CN111270232A - 一种双面多层单侧铝基板加工工艺 - Google Patents

一种双面多层单侧铝基板加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双面多层单侧铝基板加工工艺，涉及金属复合板加工工艺，具体包括铜板和铝板预处理；棕氧化液配制和铜板的棕氧化、阳极氧化，氧化时间为50‑60min，氧化结束后扩孔，最后封孔；在铝层和铜层之间加入锡、锌、铬和硫制备出的辅助层压薄板；经过两步加热法进行加热，首先加热至450‑480℃，恒温30‑50min；再继续加热至520‑550℃，恒温30‑50min，冷却至400‑450℃，挤压速率为2mm/min进行挤压，挤压后再250‑270℃恒温12h，冷却至常温即可得到单侧铝基板的铝铜复合板材。本发明能够改善铜板和铝板交接层的力学性能以及铜氧化物层的均一性。

Description

一种双面多层单侧铝基板加工工艺
技术领域
本发明涉及铝板加工技术领域，具体是一种双面多层单侧铝基板加工工艺。
背景技术
铝铜复合材料板是将铝板和铜板制备成一体板的复合材料。铝铜复合材料板因为有铜和铝两种金属，相比于单一铜板，具有密度小、成本低，来源广泛的优点，相比于单一铝板，导电性能更高、导热性能更高、耐腐蚀性能更强。目前铝铜复合材料板在电器、电力、电子、机械及能源等领域具有很大的应用潜力。
现有铝铜复合材料板中铝铜复合层氧含量较高，铝铜结合面结晶间隙大，晶体间间隙多且间隙空间较大，导致铝铜复合层力学性能较差；现有铜板棕氧化工艺中，随着氧化过程进行，溶液pH值提升幅度较大，容易导致铜板表面氧化物孔径和密度均一性较差；
发明内容
本发明的目的在于提供一种，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双面多层单侧铝基板加工工艺，所述铝基板加工工艺包括如下步骤：
步骤一、铜板和铝板预处理；
步骤二、棕氧化液配制：采用硫酸、醋酸、柠檬酸、过氧化氢、有机硅烷、乙二醇葡糖苷、可溶性无机盐、甲基苯磺酸、去离子水、复配缓蚀剂、甲基苯磺酸和乙醇中配置成棕氧化液；对铜片做棕氧化处理，在铜片表面覆盖上生成铜氧化层；
步骤三、采用质量分数为4-7％的浓硫酸溶液作为阳极氧化电解液，以铝板为阳极，以碳板为阴极进行阳极氧化，氧化时间为50-60min，氧化结束后扩孔，最后封孔；
步骤四、在铝层和铜层之间加入锡、锌、铬和硫制备出的辅助层压薄板；经过两步加热法进行加热，首先加热至450-480℃，恒温30-50min；再继续加热至520-550℃，恒温30-50min，冷却至400-450℃，挤压速率为2mm/min 进行挤压，挤压后再250-270℃恒温12h，冷却至常温即可得到单侧铝基板的铝铜复合板材。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤一中预处理具体包括：
S1、砂纸打磨铝板去除氧化铝层；
S2、采用pH值为2-3的稀硫酸溶液浸泡铝板和铜板；
S3、采用去离子水冲洗铝板和铜板。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤二中各质量分数组分依次为 3-7％硫酸、0.8-1.2％醋酸、0.2-0.4％柠檬酸、4-10％过氧化氢、0.2-0.4％有机硅烷、1.3-2.2％乙二醇葡糖苷、0.02-0.05％无机盐、0.02-0.04％甲基苯磺酸和40-50％乙醇，剩余为去离子水。
作为本发明的一种优选技术方案，所述有机硅烷为三甲基硅烷、三乙基硅烷、二甲基乙基硅烷、二乙基甲基硅烷中的一种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述所述无机盐为可溶性氯化物、可溶性硝酸盐、可溶性硫酸盐中的一种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述所述阳极氧化电解液中还包括质量分数为1.3-2.4％的氯化钠、质量分数为2.2-3.6％的硝酸钠、质量分数为 2.3-3.5％的柠檬酸。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤三中电流密度为2.5-3.9A，扩孔溶液为采用pH值为3.5-4.5的磷酸溶液，温度为38-44℃，扩孔30-45min；闭孔操作为将扩孔后的阳极氧化铝板放入80-90℃的质量分数为30-40％的乙醇水溶液中。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤四中辅助层压薄板由锡、锌、铬和硫按照质量比为10-14：1.5-2：2.4-4.6：0.4-0.8熔融制备成厚度为3-5mm 的薄板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在铜板和铝板热压处理工艺中通过锡、锌、铬和硫按照质量比为 10-14：1.5-2：2.4-4.6：0.4-0.8熔融物，能够降低铜铝结晶承重CuAl晶粒粒径、晶粒间间隙以及晶粒的分散均匀性，进而提高铜板和铝板交接层的力学性能，本发明中通过在棕氧化液中添加醋酸和柠檬酸，对硫酸起到缓冲作用，使得棕氧化液的pH值变化较为缓慢，使得铜氧化物层孔径和密度均均匀。
具体实施方式
实施例一
砂纸打磨铝板去除氧化铝层；采用pH值为2-3的稀硫酸溶液浸泡铝板和铜板；采用去离子水冲洗铝板和铜板3-5次，然后将铜板和铝板于通风处晾干；配置质量分数组分依次为3％硫酸、0.8％醋酸、0.2％柠檬酸、4％过氧化氢、 0.2％三甲基硅烷、1.3％乙二醇葡糖苷、0.02％氯化钠、0.02-0.04％甲基苯磺酸和40-50％乙醇，剩余为去离子水；对铜片做棕氧化处理，在铜片表面覆盖上生成铜氧化层；配置采用质量分数组分依次为4％浓硫酸、1.3％氯化钠、2.2％硝酸钠、质量分数为2.3％柠檬酸溶液作为阳极氧化电解液，以铝板为阳极，以碳板为阴极进行阳极氧化，电流密度为2.5A，氧化时间为50min；扩孔溶液为采用pH值为3.5的磷酸溶液，温度为38℃，扩孔30min；闭孔操作为将扩孔后的阳极氧化铝板放入80℃的质量分数为30％的乙醇水溶液中氧化结束后扩孔，最后封孔；
由锡、锌、铬和硫按照质量比为10：1.5：2.4：0.4熔融制备成厚度为 3-5mm的薄板，在铝层和铜层之间加入锡、锌、铬和硫制备出的辅助层压薄板；经过两步加热法进行加热，首先加热至450℃，恒温30min；再继续加热至 520℃，恒温30min，冷却至400℃，挤压速率为2mm/min进行挤压，挤压后再250℃恒温12h，冷却至常温即可得到单侧铝基板的铝铜复合板材。
实施例二
砂纸打磨铝板去除氧化铝层；采用pH值为2-3的稀硫酸溶液浸泡铝板和铜板；采用去离子水冲洗铝板和铜板3-5次，然后将铜板和铝板于通风处晾干；配置质量分数组分依次为7％硫酸、1.2％醋酸、0.4％柠檬酸、10％过氧化氢、 0.4％三乙基硅烷、2.2％乙二醇葡糖苷、0.05％硝酸钠、0.04％甲基苯磺酸和50％乙醇，剩余为去离子水；对铜片做棕氧化处理，在铜片表面覆盖上生成铜氧化层；配置采用质量分数组分依次为7％浓硫酸、2.4％氯化钠、3.6％硝酸钠、质量分数为3.5％柠檬酸溶液作为阳极氧化电解液，以铝板为阳极，以碳板为阴极进行阳极氧化，电流密度为3.9A，氧化时间为60min；扩孔溶液为采用 pH值为3.5-4.5的磷酸溶液，温度为44℃，扩孔45min；闭孔操作为将扩孔后的阳极氧化铝板放入90℃的质量分数为40％的乙醇水溶液中氧化结束后扩孔，最后封孔；
由锡、锌、铬和硫按照质量比为14：2：4.6：0.8熔融制备成厚度为5mm 的薄板，在铝层和铜层之间加入锡、锌、铬和硫制备出的辅助层压薄板；经过两步加热法进行加热，首先加热至480℃，恒温50min；再继续加热至550℃，恒温50min，冷却至450℃，挤压速率为2mm/min进行挤压，挤压后再270℃恒温12h，冷却至常温即可得到单侧铝基板的铝铜复合板材。
实施例三
砂纸打磨铝板去除氧化铝层；采用pH值为2-3的稀硫酸溶液浸泡铝板和铜板；采用去离子水冲洗铝板和铜板3-5次，然后将铜板和铝板于通风处晾干；配置质量分数组分依次为4％硫酸、0.9％醋酸、0.3％柠檬酸、5％过氧化氢、 0.3％二甲基乙基硅烷、1.5％乙二醇葡糖苷、0.03％硫酸钠、0.025％甲基苯磺酸和42％乙醇，剩余为去离子水；对铜片做棕氧化处理，在铜片表面覆盖上生成铜氧化层；配置采用质量分数组分依次为6％浓硫酸、1.5％氯化钠、2.5％硝酸钠、质量分数为2.7％柠檬酸溶液作为阳极氧化电解液，以铝板为阳极，以碳板为阴极进行阳极氧化，电流密度为2.7A，氧化时间为55min；扩孔溶液为采用pH值为3.7的磷酸溶液，温度为40℃，扩孔43min；闭孔操作为将扩孔后的阳极氧化铝板放入82℃的质量分数为32％的乙醇水溶液中氧化结束后扩孔，最后封孔；
由锡、锌、铬和硫按照质量比为11：1.6：2.6：0.5熔融制备成厚度为 3-5mm的薄板，在铝层和铜层之间加入锡、锌、铬和硫制备出的辅助层压薄板；经过两步加热法进行加热，首先加热至460℃，恒温40min；再继续加热至 530℃，恒温40min，冷却至410℃，挤压速率为2mm/min进行挤压，挤压后再260℃恒温12h，冷却至常温即可得到单侧铝基板的铝铜复合板材。
实施例四
砂纸打磨铝板去除氧化铝层；采用pH值为2-3的稀硫酸溶液浸泡铝板和铜板；采用去离子水冲洗铝板和铜板3-5次，然后将铜板和铝板于通风处晾干；配置质量分数组分依次为5％硫酸、1.0％醋酸、0.3％柠檬酸、5％过氧化氢、0.3％二乙基甲基硅烷、1.4％乙二醇葡糖苷、0.03％氯化钾、0.025％甲基苯磺酸和42％乙醇，剩余为去离子水；对铜片做棕氧化处理，在铜片表面覆盖上生成铜氧化层；配置采用质量分数组分依次为6％浓硫酸、1.5％氯化钠、2.4％硝酸钠、质量分数为2.5％柠檬酸溶液作为阳极氧化电解液，以铝板为阳极，以碳板为阴极进行阳极氧化，电流密度为2.9A，氧化时间为55min；扩孔溶液为采用pH值为4.0的磷酸溶液，温度为40℃，扩孔33min；闭孔操作为将扩孔后的阳极氧化铝板放入86℃的质量分数为35％的乙醇水溶液中氧化结束后扩孔，最后封孔；
由锡、锌、铬和硫按照质量比为13：1.8：4.5：0.6熔融制备成厚度为 3-5mm的薄板，在铝层和铜层之间加入锡、锌、铬和硫制备出的辅助层压薄板；经过两步加热法进行加热，首先加热至470℃，恒温45min；再继续加热至 540℃，恒温45min，冷却至440℃，挤压速率为2mm/min进行挤压，挤压后再255℃恒温12h，冷却至常温即可得到单侧铝基板的铝铜复合板材。
实施例五
砂纸打磨铝板去除氧化铝层；采用pH值为2-3的稀硫酸溶液浸泡铝板和铜板；采用去离子水冲洗铝板和铜板3-5次，然后将铜板和铝板于通风处晾干；配置质量分数组分依次为6％硫酸、1.1％醋酸、0.3％柠檬酸、9％过氧化氢、 0.35％三甲基硅烷、1.7％乙二醇葡糖苷、0.04％硝酸钾、0.035％甲基苯磺酸和 48％乙醇，剩余为去离子水；对铜片做棕氧化处理，在铜片表面覆盖上生成铜氧化层；配置采用质量分数组分依次为6％浓硫酸、2.2％氯化钠、3.3％硝酸钠、质量分数为3.3％柠檬酸溶液作为阳极氧化电解液，以铝板为阳极，以碳板为阴极进行阳极氧化，电流密度为3.4A，氧化时间为58min；扩孔溶液为采用 pH值为4.3的磷酸溶液，温度为43℃，扩孔42min；闭孔操作为将扩孔后的阳极氧化铝板放入80-90℃的质量分数为38％的乙醇水溶液中氧化结束后扩孔，最后封孔；
由锡、锌、铬和硫按照质量比为13：1.8：4.5：0.7熔融制备成厚度为 3-5mm的薄板，在铝层和铜层之间加入锡、锌、铬和硫制备出的辅助层压薄板；经过两步加热法进行加热，首先加热至470℃，恒温35min；再继续加热至 540℃，恒温45min，冷却至440℃，挤压速率为2mm/min进行挤压，挤压后再260℃恒温12h，冷却至常温即可得到单侧铝基板的铝铜复合板材。
实施例六
砂纸打磨铝板去除氧化铝层；采用pH值为2-3的稀硫酸溶液浸泡铝板和铜板；采用去离子水冲洗铝板和铜板3-5次，然后将铜板和铝板于通风处晾干；配置质量分数组分依次为6％硫酸、1.1％醋酸、0.3％柠檬酸、9％过氧化氢、 0.3％二甲基乙基硅烷、2.1％乙二醇葡糖苷、0.04％硫酸钾、0.04％甲基苯磺酸和45％乙醇，剩余为去离子水；对铜片做棕氧化处理，在铜片表面覆盖上生成铜氧化层；配置采用质量分数组分依次为6％浓硫酸、2.2％氯化钠、3.5％硝酸钠、质量分数为3.4％柠檬酸溶液作为阳极氧化电解液，以铝板为阳极，以碳板为阴极进行阳极氧化，电流密度为3.5A，氧化时间为58min；扩孔溶液为采用pH值为4.4的磷酸溶液，温度为42℃，扩孔44min；闭孔操作为将扩孔后的阳极氧化铝板放入88℃的质量分数为38％的乙醇水溶液中氧化结束后扩孔，最后封孔；
由锡、锌、铬和硫按照质量比为14：1.8：4.4：0.7熔融制备成厚度为 3-5mm的薄板，在铝层和铜层之间加入锡、锌、铬和硫制备出的辅助层压薄板；经过两步加热法进行加热，首先加热至470℃，恒温45min；再继续加热至 540℃，恒温45min，冷却至440℃，挤压速率为2mm/min进行挤压，挤压后再260℃恒温12h，冷却至常温即可得到单侧铝基板的铝铜复合板材。
采用拉伸机拉伸实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五和实施例六进行拉伸，拉伸速率为2mm/min,测量实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五和实施例六的抗拉伸强度和伸长率；选用市面上现有的两款铜/铝复合板作为对比例一和对比例二，在同样的仪器和条件下测量对比例一和对比例二的抗拉伸强度和伸长率。观察实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五、实施例六、对比例一和对比例二的膜的完整情况和厚度，结果如下表所示。由下表可知，实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五和实施例六力学性能明显优于对比例一和对比例二，而且阳极氧化铝膜和氧化铜膜的厚度均一程度也优于对比例一和对比例二。
Figure RE-GDA0002466306640000081
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (8)

1.一种双面多层单侧铝基板加工工艺，其特征在于，所述铝基板加工工艺包括如下步骤：
步骤一、铜板和铝板预处理；
步骤二、棕氧化液配制：采用硫酸、醋酸、柠檬酸、过氧化氢、有机硅烷、乙二醇葡糖苷、可溶性无机盐、甲基苯磺酸、去离子水、复配缓蚀剂、甲基苯磺酸和乙醇中配置成棕氧化液；对铜片做棕氧化处理，在铜片表面覆盖上生成铜氧化层；
步骤三、采用质量分数为4-7％的浓硫酸溶液作为阳极氧化电解液，以铝板为阳极，以碳板为阴极进行阳极氧化，氧化时间为50-60min，氧化结束后扩孔，最后封孔；
步骤四、在铝层和铜层之间加入锡、锌、铬和硫制备出的辅助层压薄板；经过两步加热法进行加热，首先加热至450-480℃，恒温30-50min；再继续加热至520-550℃，恒温30-50min，冷却至400-450℃，挤压速率为2mm/min进行挤压，挤压后再250-270℃恒温12h，冷却至常温即可得到单侧铝基板的铝铜复合板材。
2.根据权利要求1所述的一种双面多层单侧铝基板加工工艺，其特征在于，所述步骤一中预处理具体包括：
S1、砂纸打磨铝板去除氧化铝层；
S2、采用pH值为2-3的稀硫酸溶液浸泡铝板和铜板；
S3、采用去离子水冲洗铝板和铜板。
3.根据权利要求1所述的一种双面多层单侧铝基板加工工艺，其特征在于，所述步骤二中各质量分数组分依次为3-7％硫酸、0.8-1.2％醋酸、0.2-0.4％柠檬酸、4-10％过氧化氢、0.2-0.4％有机硅烷、1.3-2.2％乙二醇葡糖苷、0.02-0.05％无机盐、0.02-0.04％甲基苯磺酸、和40-50％乙醇，剩余为去离子水。
4.根据权利要求3所述的一种双面多层单侧铝基板加工工艺，其特征在于，所述有机硅烷为三甲基硅烷、三乙基硅烷、二甲基乙基硅烷、二乙基甲基硅烷中的一种。
5.根据权利要求3所述的一种双面多层单侧铝基板加工工艺，其特征在于，所述无机盐为可溶性氯化物、可溶性硝酸盐、可溶性硫酸盐中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种双面多层单侧铝基板加工工艺，其特征在于，所述阳极氧化电解液中还包括质量分数为1.3-2.4％的氯化钠、质量分数为2.2-3.6％的硝酸钠、质量分数为2.3-3.5％的柠檬酸。
7.根据权利要求1所述的一种双面多层单侧铝基板加工工艺，其特征在于，所述步骤三中电流密度为2.5-3.9A，扩孔溶液为采用pH值为3.5-4.5的磷酸溶液，温度为38-44℃，扩孔30-45min；闭孔操作为将扩孔后的阳极氧化铝板放入80-90℃的质量分数为30-40％的乙醇水溶液中。
8.根据权利要求2所述的一种双面多层单侧铝基板加工工艺，其特征在于，所述步骤四中辅助层压薄板由锡、锌、铬和硫按照质量比为10-14：1.5-2：2.4-4.6：0.4-0.8熔融制备成厚度为3-5mm的薄板。
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