CN113333496B - 一种铜铝复合材料的生产工艺 - Google Patents

Abstract

一种铜铝复合材料的生产工艺，首先将回收铝材在590‑610℃的熔炼炉中保温一段时间后，再加温至660‑665℃，使回收铝材闷化而形成铝液，铝液经静置、除气、过滤后流入复合区；铜带在导辊的作用下进入复合区与铝液接触，利用铝液的温度，在0.6‑1秒的时间内使铜带的表面产生微熔化；铜带及铝液经板型分布器后进入轧机，在轧制力的作用下使铜铝表面融合，形成单面或双面的铜铝复合材料。本发明的工艺更加精准地调整了某些关键参数，提高了铜铝复合材料的熔合深度和复合强度，增强了铜铝复合材料的机械性能。由于大量采用了二次回收的废铝线，本发明不但大幅度降低了采购成本和能源消耗，而且使废铝材得到了循环利用，减少了对环境的污染。

Description

一种铜铝复合材料的生产工艺

技术领域

本发明涉及复合材料生产领域，尤其是涉及一种铜铝复合材料的生产工艺。

背景技术

铜是一种具有优良导电导热性能的金属，广泛应用于各行各业。由于铜的密度较高，用铜制作的产品重量较重，这给铜产品的运输和使用带来了很大的不便。尤其是随着铜资源的严重短缺，使铜原料的采购成本居高难下。铝的导电导热性能仅次于铜的金属，虽然它的导电能力只有铜的三分之二，但密度只有铜的三分之一。因其重量较轻，常被电力工业和电子工业选用。尤其是铝资源丰富、储量大、分布广、价格低廉，只相当于铜价的四分之一，而且铝具有同样优良的耐腐蚀和柔韧性。而铜铝复合材料是一种新型的复合材料，其既有铜的导热性能好、导电率高，又具有铝的质轻、价钱低廉等长处，普遍用于电子、电力、新能源、锂电池、汽车工业等行业，满足了对其功能和经济的需求。由于传统的铜铝复合主要靠爆炸焊接、钎焊、摩擦焊、闪光焊等方法生产，不仅工艺落后、成品率低、质量不稳定，不能实现连续大面积复合，而且生产成本高。

中国专利文献公开的“一种铝与铜复合金属板带的生产方法”（CN101758071A），是将半固态的铝或铝合金与固态的铜板带进行无氧连续铸轧，制得铝与铜复合金属板带。具体步骤是：将温度为690-820℃的铝液静置5-10分钟，浇入预热的铸嘴中，浇铸出的铝液经冷却结晶成半固态，铜板带经酸洗脱脂处理，之后再通过打磨辊进行单面在线打磨，打磨至该面无氧化层，打磨完毕后将铜板带在线加热至230-250℃，将所述半固态的铝与铜板带的打磨面接触，进行无氧连续铸轧，得到铝与铜复合金属板带。根据该专利文献记载，采用该方法获得的铝与铜复合板带解决了铝的氧化问题，复合强度高，铝与铜的结合强度达≥100Mpa。但是在该生产方法中，铝液的温度要求达到690-820℃，远高于铝的熔点温度（660.4℃），由于其是靠增加铝液温度和化学处理来达到复合目的的，严重破坏了金属的自身结构和化学成分，并且污染环境、成品率低（只达40%左右），在后期的加工生产中仍然会存在冲孔易分层起泡、折弯开裂脱落等问题，致使成本增加、能源消耗加大。另外，铜板带需经酸洗脱脂处理，在线打磨、在线加热等工序，不仅生产工艺复杂，还存在生产效率低的问题。

中国专利文献公开的“一种铜铝双金属复合板带的生产工艺”（CN103143565B），是本申请人早期申请的发明专利，在该专利中将铝锭低温熔化后直接与铜板带复合，连续轧制出铜铝双金属复合板带。具体步骤是：将660-689℃的铝液静置5-10分钟，经除气、过滤后进入复合区与铜带直接接触0.8-1.2秒，经2.1-5.8秒的轧制时间，轧制出熔合深度≥0.13mm,轧制力为1000-1500KN的双金属复合板带。采用该工艺生产的铜铝双金属复合板带是将纯铝锭用天燃气溶化后直接与铜板带复合，解决了铜铝复合板带工艺繁杂，易产生污染物的问题。该复合板带的复合强度达到了150MPa，在500℃时撕不开。由于其使用的原材料是纯铝锭，就注定了其工艺要想把铝锭熔化为适合复合的铝液时，就必须将温度加热到超出铝的熔点温度才行，这就造成了工艺成本高、熔化速度慢，天燃气能源消耗大等问题。

目前在市面上存在大量的回收铝丝、回收铝线等回收铝材，价格低廉。如果将其重新熔炼成铝锭，然后再用来生产铜铝复合材料则会造成大量的能源浪费。因此，需要一种新的铜铝复合材料的生产工艺，以降低能源消耗。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种铜铝复合材料的生产工艺，其目的在于：降低能源消耗，提高铜铝复合材料的生产效率，降低生产成本。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种铜铝复合材料的生产工艺，首先将回收铝材在590-610℃的熔炼炉中保温一段时间后，再加温至660-665℃，使回收铝材闷化而形成铝液，铝液经静置、除气、过滤后流入复合区；铜带在导辊的作用下进入复合区与铝液接触，利用铝液的温度，在0.6-1秒的时间内使铜带的表面产生微熔化；铜带及铝液经板型分布器后进入轧机，在轧制力的作用下使铜铝表面融合，形成单面或双面的铜铝复合材料。

进一步地改进技术方案，回收铝材在熔炼炉内的保温时间为25-35min。

进一步地改进技术方案，所述轧机的轧制速度为500-1500mm/min。

进一步地改进技术方案，所述轧机的轧制力为1000-1600KN。

进一步地改进技术方案，在轧制时，铜铝表面瞬间熔合的时间为2-6秒。

进一步地改进技术方案，铝液的静置时间为5-10min。

进一步地改进技术方案，所述铜铝复合材料的熔合深度≥0.15mm。

进一步地改进技术方案，所述铜铝复合材料的复合强度为155-165MPa。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明将回收的废铝线经低温闷化后形成铝液，然后直接与铜带进行轧制复合，使铜铝原子相互渗透扩散形成一体，熔合深度大于0.15mm，复合强度达到155MPa以上。由本工艺生产的铜铝复合材料，在550℃高温下撕不开，常温下冲压不分层，折弯180度不起皱、不开裂，打孔攻丝不滑丝，真正达到合二为一的效果。

由于原材料大量采用了二次回收的废铝线，不但大幅度降低了采购成本，而且使废铝材得到了循环利用，减少了对环境的污染。进一步的，由于大幅减少了对新冶炼铝锭的使用，因此能够大幅降低因冶炼铝锭而产生的能源消耗。

本发明的工艺能够在较低的能源消耗下实现铝材的熔化，相比现有工艺，在同等条件下，天然气的消耗量降低了30-35%，每年能够节约150万元。

本发明更加精准地调整了某些关键参数，提高了铜铝复合材料的熔合深度和复合强度，增强了铜铝复合材料的机械性能。

本发明适当缩短了铜带与铝液的接触时间。在大量的生产实践中发现，适当缩短接触时间有助于提高铜铝复合材料的熔合深度和复合强度，这是与公知常识相悖的，具有创造性。

具体实施方式

下面来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

实施例1：

首先将回收铝线清洗、干燥后装入天燃气熔炼炉中，将熔炼炉升温至590℃，保温35分钟，再加温至665℃，使回收铝线在略高于熔点的状态下完全闷化，形成铝液。将铝液放入静置炉中，静置10分钟后直接放出，经在线除气、过滤后流入复合区。取厚度为2.8mm的纯铜带，经导辊直接进入复合区与铝液接触，利用铝液的温度，在长度为1秒的时间内使铜带的表面产生微熔化。铜带及铝液经板型分布器后进入轧机，轧机的轧制速度为500mm/min。在1600KN轧制力的作用下，经过时长为6秒的表面瞬间熔合，轧制出厚度为20mm的单面铜铝复合板，该复合板的复合强度为165MPa。

实施例2：

首先将回收铝线清洗、干燥后装入天燃气熔炼炉中，将熔炼炉升温至610℃，保温25分钟，再加温至660℃，使回收铝线在略高于熔点的状态下完全闷化，形成铝液。将铝液放入静置炉中，静置5分钟后直接放出，经在线除气、过滤后流入复合区。取两条厚度均为0.1mm的纯铜带，经导辊直接进入复合区与铝液接触，利用铝液的温度，在长度为0.6秒的时间内使铜带的表面产生微熔化。铜带及铝液经板型分布器后进入轧机，轧机的轧制速度为1500mm/min。在1000KN轧制力的作用下，经过时长为2秒的表面瞬间熔合，连续轧制出厚度为3mm的铝基双面复铜复合带，该复合带的复合强度为155MPa。

实施例3：

首先将回收铝线装入天燃气熔炼炉中，将熔炼炉升温至600℃，保温30分钟，再加温至661℃，使回收铝线在略高于熔点的状态下完全闷化，形成铝液。将铝液放入静置炉中，静置8分钟后直接放出，经在线除气、过滤后流入复合区。取厚度为0.5mm的纯铜带，经导辊直接进入复合区与铝液接触，利用铝液的温度，在长度为0.8秒的时间内使铜带的表面产生微熔化。铜带及铝液经板型分布器后进入轧机，轧机的轧制速度为1200mm/min。在1400KN轧制力的作用下，经过时长为3秒的表面瞬间熔合，轧制出厚度为6mm的单面铜铝复合带材，该复合带材的复合强度为157MPa。

实施例4：

首先将回收铝线装入天燃气熔炼炉中，将熔炼炉升温至605℃，保温30分钟，再加温至663℃，使回收铝线在略高于熔点的状态下完全闷化，形成铝液。将铝液放入静置炉中，静置7分钟后直接放出，经在线除气、过滤后流入复合区。取两条厚度均为1.2mm的纯铜带，经导辊直接进入复合区与铝液接触，利用铝液的温度，在长度为1秒的时间内使铜带的表面产生微熔化。铜带及铝液经板型分布器后进入轧机，轧机的轧制速度为900mm/min。在1600KN轧制力的作用下，经过时长为5秒的表面瞬间熔合，连续轧制出厚度为13mm的铝基双面复铜复合带，该复合带的复合强度为160MPa。

未详述部分为现有技术。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种铜铝复合材料的生产工艺，其特征是：首先将回收铝材在590℃的熔炼炉中保温一段时间后，再加温至665℃，使回收铝材闷化而形成铝液，铝液经静置、除气、过滤后流入复合区；铜带在导辊的作用下进入复合区与铝液接触，利用铝液的温度，在1秒的时间内使铜带的表面产生微熔化；铜带及铝液经板型分布器后进入轧机，在轧制力的作用下使铜铝表面熔合，形成单面或双面的铜铝复合材料；

所述回收铝材在熔炼炉内的保温时间为35min；

所述轧机的轧制速度为500mm/min；

轧制时，铜铝表面瞬间熔合的时间为6秒；

所述轧机的轧制力为1600KN；

所述铜铝复合材料的熔合深度≥0.15mm。

2.如权利要求1所述的一种铜铝复合材料的生产工艺，其特征是：铝液的静置时间为10min。

3.如权利要求1所述的一种铜铝复合材料的生产工艺，其特征是：所述铜铝复合材料的复合强度为165MPa。