al复合层结构不仅结合了两者的特点，并且有效的发挥了两者的优势，从性能上讲(1)外层的包铝结构完全隔绝了内层铜芯与外界的接触，有效防止了铜芯的氧化变质，并且虽然铝比铜有更高的活性，但是对于一般环境以及酸性环境中的铝来说，能够形成致密的氧化膜，杜绝二次氧化的发生，从一定程度上来说，延长了材料在类似环境中的使用寿命；(2)内部铜芯依旧保持着铜本身的优点：高热导率，高电导率。这样的优点是其后续应用的基础；(3)纯铝的密度为2.7kg/m³，纯铜的密度为8.9kg/m³，铝的密度仅仅只有铜的1/3左右，使用包铝结构可以有效的降低材料的重量，符合轻量化的设计理念。从价格上来讲，铜的价格远远高于铝材，铝的包壳可以节省40％-60％的铜用量，一定程度上减少了成本，所以说，不管是综合性能上，真实的生产应用上，复合结构都是非常具有吸引力的。铝包铜材料的应用主要围绕内部铜芯的相关特性展开的。铝包铜材料已经逐渐在制冷空调领域得到应用，最近的一些应用成果显示，与传统的铜管相比，在家用空调领域，铝包铜材料有更高的散热效率，采用铝包铜内螺纹管制成的空调器具有更高的能效比，相信随着技术的更加成熟，铝包铜管完全有可能部分替代铜管。同时在高端笔记本的散热器领域，以往散热器的主要结构是通过铜片将热量传导到一个层片散热器，再使用风扇对散热器进行降温，层片散热器是由多个小尺寸铝板叠加组成，铝包铜板材作为一种高效散热器材料，有着十分的可能代替铝板产生更好的散热效果。对于铝包铜板材的制备，目前可行有效的方案还是非常少的，目前主流的制备工艺以叠轧为主，但是叠轧过程中存在诸多问题，一个是本身两种板材材料的结合强度较差，在边界处容易出现应力集中，进而产生孔洞，间隙等缺陷，一方面是因为轧制过程中不同材料变形行为的差别，另一方面是因为轧后冷却过程中，不同材料之间热膨胀系数的问题，会产生较为严重的残余热应力，影响界面强度，所以对于叠轧而言后续退火处理是必要的。另一个是在板材的叠轧过程中，冷轧时如果压下量过大，很容易出现难以复合成功的现象，特别是对于变形能力不同的材料，材料在大变形过程中很容易出现颈缩现象，影响材料的均匀性。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前铝包铜板材的制备工艺以叠轧为主存在两种不同的材料之间结合强度的问题，产生较为严重的残余热应力，影响界面强度。

解决上述技术问题的难度和意义：

以叠轧的方式制备铝包铜板材时，不仅仅要求层状材料有良好的平整性，而且需要更多的轧制道次或者热处理工序，去协调异种材料的不均匀变形，从而获得组织性能优良的材料。不管是从工作效率上还是经济效益上，叠轧都不能完全的适合工业化的生产。但是Al-Cu-Al层状材料优异的性能，充分把不同材料的特征耦合到一起，这种耦合的效果可以发挥出一加一大于二的效果。为了获得获得性能优异的Al-Cu-Al层状复合材料，在本发明中采用PIT的方法，用铜粉代替铜板作为填充物，成功的制备出结构完整的铝包铜板材。粉末的填充提供了两种材料间更多的接触面积，也使得材料有较好的结合强度，并且实验发现，在接近85％的压下量轧制后内部铜层没有明显的颈缩现象，均一性良好。这个材料外部高纯铝材提供极高的耐腐蚀性能，满足材料在各种复杂环境工作的要求；内部铜层又提供了良好的导电导热能力，可以作为散热板的另一种选择，其特殊的耦合性能填补了市场的空缺，为以后铝包铜的工业生产提供的一种新的思路。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于PIT制备铝包铜板材的方法。

本发明是这样实现的，一种基于PIT制备铝包铜板材的方法，所述基于PIT 制备铝包铜板材的方法包括：

第一步，铝合金原材料加工为长度为25mm，内外径不变的管材；

第二步，按照400#，800#，1200#，1600#，2000#砂纸依次打磨，将打磨后的试样泡入丙酮5min除油，进行水洗，再用酒精进行清洗，冷风吹干；

第三步，利用液压机压实小尺寸管材一端以内的，压实后的厚度为1mm；一端压实之后，从管材另一开口侧以铜粉填充管材芯部至完全充满，接着将这一侧也压实至厚度只有1mm；

第四步，将辊缝设置为4mm，进行冷轧；(初步冷轧，预变形，将内部铜粉压实，并防止变形量过大导致板材边裂)

第五步，将辊缝设置为1mm，冷轧之后获得长板，利用剪切机将切割；(二次冷轧，进一步加强铜粉的结合，以及预变形板材至指定厚度，剪切机的使用是因为在实验条件下，板材延轧制方向出现了明显的加长，以至于影响后续的轧制操作)

第六步，将辊缝设置为0.5mm，冷轧获得长板(终轧，将板材加工至理想厚度，在大轧制变形量的作用下，对内部铜粉冷压成型)；

第七步，对冷轧板材进行退火处理。(改善层状之间的结合性能，以及优化铜粉的冷压结合状态)

进一步，所述第五步将辊缝设置为1mm，冷轧之后获得截面尺寸为16mm 宽，1.3mm厚的长板，利用剪切机将其切割为长度为25mm的长板。

进一步，所述第六步将辊缝设置为0.5mm，冷轧之后获得截面尺寸为18mm 宽，0.7mm厚的长板。

进一步，所述第七步对冷轧板材进行退火处理，退火工艺为：400℃，5h。

本发明的另一目的在于提供一种由所述基于PIT制备铝包铜板材的方法制备的铝包铜板材。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明的工艺流程简单，适用于自动化生产；该工艺可以获得完整的铝-铜- 铝层状结构；相比于目前主流的层状板材叠轧工艺来说，以粉末为填充物可以提供更多的接触面积，也可以进一步促进铜铝之间的扩散结合，获得更好的界面结合强度；灵活多样的结构设计，通过改变材料的内外径，或者压实部位尺寸，可以更好的设计产品尺寸；性能方面，能够获得等同于目前市场主流散热材料6xxx铝合金的导热系数，实验结果如表所示，加之本实验采用1xxx铝合金作为包壳层，相比高合金化的铝合金有更好的耐腐蚀能力，能够满足更加复杂的工作环境。

本发明采用Power-in-tube的方法成功制备了铝包铜板材，仅通过轧制就能够得到一种非常完整且界面优异的结构，整个过程包括：预处理—轧制—退火热处理三个工序，成功获得了界面性能良好，结构均匀，性能优异的层状复合材料。本发明是以铜粉为填充物，外层以铝管为基础，通过冷轧过程中的高速变形，产生高压高温环境，根据粉末冶金的原理，使内部铜粉达到烧结条件，获得块状铜层，并且在两者发生冶金结合，界面性能优异。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于PIT制备铝包铜板材的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于PIT制备铝包铜板材的方法包括以下步骤：

S101：铝合金原材料加工为长度为25mm，内外径不变的小尺寸管材；

S102：按照400#，800#，1200#，1600#，2000#砂纸依次打磨，将打磨后的试样泡入丙酮5min除油，然后进行水洗，再用酒精进行清洗，冷风吹干；

S103：利用液压机压实小尺寸管材一端以内的一定距离，压实后的厚度为 1mm；一端压实之后，从管材另一开口侧以铜粉填充管材芯部至完全充满，接着使用相同的方法将这一侧也压实至厚度只有1mm；

S104：将辊缝设置为4mm，进行冷轧；

S105：将辊缝设置为1mm，冷轧之后获得截面尺寸为16mm宽，1.3mm厚的长板，利用剪切机将其切割为长度为25mm的长板；

S106：将辊缝设置为0.5mm，冷轧之后获得截面尺寸为18mm宽，0.7mm 厚的长板；

S107：对冷轧板材进行退火处理，退火工艺为：400℃，3h。

下面结合实验对本发明的应用效果作详细的描述。

1、材料准备：

本实验使用的材料为：

(1)商用1050铝合金管材，外径10mm，内径8mm，壁厚1mm，材料成分如下：Si-0.25％，Fe-0.35％，Cu-0.05％，Mn-0.05％，Mg-0.07％。Ti-0.03％， Zn-0.05％，V-0.05％，其他-0.03％，Al-余量。

(2)以及铜含量高于99.5％的商用铜粉，扫描图像可以看出有少量团聚现象，铜颗粒的粒度与产品描述相符，在1μm-10μm之间。

2、制备步骤：

(1)将铝合金原材料加工为长度为25mm，内外径不变的小尺寸管材；

(2)为了保证铝管内壁清洁，从而获得更好的界面结合性能，需要在加工前简单处理铝材的内表面。按照400#，800#，1200#，1600#，2000#砂纸依次打磨，接着将打磨后的试样泡入丙酮5min除油，然后进行水洗，再用酒精进行清洗，冷风吹干；

(3)填充封口处理。先利用液压机压实小尺寸管材一端以内的一定距离(本实验中采用的是3mm)，为保证压制的密实度，以防止在后续冷轧过程中填充物溢出，压实后的厚度为1mm。一端压实之后，从管材另一开口侧以铜粉填充管材芯部至完全充满，接着使用相同的方法将这一侧也压实至厚度只有1mm；

(4)预轧。将辊缝设置为4mm，进行冷轧(管材尺寸由10mm变为4mm)，预轧过程防止过大压下量造成的材料炸裂，以及无法咬合的问题，同时也使得材料内部铜粉更加密实；

(5)将辊缝设置为1mm，冷轧之后获得截面尺寸为16mm宽，1.3mm厚的长板，由于板长过大，于是利用剪切机将其切割为长度为25mm的长板，便于操作。

(6)将辊缝设置为0.5mm，冷轧之后获得截面尺寸为18mm宽，0.7mm厚的长板

(7)对冷轧板材进行退火处理(本实验选择的退火工艺为：400℃，3h)，一方面可以促进中心铜层的扩散，使其进一步均匀密实，另一方面改善铝铜铝之间的结合性能，获得具有冶金结合特点的结合层，提高材料的综合力学性能。

表1导热系数对比

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (5)

1.一种基于PIT制备铝包铜板材的方法，其特征在于，所述基于PIT制备铝包铜板材的方法包括：

第一步，铝合金原材料加工为长度为25mm，内外径不变的管材；

第二步，按照400#，800#，1200#，1600#，2000#砂纸依次打磨，将打磨后的试样泡入丙酮5min除油，进行水洗，再用酒精进行清洗，冷风吹干；

第三步，利用液压机压实小尺寸管材一端以内的，压实后的厚度为1mm；一端压实之后，从管材另一开口侧以铜粉填充管材芯部至完全充满，接着将这一侧也压实至厚度1mm；

第四步，将辊缝设置为4mm，进行冷轧；

第五步，将辊缝设置为1mm，冷轧之后获得长板，利用剪切机将切割；

第六步，将辊缝设置为0.5mm，冷轧获得长板；

第七步，对冷轧板材进行退火处理。

2.如权利要求1所述的基于PIT制备铝包铜板材的方法，其特征在于，所述第五步将辊缝设置为1mm，冷轧之后获得截面尺寸为16mm宽，1.3mm厚的长板，利用剪切机将其切割为长度为25mm的长板。

3.如权利要求1所述的基于PIT制备铝包铜板材的方法，其特征在于，所述第六步将辊缝设置为0.5mm，冷轧之后获得截面尺寸为18mm宽，0.7mm厚的长板。

4.如权利要求1所述的基于PIT制备铝包铜板材的方法，其特征在于，所述第七步对冷轧板材进行退火处理，退火工艺为：400℃，3h。

5.一种由权利要求1所述基于PIT制备铝包铜板材的方法制备的铝包铜板材。