CN112934965B - 一种铜铝温轧复合板及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及层状金属复合板的生产技术领域，尤其涉及一种铜铝温轧复合板及其制备方法和应用。本发明将铜板带置于加热的第一含铝板带的表面，在保护条件下进行第一温轧复合，得到板材坯料；所述第一温轧复合第一道次的加工率为20～45％；所述第一含铝板带的加热温度为其液相线以下70～260℃，所述第一温轧复合时铜板带的温度为180～580℃；将所述板材坯料依次进行退火和冷轧，得到铜铝温轧复合板。本发明也可以与第二含铝板带再次进行第二冷轧复合，本发明制备的铜铝温轧复合板复合率高、复合强度好，可以获得极薄覆铜层，覆层厚度可调整、可控制，界面起伏范围可控，适用于制备5G基站滤波器、转换材料或金具材料。
Description
技术领域
本发明涉及层状金属复合板的生产技术领域，尤其涉及一种铜铝温轧复合板及其制备方法和应用。
背景技术
铜和铝是重要的有色金属，广泛使用于工业、民用等领域。铜具有良好的导电、导热、耐腐、抑菌性能；铝具有良好的导电、导热性能。铜与铝相比，铜资源短缺，铝资源较丰富，且铝比重较小，价格低廉。铜铝复合板是一种以铝为基体，外层复合铜的双金属，集成了铜的传导性、屏蔽性能，以及铝的低密度、大比热容等特点。
采用铜铝复合板用作滤波器盖板，充分利用铜良好的传导性与铝的易焊接、密度低、成本低等特点，可使盖板与腔体具有良好的焊接强度，增强盖板的自身强度，降低密度，节约成本。使用铜铝复合材料作为盖板材料，与纯铝盖板相比，加工后只需除油做表面抗氧化保护即可使用，省去了传统纯铝盖板加工完成后还需要进行除油电镀等处理工艺，可节省10％～50％的成本。
目前，铜铝复合板的生产，主要采用固-固复合法和液-固复合法。固-固复合法主要通过爆炸复合法、包覆焊接法、复合铸锭热轧法、轧制压接法生产；这些生产方法存在工艺复杂，生产成本高、复合强度低和产品质量不稳定等缺点。液-固复合法主要通过复合铸造法、连续铸轧法；需要专用设备，技术要求极高，目前不能普及。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铜铝温轧复合板及其制备方法和应用，制备的铜铝温轧复合板复合率高、复合强度好，生产工艺简单。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种铜铝温轧复合板的制备方法，包括以下步骤：
将铜板带置于加热的第一含铝板带的表面，在保护条件下进行第一温轧复合，得到板材坯料；所述第一含铝板带为纯铝板带或铝合金板带；所述第一温轧复合第一道次的加工率为20～45％；所述第一含铝板带的加热温度为其液相线以下70～260℃，所述第一温轧复合时铜板带的温度为180～580℃；
将所述板材坯料依次进行退火和冷轧，得到铜铝温轧复合板。
优选的，所述第一温轧制复合的总变形量为25～75％，轧制速度为0.5～10m/min。
优选的，所述第一含铝板带的加热温度为其液相线以下70～260℃，所述第一温轧复合时铜板带的温度为300～580℃。
优选的，进行退火前，还包括：将第二含铝板带置于所述板材坯料中第一含铝板带的表面，将所述板材坯料与第二含铝板带进行第二常温轧制复合；所述第二含铝板带为纯铝板带、铝合金板带或者铜铝复合板带。
优选的，所述退火在保护气体的保护下进行，所述保护气体为N2和H2的混合气体，所述N2和H2的体积比为2:3，所述保护气体的流量30～100m3/h。
优选的，所述退火的温度为300～400℃，保温时间为8～15h。
优选的，所述冷轧的道次加工率为15～35％，所述冷轧的速度为10～300m/min，所述冷轧总的变形量为15～99％。
优选的，所述铜板带的厚度为0.1～4.0mm，所述第一含铝板带的厚度为1～10mm。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的铜铝温轧复合板，包括第一含铝板层和位于所述第一含铝板层表面的铜层；所述第一含铝板层为纯铝板层或铝合金板层。
优选的，还包括位于所述第一含铝板层表面的第二含铝板层；所述第二含铝板层为纯铝板层、铝合金板层或者铜铝复合板层。
本发明提供了上述方案所述铜铝温轧复合板在制备5G基站滤波器、转换材料或金具材料中的应用。
本发明提供了一种铜铝温轧复合板的制备方法，包括以下步骤：将铜板带置于加热的第一含铝板带的表面，在保护条件下进行第一温轧复合，得到板材坯料；所述第一含铝板带为纯铝板带和/或铝合金板带；所述第一温轧复合第一道次的加工率为20～45％；所述第一含铝板带的加热温度为其液相线以下70～260℃，所述第一温轧复合时铜板带的温度为180～580℃；将所述板材坯料依次进行退火和冷轧，得到铜铝温轧复合板。
本发明将铜板带和含铝板带进行第一温轧复合，在保护条件下可以防止铜带材表面氧化，洁净的金属带材表面，是提高第二温轧复合率的有效保障；本发明通过控制第一温轧复合第一道次的加工率，可以有效控制铜铝复合协同变形，提高板材坯料塑性指标，保障复合效率，提高复合强度，获得较高的剥离强度；之后进行退火处理，最后进行冷轧，冷轧过程中通过塑性变形，形成界面机械啮合，经扩散后，形成牢固的冶金界面结合。此外，冷轧还可以获得适当的强度和表面硬度，并精确控制厚度与公差。
实施例的结果表明，本发明制备的铜铝温轧复合板的铜铝层间形成冶金结合界面，界面剥离强度≥12N/mm，抗拉强度≥190MPa，延伸率≥12％，铝面硬度≥75HV。
进一步的，本发明通过第二常温轧制复合，并控制铜板带与含铝板带的层间厚度以及第一温轧复合和冷轧的工艺参数，可以将铜铝温轧复合板中的铜层厚度比例控制在0.03～12％之间且可调，下限小于现有的8～20％的铜体积含量复合板，填补了超薄铜层复合板的空白。
具体实施方式
本发明提供了一种铜铝温轧复合板的制备方法，包括以下步骤：
将铜板带置于加热的第一含铝板带的表面，在保护条件下进行第一温轧复合，得到板材坯料；所述第一含铝板带为纯铝板带和/或铝合金板带；所述第一温轧复合第一道次的加工率为20～45％；所述第一含铝板带的加热温度为其液相线以下70～260℃，所述第一温轧复合时铜板带的温度为180～580℃；
将所述板材坯料依次进行退火和冷轧，得到铜铝温轧复合板。
本发明将铜板带置于预热的第一含铝板带的表面，进行第一温轧复合，得到板材坯料。
在本发明中，所述铜板带的厚度优选为0.1～4.0mm，所述第一含铝板带的厚度优选为1～10mm。本领域技术人员可根据铜铝温轧复合板的厚度和铜铝温轧复合板中铜层的厚度选择铜板带和第一含铝板带的厚度。在本发明中，所述铜板带和第一含铝板带的宽度优选为600～1100mm。在本发明中，当铜板带减薄10％时，第一含铝板带减薄量可以控制在5～50％。
本发明所述铜板带的牌号为本领域熟知，具体的可以为但不局限于：纯铜(T1、T2、T3)、无氧铜(TU00、TU0、TU1、TU2、TU3和高纯无氧铜)、脱氧铜(TU00Ag、TUAg、TP1、TP2、TP3、TP4)、韧铜(含氧量50～150ppm)、添加少量合金元素的特种铜(砷铜、碲铜、银铜)。
在本发明中，所述第一含铝板带为纯铝板带或铝合金板带。在本发明中，所述铝合金板带优选为5系铝合金板带，更优选为5052铝合金板带。
在本发明中，所述第一含铝板带的加热温度为其液相线以下70～260℃，优选为其液相线以下100～200℃。此温度范围有利于提高第一含铝板带与铜板带之间的界面复合强度。
进行第一温轧复合前，本发明优选还包括对铜板带进行表面处理。在本发明中，所述表面处理优选包括机械研磨、激光清理、喷丸、喷砂或脱脂处理中的一种或多种。本发明对所述机械研磨、激光清理、喷丸、喷砂和脱脂处理的过程没有特殊要求，表面无油污及钝化液残留即可。在本发明的实施例中，所述机械研磨为砂带抛光或刷辊抛光。
在本发明中，所述第一温轧复合在保护条件下进行。本发明优选采用氢气和氮气的混合气体提供保护条件。在本发明中，所述混合气体中氢气的体积含量优选为75％。本发明在保护条件下进行第一温轧复合，可以防止铜带材表面氧化，洁净的金属带材表面，是提高轧制复合率的有效保障。铜带表面形成的氧化物，会妨碍复合效果，增加界面缺陷，形成假复合区域，造成残次品。
在本发明中，所述第一温轧复合第一道次的加工率为20～45％，优选为25～40％。本发明将所述第一温轧复合第一道次的加工率控制在上述范围，可以提高界面结合强度，降低界面应力，提高板材坯料塑性指标，保障复合效率，提高复合强度，获得较高的剥离强度。
在本发明中，所述第一温轧复合的总变形量优选为25～75％，更优选为28～60％，进一步优选为35～45％；所述第一温轧复合的轧制速度优选为0.5～10m/min，更优选为3～5m/min，进一步优选为3.5～4.5m/min。本发明将第一温轧的总变形量控制在上述范围，有利于进一步有效控制铜铝复合协同变形，提高复合强度，获得较高的剥离强度。
本发明对所述第一温轧复合总的道次数没有特殊要求，满足第一道次的加工率和总的变形量在上述范围即可。本发明所述第一温轧复合过程中，第一道次目的是为了实现铜板带和含铝板带的复合，后续道次主要目的是为了减薄。
在本发明中，所述第一温轧复合时铜板带的温度为180～580℃，优选为300～500℃，进一步优选为350～450℃。本发明通过将第一温轧复合的温度控制在上述范围，铜带采用保护气氛保护，防止氧化。
在本发明中，当需要制备超薄铜层的铜铝温轧复合板时，本发明优选还包括：将第二含铝板带置于板材坯料中第一含铝板带的表面，将所述板材坯料与第二含铝板带进行第二常温轧制复合。
在本发明中，所述第二含铝板带的厚度优选在10mm以下，所述第二含铝板带优选为纯铝板带、铝合金板带或者铜铝复合板带。在本发明中，所述第二含铝板带优选为2XXX系列到8XXX系列的铝合金，更优选为5XXX系列的铝合金。
在本发明中，当第二含铝板带为铜铝复合板带时，本发明优选将所述铜铝复合板带的铝面与第一含铝板带的铝表面接触，生产双面铜中间铝的铜-铝-铜复合板带。
在本发明中，所述第二常温轧制复合第一道次的加工率优选为30～45％，更优选为25～40％。本发明将第一道次的变形量控制在上述范围，可以提高复合第二含铝板带与板材坯料的复合强度。本发明对所述第二常温轧制复合总的变形量没有特殊要求，根据实际需求进行控制即可。在本发明中，所述第二常温轧制复合时第二含铝板带和板材坯料不须加热，轧制辊温度优选控制为150℃。
本发明优选根据铜铝温轧复合板中铜层的厚度需求选择是否进行第二常温温轧制复合。本发明通过进行第二常温轧制复合，可以降低铜铝温轧复合板中铜层的相对厚度比例，获得极薄铜层的铜铝温轧复合板。
得到板材坯料后，本发明将所述板材坯料进行退火。在本发明中，所述退火优选在保护气体的保护下进行；所述保护气体优选为N2和H2的混合气体，所述N2和H2的体积比优选为2:3，所述保护气体的流量优选30～100m3/h，更优选为40～90m3/h，进一步优选为50～80m3/h。本发明在保护气体下进行退火可防止板材坯料发生氧化。
在本发明中，所述退火的温度优选为300～400℃，更优选为320～380℃；保温时间优选为8～15h，更优选为10～13h。本发明利用退火可以进一步提高铜层和含铝层之间的剥离强度。
完成退火后，本发明对退火后的板材坯料进行冷轧，得到铜铝温轧复合板。
在本发明中，所述冷轧的道次加工率优选为15～35％，更优选为20～25％；所述冷轧总的变形量优选为15～99％，更优选为20～90％，进一步优选为30～80％。本发明对所述冷轧总的道次数不做特殊要求，在每道次的加工率和总的变形量满足上述条件的基础上，可根据实际厚度需求进行调整。在本发明中，所述冷轧的速度优选为10～300m/min，更优选为50～250m/min，进一步优选为100～200m/min。在本发明中，所述冷轧优选在室温下进行。
本发明利用冷轧通过塑性变形，形成界面啮合，经扩散后，形成牢固的界面结合。本发明通过控制冷轧的道次变形量并配合退火工艺，也可以获得需要的取向与织构，以及适当的机械强度和表面硬度。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的铜铝温轧复合板，包括第一含铝板层和位于所述含铝板层表面的铜层；所述第一含铝板层为纯铝板层或铝合金板层。在本发明中，所述铜铝温轧复合板还包括位于所述第一含铝板层表面的第二含铝板层；所述第二含铝板层为纯铝板层、铝合金板层或铜铝复合板层。由于采用了温轧复合、退火和冷轧，因此，铜层和含铝板层之间复合强度高。
在本发明中，所述铜铝温轧复合板中铜层的体积含量在0.03～12％之间可调。本发明通过对铜板材和含铝板层的厚度进行选择以及温轧和冷轧总变形量的控制以及是否进行第二常温轧制复合，使得铜层的体积含量在0.03～12％之间可调，下限小于现有的8～20％的铜体积含量复合板，填补了超薄铜层复合板的空白。
在本发明中，所述铜铝温轧复合板中铜层的厚度为0.001～0.180mm，第一含铝板层和第二含铝板层的厚度独立为1.325～3.499mm。
本发明提供了上述方案所述铜铝温轧复合板在制备5G基站滤波器中的应用。本发明对所述应用的方式没有特殊要求，采用本领域熟知的应用方式即可。
下面结合实施例对本发明提供的铜铝温轧复合板及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种铜铝复合板，采用以下步骤：将2.6mm厚的T2铜板带与加热的4.5mm厚1060铝板带基材进行第一温轧复合，共进行一道次热轧(1060铝合金板带基材的液相线温度是657℃，1060铝合金板带的加热温度选定为545℃，T2铜板带的温度为400℃)，轧制速度为3m/min，道次加工率为45％，制得总厚度为3.9mm板材坯料，然后进行退火处理，退火处理的温度为350℃，时间为10h，保护气体是体积比为2:3的N2和H2的混合气体，混合气体流量为50m3/h，退火处理后再进行室温冷轧，共进行一道次冷轧，轧制速度为200m/min，道次加工率23％，即得3.0mm厚的铜铝温轧复合板。得到的铜铝温轧复合板中铜层厚度为1.0±0.1mm，厚度比为33％，铜铝温轧复合板带的抗拉强度190MPa，延伸率12％，剥离强度18.9N/mm，剪切强度110±10MPa。
实施例2
一种铜铝温轧复合板的生产方法，采用以下步骤：将刷辊抛光后的0.15mm厚的T2铜板带与加热的4mm厚5052铝合金板带基材进行第一温轧复合，共进行一道次热轧(5052铝合金板带基材的液相线温度为649℃，加热温度为500℃，T2铜板带的温度为350℃)，轧制速度为4m/min，道次加工率为20％，制得总厚度为3.3mm板材坯料，然后进行退火处理，退火处理的温度为400℃，时间为8h，保护气体是体积比为2:3的N2和H2的混合气体，流量为100m3/h，退火处理后再进行室温冷轧，共进行一道次冷轧，轧制速度为10m/min，道次加工率15％，即得2.8mm厚的铜铝温轧复合板。得到的铜铝温轧复合板中铜层厚度为0.09～0.10mm，厚度比为3.5％，铜铝温轧复合板带的抗拉强度200MPa，延伸率13％，剥离强度17N/mm，铝合金表面显微硬度82HV0.3。
实施例3
一种铜铝温轧复合板的生产方法，采用以下步骤：将刷辊抛光后的0.2mm厚的T2铜板带与加热的6mm厚1050铝板带基材进行第一温轧复合(1050铝板带的液相线温度为657℃,铝带加热温度为505℃，T2铜板带的温度为300℃)，轧制速度为5m/min，道次加工率为45％，制得总厚度为3.4mm板材坯料；将5.5mm厚的5052合金板带置于所述板材坯料中1050铝板带的表面，板材坯料和1050铝板带的温度为常温，轧辊温度为150℃，进行第二常温轧制复合，分别按照38％、36％和25％道次加功率，加工获得2.6mm板材。然后进行退火处理，退火处理的温度为300℃，时间为15h，保护气体是体积比为2:3的N2和H2的混合气体，流量30m3/h，退火处理后再进行室温冷轧，轧制速度为300m/min，道次加工率25％，得到1.95±0.05mm厚的铜铝温轧复合板。得到的铜铝温轧复合板中铜层厚度比为1.0％，铜铝温轧复合板带的抗拉强度210MPa，延伸率13％，剥离强度16N/mm，显微硬度85HV0.3。
对比例1
与实施例1的不同之处仅在于将第一温轧复合改为室温轧制复合，即1060铝合金板带和T2铜板带均不进行加热，在室温下进行轧制，其余同实施例1。得到的铜铝温轧复合板中铜层厚度为1.0±0.1mm，厚度比为33％，铜铝温轧复合板带的抗拉强度190MPa，延伸率12％，剥离强度13N/mm，剪切强度60±10MPa(小于实施例1的剪切强度)。
由实施例1和对比例1的结果可知，本发明通过采用第一温轧得到的铜铝复合板的剪切强度和剥离强度远远大于室温轧制复合得到的铜铝复合板，说明第一温轧有利于提高复合强度。
由以上实施例和对比例可知，本发明制备的铜铝温轧复合板复合率高、复合强度好，可以获得极薄覆铜层。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种铜铝温轧复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将铜板带置于加热的第一含铝板带的表面，在保护条件下进行第一温轧复合，得到板材坯料；所述第一含铝板带为纯铝板带或铝合金板带；所述第一温轧复合第一道次的加工率为20~45%；所述第一温轧复合的总变形量为25~75%；所述第一含铝板带的加热温度为其液相线以下70~260℃，所述第一温轧复合时铜板带的温度为180~580℃；
将所述板材坯料依次进行退火和冷轧，得到铜铝温轧复合板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一温轧复合的轧制速度为0.5~10m/min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，进行退火前，还包括：将第二含铝板带置于所述板材坯料中第一含铝板带的表面，将所述板材坯料与第二含铝板带进行第二常温轧制复合；所述第二含铝板带为纯铝板带、铝合金板带或者铜铝复合板带。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述退火在保护气体的保护下进行，所述保护气体为N2和H2的混合气体，所述N2和H2的体积比为2:3，所述保护气体的流量30~100m3/h。
5.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为300~400℃，保温时间为8~15h。
6.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述冷轧的道次加工率为15~35%，所述冷轧的速度为10~300m/min，所述冷轧总的变形量为15~99%。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜板带的厚度为0.1~4.0mm，所述第一含铝板带的厚度为1~10mm。
8.权利要求1~7任一项所述制备方法制备得到的铜铝温轧复合板，包括第一含铝板层和位于所述第一含铝板层表面的铜层；所述第一含铝板层为纯铝板层或铝合金板层。
9.根据权利要求8所述的铜铝温轧复合板，其特征在于，还包括位于所述第一含铝板层表面的第二含铝板层；所述第二含铝板层为纯铝板层、铝合金板层或者铜铝复合板层。
10.权利要求8或9所述铜铝温轧复合板在制备5G基站滤波器、转换材料或金具材料中的应用。
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