CN110421016A - 一种钢包铜芯复合材料的制造方法 - Google Patents

一种钢包铜芯复合材料的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢包铜芯复合材料的制造方法，该方法包括以下步骤：1)将钢原管的内腔进行清洗后干燥，并将铜棒剥皮后进行拉拔；2)将铜棒穿入钢原管的内腔中，并将一端扎紧，之后进行拉制复合，即得到钢包铜芯复合材料(复合材料的基材为4J28、4J29、4J50、4J44、4J33、4J34、4J46或30CrMnSiA牌号的合金，复材为TU1、TU2、T1或T2牌号的铜)。与现有技术相比，本发明制造出的钢包铜芯复合材料能够满足电子工业中对钢包铜芯复合材料的产品要求，避免了钢与铜芯复合不完全的问题，可用于军用(含宇航级)金属外壳以及高端民用金属外壳中，且易于加工制造，成本低，生产效率高。

Description

一种钢包铜芯复合材料的制造方法
技术领域
本发明属于电子产品加工技术领域，涉及一种钢包铜芯复合材料的制造方法。
背景技术
钢是电子工业中常用的金属材料，其线膨胀系数在很宽的温度范围内与某些玻璃或陶瓷基本一致，但其导电性和导热性较差。铜的导电性和导热性较好，但其膨胀系数大。为此，以铜作为芯材，外覆钢，得到的一种钢包铜芯复合材料具有优异的导电性和导热性，其良好的电性能可降低电容和电感引起的不利反应，当用作引线时，能够减小产生的阻抗，也利于散热；其较低的热膨胀系数与封装材料(玻璃和陶瓷)的热膨胀系数相匹配，能够确保封装的气密性；材料还有较好的强度、刚度和成形性。
然而，目前我国的钢包铜芯复合材料一直依赖于进口，国内虽有一小部分企业能够生产出钢包铜芯复合材料，但其材料的性能并不能满足产品的要求，主要缺陷在于钢与铜芯复合不完全，造成气密性不良，影响产品的正常使用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种钢包铜芯复合材料的制造方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种钢包铜芯复合材料的制造方法，该方法包括以下步骤：
1)将钢原管的内腔进行清洗后干燥，并将铜棒剥皮后进行拉拔；
2)将铜棒穿入钢原管的内腔中，并将一端扎紧，之后进行拉制复合，即得到所述的钢包铜芯复合材料。
进一步地，所述的钢包铜芯复合材料包括铜芯材料以及套设在铜芯材料外部的钢材料，所述的钢材料呈管状。
进一步地，所述的钢原管的材质为4J28、4J29、4J50、4J44、4J33、4J34、4J46或30CrMnSiA牌号的合金，所述的铜棒的材质为TU1、TU2、T1或T2牌号的铜。
进一步地，步骤1)中，所述的铜棒的外径比钢原管的内径大2-3mm，所述的铜棒的剥皮厚度为0.2-0.3mm，所述的铜棒在拉拔后的外径比钢原管的内径小0.2-0.4mm。铜棒的外径比钢原管的内径大2-3mm，是为了保证后续铜棒的圆度。在铜棒剥皮前，先进行拉制整圆，为剥皮做准备；之后再剥皮、拉拔，以保证铜棒的圆度，保证复合材料铜芯直径的一致性。
作为优选的技术方案，步骤1)中，钢原管内腔的清洗过程可采用化学方法或物理方法中的一种或两种，以将钢原管内腔壁上的杂质、污染物和毛刺等去除。
进一步地，步骤1)中，所述的铜棒在拉拔后，将表面清洗干净并除去氧化层。剥皮是为了去除铜棒表面较厚的氧化层，再拉拔后的铜棒表面只剩较薄的氧化层，通过简单的机械方法即可以去除。去除氧化层是为了材料之间更好的复合。
进一步地，步骤2)中，所述的拉制复合过程为梯度拉制复合，该梯度拉制复合包括多次拉制、多次高温复合及多次退火。多次拉制、多次高温复合及多次退火交替进行。通过加工变形后，会产生加工硬化现象，在热处理时经过一定的高温和一定的保温时间后，使其晶粒恢复、塑性提高、强度降低，如果不消除应力会在拉制时容易产生断裂、毛刺等不良现象。
进一步地，所述的梯度拉制复合过程依次包括第一次冷拉制、第一次高温复合、第二次冷拉制、第一次退火、第三次冷拉制、第二次高温复合以及后续拉制。
进一步地，所述的后续拉制包括交替进行的多次冷拉制及多次退火。在第二次高温复合之后，进行后续的多次冷拉制及多次退火过程，直至达到所需的材料直径要求。
进一步地，所述的第一次高温复合过程中，温度为850-950℃，时间为7-10h，在氢气保护下进行；所述的第二次高温复合过程中，温度为850-950℃，时间为6-8h，在氢气保护下进行。第一次高温复合及第二次高温复合结束后，进行自然降温至室温。
进一步地，经过第一次冷拉制后，钢原管的外径减小至50-60％；经过第二次冷拉制后，钢原管的外径减小至35-40％；经过第三次冷拉制后，钢原管的外径减小至30-35％；经过后续拉制后，钢原管的外径减小至5-20％。
本发明在制造钢包铜芯复合材料过程中，主要有以下特点：1)基材(钢原管)与复材(铜棒)在复合前必须清洗干净，不能有氧化层及其他杂质残留，基材内孔采用物理方法和化学方法清洗与铜棒的剥皮去除氧化层，为复合做必要的准备。化学方法一般采用浸泡的方式，这样用时长，清洗也不够干净，可采用磁力泵(耐酸碱)将化学液体在钢管腔内循环清洗，这样用时短，并且清洗干净；2)对高温扩散复合时温度和时间进行控制。通过以上两点可保证材料的完全复合。
与现有技术相比，本发明制造出的钢包铜芯复合材料能够满足电子工业中对钢包铜芯复合材料的产品要求，避免了钢与铜芯复合不完全的问题，可用于军用(含宇航级)金属外壳以及高端民用金属外壳中，且易于加工制造，成本低，生产效率高。
附图说明
图1为本发明中钢包铜芯复合材料的轴向剖视图；
图2为本发明中钢包铜芯复合材料的端面结构图；
图中标记说明：
1—铜芯材料、2—钢材料。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
钢包铜芯复合材料的生产加工制造过程如下：
1)备料：
钢原管：材质为4J28、4J29、4J50、4J44、4J33、4J34、4J46或30CrMnSiA牌号的合金，根据1/2铜芯和1/3铜芯选用相应的外径(本实施例选用外径的原管)；
铜棒：材质为TU1、TU2、T1或T2牌号的铜(铜棒的外径选用大于原管内径2-3mm)。
2)复合前准备：
A：对钢原管的内腔进行清洗，使用化学方法或物理方法(或两者结合使用)将内腔清理干净，不允许有杂质、污染物和毛刺等残留在内腔壁上，然后干燥，等待复合；
B：对铜棒进行剥皮，剥皮厚度为0.2-0.3mm，然后在进行拉拔制，拉拔后铜棒外径小于原管内径0.2-0.4mm，然后将铜棒表面清洗干净并去除氧化层，等待复合；
3)复合：将上述铜棒(根据1/2铜芯和1/3铜芯要求计算好的直径和长度)穿入已清洗好的钢原管内，并进行一端扎头，然后进行拉制复合，拉制复合的顺序为
其中，1、高温复合1：温度850-950℃范围内，氢气保护条件下，时间7小时以上，然后自然降温，直到室温；
2、高温复合2：温度850-950℃范围内，氢气保护条件下，时间6小时以上，然后自然降温，直到室温；
3、退火：温度为900℃，时间：1-3分钟；
4、高温复合1、高温复合2可根据钢原管的外径大小实时调整其高温复合的位置(直径)，然后进行拉制、退火一直到所需的直径要求。
最终制造出的钢的铜芯复合材料的性能参数为：
1、漏气率不大于1×10-10Pa·m3/s(He)；
2、复材的状态分类：硬态、软态、半硬态；
3、表面粗糙度：产品线身表面粗糙度Ra值不大于0.8μm。
实施例2：
如图1、图2所示，钢包铜芯复合材料包括铜芯材料1以及套设在铜芯材料1外部的钢材料2，钢的材料2呈管状。
钢包铜芯复合材料的制造方法包括以下步骤：
1)将钢原管的内腔进行清洗后干燥，并将铜棒剥皮后进行拉拔，铜棒在拉拔后，将表面清洗干净并除去氧化层；
2)将铜棒穿入钢的原管的内腔中，并将一端扎紧，之后进行拉制复合即可；拉制复合过程为梯度拉制复合，该梯度拉制复合包括多次拉制、多次高温复合及多次退火，具体地，梯度拉制复合过程依次包括第一次冷拉制、第一次高温复合、第二次冷拉制、第一次退火、第三次冷拉制、第二次高温复合以及后续拉制，后续拉制包括交替进行的多次冷拉制及多次退火。其中，第一次高温复合过程中，温度为850-950℃，时间为10h，在氢气保护下进行；第二次高温复合过程中，温度为850-950℃，时间为8h，在氢气保护下进行。经过第一次冷拉制后，钢的原管的外径减小至50％；经过第二次冷拉制后，钢的原管的外径减小至35％；经过第三次冷拉制后，钢的原管的外径减小至30％；经过后续拉制后，钢的原管的外径减小至5％。
其中，钢的原管的材质为4J28、4J29、4J50、4J44、4J33、4J34、4J46或30CrMnSiA牌号的合金，铜棒的材质为TU1、TU2、T1或T2牌号的铜。铜棒的外径比钢的原管的内径大2mm，铜棒的剥皮厚度为0.2mm，铜棒在拉拔后的外径比钢的原管的内径小0.2mm。
实施例3：
如图1、图2所示，钢包铜芯复合材料包括铜芯材料1以及套设在铜芯材料1外部的钢材料2，钢材料2呈管状。
钢包铜芯复合材料的制造方法包括以下步骤：
1)将钢的原管的内腔进行清洗后干燥，并将铜棒剥皮后进行拉拔，铜棒在拉拔后，将表面清洗干净并除去氧化层；
2)将铜棒穿入钢原管的内腔中，并将一端扎紧，之后进行拉制复合即可；拉制复合过程为梯度拉制复合，该梯度拉制复合包括多次拉制、多次高温复合及多次退火，具体地，梯度拉制复合过程依次包括第一次冷拉制、第一次高温复合、第二次冷拉制、第一次退火、第三次冷拉制、第二次高温复合以及后续拉制，后续拉制包括交替进行的多次冷拉制及多次退火。其中，第一次高温复合过程中，温度为850-950℃，时间为7h，在氢气保护下进行；第二次高温复合过程中，温度为850-950℃，时间为6h，在氢气保护下进行。经过第一次冷拉制后，钢原管的外径减小至60％；经过第二次冷拉制后，钢原管的外径减小至40％；经过第三次冷拉制后，钢原管的外径减小至35％；经过后续拉制后，钢原管的外径减小至20％。
其中，钢的原管的材质为4J28、4J29、4J50、4J44、4J33、4J34、4J46或30CrMnSiA牌号的合金，铜棒的材质为TU1、TU2、T1或T2牌号的铜。铜棒的外径比钢原管的内径大3mm，铜棒的剥皮厚度为0.3mm，铜棒在拉拔后的外径比钢原管的内径小0.4mm。
实施例4：
如图1、图2所示，钢包铜芯复合材料包括铜芯材料1以及套设在铜芯材料1外部的钢材料2，钢材料2呈管状。
钢包铜芯复合材料的制造方法包括以下步骤：
1)将钢原管的内腔进行清洗后干燥，并将铜棒剥皮后进行拉拔，铜棒在拉拔后，将表面清洗干净并除去氧化层；
2)将铜棒穿入钢原管的内腔中，并将一端扎紧，之后进行拉制复合即可；拉制复合过程为梯度拉制复合，该梯度拉制复合包括多次拉制、多次高温复合及多次退火，具体地，梯度拉制复合过程依次包括第一次冷拉制、第一次高温复合、第二次冷拉制、第一次退火、第三次冷拉制、第二次高温复合以及后续拉制，后续拉制包括交替进行的多次冷拉制及多次退火。其中，第一次高温复合过程中，温度为850-950℃，时间为8h，在氢气保护下进行；第二次高温复合过程中，温度为850-950℃，时间为7h，在氢气保护下进行。经过第一次冷拉制后，钢原管的外径减小至55％；经过第二次冷拉制后，钢原管的外径减小至38％；经过第三次冷拉制后，钢原管的外径减小至32％；经过后续拉制后，钢原管的外径减小至10％。
其中，钢的原管的材质为4J28、4J29、4J50、4J44、4J33、4J34、4J46或30CrMnSiA牌号的合金，铜棒的材质为TU1、TU2、T1或T2牌号的铜。铜棒的外径比钢原管的内径大2.5mm，铜棒的剥皮厚度为0.25mm，铜棒在拉拔后的外径比钢原管的内径小0.3mm。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢包铜芯复合材料的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)将钢原管的内腔进行清洗后干燥，并将铜棒剥皮后进行拉拔；
2)将铜棒穿入钢原管的内腔中，并将一端扎紧，之后进行拉制复合，即得到所述的钢包铜芯复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种钢包铜芯复合材料的制造方法，其特征在于，所述的钢包铜芯复合材料包括铜芯材料(1)以及套设在铜芯材料(1)外部的钢材料(2)，所述的钢材料(2)呈管状。
3.根据权利要求1所述的一种钢包铜芯复合材料的制造方法，其特征在于，所述的钢原管的材质为4J28、4J29、4J50、4J44、4J33、4J34、4J46或30CrMnSiA牌号的合金，所述的铜棒的材质为TU1、TU2、T1或T2牌号的铜。
4.根据权利要求1所述的一种钢包铜芯复合材料的制造方法，其特征在于，步骤1)中，所述的铜棒的外径比钢原管的内径大2-3mm，所述的铜棒的剥皮厚度为0.2-0.3mm，所述的铜棒在拉拔后的外径比钢原管的内径小0.2-0.4mm。
5.根据权利要求1所述的一种钢包铜芯复合材料的制造方法，其特征在于，步骤1)中，所述的铜棒在拉拔后，将表面清洗干净并除去氧化层。
6.根据权利要求1所述的一种钢包铜芯复合材料的制造方法，其特征在于，步骤2)中，所述的拉制复合过程为梯度拉制复合，该梯度拉制复合包括多次拉制、多次高温复合及多次退火。
7.根据权利要求6所述的一种钢包铜芯复合材料的制造方法，其特征在于，所述的梯度拉制复合过程依次包括第一次冷拉制、第一次高温复合、第二次冷拉制、第一次退火、第三次冷拉制、第二次高温复合以及后续拉制。
8.根据权利要求7所述的一种钢包铜芯复合材料的制造方法，其特征在于，所述的后续拉制包括交替进行的多次冷拉制及多次退火。
9.根据权利要求7所述的一种钢包金铜芯复合材料的制造方法，其特征在于，所述的第一次高温复合过程中，温度为850-950℃，时间为7-10h，在氢气保护下进行；所述的第二次高温复合过程中，温度为850-950℃，时间为6-8h，在氢气保护下进行。
10.根据权利要求7所述的一种钢包铜芯复合材料的制造方法，其特征在于，经过第一次冷拉制后，钢原管的外径减小至50-60％；经过第二次冷拉制后，钢原管的外径减小至35-40％；经过第三次冷拉制后，钢原管的外径减小至30-35％；经过后续拉制后，钢原管的外径减小至5-20％。
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