CN113026070A - 一种铜铝高温复合的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜铝高温复合的生产方法，包括以下步骤：步骤(1)、铜带表面处理；步骤(2)、电镀和毛化处理；步骤(3)、制备铝半固态浆料；步骤(4)、热处理和退火；步骤(5)、冷轧。本发明解决现有铜铝复合的制备方法得到的铜层比例低、造成铜铝复合材料难以制备的问题，还解决现有铜铝复合的铜层和铝层之间的剥离强度低的问题。

Description

一种铜铝高温复合的生产方法
技术领域
本发明涉铜铝复合材料技术领域，具体涉及一种铜铝高温复合的生产方法。
背景技术
铜铝复合材料是一种新型复合材料，其集中了铜、铝两种材料的特性，具有导电性好、重量轻、耐腐蚀性好，同时价格低廉等多种优异性能。目前应用最多的铜铝复合材料为层状铜铝复合材料，其常见的制备方法包括轧制法、挤压法、爆炸法。复合界面的性质对最终得到的材料的力学、电学性质及加工性能有显著的影响。
目前，铜铝复合板的生产主要采用液-固复合法。铜铝复合板的液-固复合法主要为复合铸造法、连续铸轧法，制备得到的铜铝复合板存在铜层和铝层之间的剥离强度较低，且铜层比例低(≤20％)；而铜层比例≥30％铜铝复合材料难以制备。
发明内容
本发明的目的是提供一种铜铝高温复合的生产方法，以解决上述问题。
本发明提供了如下的技术方案：一种铜铝高温复合的生产方法，包括以下步骤：
步骤(1)、表面清理
根据产品要求选取符合尺寸要求的铜带，将铜带浸泡在的除油液中除油，再用10％HCl水溶液酸洗，酸洗后用钢丝刷清理铜带待复合表面的氧化皮，接着对铜带进行烘干处理；
步骤(2)、电镀和毛化处理
将铜带置入电镀液内进行镀锌，形成表面具有镀锌层的镀锌铜带，使用打磨机将铜带待复合的一侧表面毛化，得到具有粗糙度的镀锌铜带毛坯；
步骤(3)、制备铝半固态浆料
将铝锭去除表面杂质后，在710～720℃条件下进行熔炼，形成铝液，再加入补充组分熔融，在700～750℃温度条件下精炼除气，将精炼除气后的熔融液在500～600℃下静置20～25min，再浇入预热后的铸嘴中，浇铸出的铝合金液体经冷却结晶，制成铝半固态的浆料；补充组分包括Fe 0.2～0.7％，Si 0.45～1.0％，Mn 0.05～0.2％，杂质组分≤0.02％，余量为Al；
步骤(4)、热处理和退火
将步骤(2)得到的镀锌铜带毛坯放入加热箱内预热至350～400℃，预热后放入到液压机的凹模型腔中，再将步骤(3)的铝半固态浆料浇注至凹模型腔中进行半固态复合；采用光亮退火炉进行退火，退火处理的温度为200℃～350℃，退火处理的时间为8h～12h；
步骤(5)、冷轧
退火后对得到的铜铝高温复合材料进行冷轧，冷轧温度为室温，冷轧的第一道次加工率≤35％，冷轧3个道次后采用分切设备对铜带进行分切，得到铜铝高温复合带。
作为上述方案进一步的描述
所述步骤(1)中除油液包括OP乳化剂2～4g/L、硅酸钠5～10g/L、碳酸钠20～30g/L和磷酸钠10～30g/L；在除油液中的浸泡温度为30～80℃，浸泡时间为10～30min。
作为上述方案进一步的描述
所述步骤(1)中酸洗时间为10～20min；钢丝刷在使用前先进行碱洗；烘干处理采用冷风烘干，冷风温度为20℃～40℃。
作为上述方案进一步的描述
所述步骤(2)中电镀液为含锌化合物、导电的盐类、缓冲剂和添加剂的混合物，镀锌铜带毛坯表面粗糙度为≥3μm。
作为上述方案进一步的描述
所述步骤(4)退火时采用气体保护措施，保护气体为氮气。
作为上述方案进一步的描述
所述铝锭的材料采用1系、3系、8系中的任意一种。
作为上述方案进一步的描述
所述冷轧的总变形量为25～35％。
本发明的有益效果：解决现有铜铝复合的制备方法得到的铜层比例低(≤20％)造成铜铝复合材料难以制备的问题，还解决现有铜铝复合的铜层和铝层之间的剥离强度低，抗拉强度低、延伸率低的问题，具体如下：
(1)本发明复合的铜层和铝层之间形成稳定、牢固铜/铝的金属共晶层，制备得到的铜铝高温复合的铜层和铝层之间具有良好的冶金复合，复合率达到100％，铜铝高温复合中铜复层厚度比30～50％，剥离强度为≥12N/mm；得到的复合产品具有铜的导电、导热性能好、接触电阻低和外表美观等优点，而且具有铝的质轻、耐腐蚀、经济等的优点；
(2)、本发明中将将铝锭去除表面杂质、熔炼并形成铝液，再加入补充组分熔融，经过精炼除气，冷却结晶，制成铝半固态的浆料，再与镀锌铜带毛坯在压力条件下冶金复合，采用这样的方式可以降低铝液的浇注温度，进行半固态浇注，有效减少铜铝之间的温度差；解决了直接将铝液与铜板进行复合时造成的结合界面层较厚、复合板强度低的问题，提高了铜铝复合带的强度；其延展性好，伸长率高，易于裁剪、钻孔、弯折。
(3)、本发明中轧制前进行退火处理，使得二者处于相匹配的软态，从而使得轧制过程中轧制力更多的用于增强界面结合，有效提高铜铝复合带深冲性能；
(4)、本发明对铜带待复合面进行毛化处理，适当的粗糙度有利于后续加工中复合金属层的扩散复合过程，更容易通过轧制中界面处的相对剪切变形产生牢固的物理咬合。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。以下实施例中，铜带、铝材、高温复合、退火、冷轧等设备和原料均可通过市售常规渠道获得。铜带为任意牌号的铜带，例如T2铜带。铝锭的材料为1系、3系、8系铝材。这些实施例中，冷轧的总变形量为25～35％。优选控制冷轧的第一道次加工率。
实施例1
本实施例中提供一种铜铝高温复合的生产方法，包括以下步骤：
步骤(1)、表面清理
根据产品要求选取符合尺寸要求的铜带，本实施例中，选取600mm宽3.5mm厚的T2铜带，将铜带浸泡在的除油液中除油，再用10％HCl水溶液酸洗，去除铜带表面的氧化膜和脏污物，保证铜带的导电性，酸洗时间为10min；酸洗后用钢丝刷清理铜带待复合表面的氧化皮，钢丝刷在使用前先进行碱洗，接着对铜带进行烘干处理，烘干处理采用冷风烘干，冷风温度为20℃；
前述除油液包括OP乳化剂2g/L、硅酸钠5g/L、碳酸钠20g/L和磷酸钠10g/L；在除油液中的浸泡温度为30℃，浸泡时间为10min。
步骤(2)、电镀和毛化处理
将铜带置入电镀液内进行镀锌，电镀液为含锌化合物、导电的盐类、缓冲剂和添加剂的混合物，形成表面具有镀锌层的镀锌铜带，使用打磨机将铜带待复合的一侧表面毛化，得到具有粗糙度的镀锌铜带毛坯，其表面粗糙度为≥3μm；
步骤(3)、制备铝半固态浆料
将铝锭去除表面杂质后，在710℃条件下进行熔炼，形成铝液，再加入补充组分熔融，在700℃温度条件下精炼除气，将精炼除气后的熔融液在500℃下静置22min，再浇入预热后的铸嘴中，浇铸出的铝合金液体经冷却结晶，制成铝半固态的浆料；补充组分包括Fe0.2％，Si 0.45％，Mn 0.05％，杂质组分≤0.02％，余量为Al；
步骤(4)、热处理和退火
将步骤(2)得到的镀锌铜带毛坯放入加热箱内预热至380℃，该预热温度可以提高复合率，预热后放入到液压机的凹模型腔中，再将步骤(3)的铝半固态浆料浇注至凹模型腔中进行半固态复合；采用光亮退火炉进行退火，退火时采用气体保护措施，保护气体为氮气，退火处理的温度为330℃，退火处理的时间为12h；
步骤(5)、冷轧
退火后对得到的铜铝高温复合材料进行冷轧，冷轧温度为室温，冷轧的第一道次加工率≤35％，冷轧的速度为80m/min，冷轧3个道次后采用分切设备对铜带进行分切，得到总厚度为3.5mm的铜铝复合带材，铜层厚度比例为40％，剥离强度为18N/mm。
实施例2
本实施例中提供一种铜铝高温复合的生产方法，包括以下步骤：
步骤(1)、表面清理
本实施例中选取650mm宽3.2mm厚的T2铜带，将铜带浸泡在的除油液中除油，再用10％HCl水溶液酸洗，酸洗时间为20min；酸洗后用钢丝刷清理铜带待复合表面的氧化皮，钢丝刷在使用前先进行碱洗，接着对铜带进行烘干处理，；烘干处理采用冷风烘干，冷风温度为40℃；
前述除油液包括OP乳化剂4g/L、硅酸钠10g/L、碳酸钠30g/L和磷酸钠30g/L；在除油液中的浸泡温度为80℃，浸泡时间为30min；
步骤(2)、电镀和毛化处理
将铜带置入电镀液内进行镀锌，形成表面具有镀锌层的镀锌铜带，使用打磨机将铜带待复合的一侧表面毛化，得到具有粗糙度的镀锌铜带毛坯；前述电镀液为含锌化合物、导电的盐类、缓冲剂和添加剂的混合物，镀锌铜带毛坯表面粗糙度为≥3μm；
步骤(3)、制备铝半固态浆料
将铝锭去除表面杂质后，在720℃条件下进行熔炼，形成铝液，再加入补充组分熔融，在730℃温度条件下精炼除气，将精炼除气后的熔融液在580℃下静置23min，再浇入预热后的铸嘴中，浇铸出的铝合金液体经冷却结晶，制成铝半固态的浆料；补充组分包括Fe0.5％，Si 1.0％，Mn 0.2％，杂质组分≤0.02％，余量为Al；
步骤(4)、热处理和退火
将步骤(2)得到的镀锌铜带毛坯放入加热箱内预热至350℃，预热后放入到液压机的凹模型腔中，再将步骤(3)的铝半固态浆料浇注至凹模型腔中进行半固态复合；采用光亮退火炉进行退火，退火处理的温度为330℃，退火处理的时间为10h；
步骤(5)、冷轧
退火后对得到的铜铝高温复合材料进行冷轧，冷轧温度为室温，冷轧的第一道次加工率≤35％，冷轧3个道次后采用分切设备对铜带进行分切，得到总厚度为3.8mm的铜铝复合带材，铜层厚度比例为35％mm，剥离强度为25N/mm。
实施例3
本实施例中提供一种铜铝高温复合的生产方法，包括以下步骤：
步骤(1)、表面清理
根据产品要求选取符合尺寸要求的铜带，将铜带浸泡在的除油液中除油，再用10％HCl水溶液酸洗，时间为10～20min；酸洗后用钢丝刷清理铜带待复合表面的氧化皮，接着对铜带进行烘干处理，烘干处理采用冷风烘干，冷风温度为20℃～40℃；
前述除油液包括OP乳化剂3g/L、硅酸钠7g/L、碳酸钠25g/L和磷酸钠15g/L；在除油液中的浸泡温度为50℃，浸泡时间为20min；
步骤(2)、电镀和毛化处理
将铜带置入电镀液内进行镀锌，电镀液为含锌化合物、导电的盐类、缓冲剂和添加剂的混合物，然后形成表面具有镀锌层的镀锌铜带，使用打磨机将铜带待复合的一侧表面毛化，得到具有粗糙度的镀锌铜带毛坯，表面粗糙度为≥3μm；
步骤(3)、制备铝半固态浆料
将铝锭去除表面杂质后，在710℃条件下进行熔炼，形成铝液，再加入补充组分熔融，在730℃温度条件下精炼除气，将精炼除气后的熔融液在550℃下静置23min，再浇入预热后的铸嘴中，浇铸出的铝合金液体经冷却结晶，制成铝半固态的浆料；补充组分包括Fe0.5％，Si 0.7％，Mn 0.1％，杂质组分≤0.02％，余量为Al；
步骤(4)、热处理和退火
将步骤(2)得到的镀锌铜带毛坯放入加热箱内预热至400℃，预热后放入到液压机的凹模型腔中，再将步骤(3)的铝半固态浆料浇注至凹模型腔中进行半固态复合；采用光亮退火炉进行退火，退火时采用气体保护措施，保护气体为氮气，退火处理的温度为350℃，退火处理的时间为10h；
步骤(5)、冷轧
退火后对得到的铜铝高温复合材料进行冷轧，冷轧温度为室温，冷轧的第一道次加工率≤35％，冷轧3个道次后采用分切设备对铜带进行分切，得到铜铝高温复合带，厚度为3.2mm，铜层厚度比例为50％，剥离强度为20N/mm。
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铜铝高温复合的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、表面清理
根据产品要求选取符合尺寸要求的铜带，将铜带浸泡在的除油液中除油，再用10％HCl水溶液酸洗，酸洗后用钢丝刷清理铜带待复合表面的氧化皮，接着对铜带进行烘干处理；
步骤(2)、电镀和毛化处理
将铜带置入电镀液内进行镀锌，形成表面具有镀锌层的镀锌铜带，使用打磨机将铜带待复合的一侧表面毛化，得到具有粗糙度的镀锌铜带毛坯；
步骤(3)、制备铝半固态浆料
将铝锭去除表面杂质后，在710～720℃条件下进行熔炼，形成铝液，再加入补充组分熔融，在700～750℃温度条件下精炼除气，将精炼除气后的熔融液在500～600℃下静置20～25min，再浇入预热后的铸嘴中，浇铸出的铝合金液体经冷却结晶，制成铝半固态的浆料；补充组分包括Fe 0.2～0.7％，Si 0.45～1.0％，Mn 0.05～0.2％，杂质组分≤0.02％，余量为Al；
步骤(4)、热处理和退火
将步骤(2)得到的镀锌铜带毛坯放入加热箱内预热至350～400℃，预热后放入到液压机的凹模型腔中，再将步骤(3)的铝半固态浆料浇注至凹模型腔中进行半固态复合；采用光亮退火炉进行退火，退火处理的温度为200℃～350℃，退火处理的时间为8h～12h；
步骤(5)、冷轧
退火后对得到的铜铝高温复合材料进行冷轧，冷轧温度为室温，冷轧的第一道次加工率≤35％，冷轧3个道次后采用分切设备对铜带进行分切，得到铜铝高温复合带。
2.根据权利要求1所述的铜铝高温复合的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)中除油液包括OP乳化剂2～4g/L、硅酸钠5～10g/L、碳酸钠20～30g/L和磷酸钠10～30g/L；在除油液中的浸泡温度为30～80℃，浸泡时间为10～30min。
3.根据权利要求1所述的铜铝高温复合的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)中酸洗时间为10～20min；钢丝刷在使用前先进行碱洗；烘干处理采用冷风烘干，冷风温度为20℃～40℃。
4.根据权利要求1所述的铜铝高温复合的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中电镀液为含锌化合物、导电的盐类、缓冲剂和添加剂的混合物，镀锌铜带毛坯表面粗糙度为≥3μm。
5.根据权利要求1所述的铜铝高温复合的生产方法，其特征在于，所述步骤(4)退火时采用气体保护措施，保护气体为氮气。
6.根据权利要求1所述的铜铝高温复合的生产方法，其特征在于，所述铝锭的材料采用1系、3系、8系中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的铜铝高温复合的生产方法，其特征在于，所述冷轧的总变形量为25～35％。
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