CN113477740A - 一种钛铜精密复合带卷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钛铜精密复合带卷及其制备方法，所述钛铜精密复合带卷包括基层和复合于基层单侧表面或双侧表面上的覆层；所述覆层采用的原料包括纯铜和铜合金中的至少一种；所述基层采用的原料包括纯钛和钛合金中的至少一种；所述基层的厚度为0.1‑1.0mm，所述覆层的厚度为0.01‑0.35mm。所述制备方法包括步骤S1、制备复合卷坯；步骤S2、首次退火；步骤S3、精密轧制；步骤S4、二次退火以及步骤S5、制备得到钛铜精密复合带卷。
Description
技术领域
本发明涉及金属复合带卷制备技术领域，具体涉及一种钛铜精密复合带卷及其制备方法。
背景技术
钛及钛合金材料具有密度低、比强度高和耐腐蚀等特性，在航空航天、海洋船舶、石油化工、能源、冶金和3C电子等领域被广泛应用。然而，钛材存在导电性差的缺陷。以纯钛为例，其在室温下的电阻率为4.87×10-7Ω·m。在金属中，纯铜的导电性较好，其在室温下的电阻率为1.75×10-8Ω·m，约为纯钛的3.6％。因此，设计一种兼顾钛材高比强度和铜材高导电性的钛铜叠层复合材料，将是一种极具前景的复合材料，可有效解决航空航天及3C电子等行业对材料减重和导电的双重需求。此外，将复合材料的铜层与铜导线连接满足导电需求，避免了使用钛材与铜导线连接产生的双金属腐蚀问题。
目前，制备钛铜复合材料的方法主要有爆炸复合、热轧复合以及爆炸与热轧结合使用。然而，爆炸复合过程中产生的高能冲击波容易恶化复合材料表面质量，且其界面呈锯齿状，不利于后续轧制减薄；热轧复合在轧制复合前加热坯料时，容易在坯料表面产生氧化膜，导致复合材料界面结合强度低。此外，上述三种复合工艺无法用于制备薄规格精密复合带卷。
综上所述，急需一种钛铜精密复合带卷及其制备方法以解决现有技术中存在的钛铜复合材料表面质量差和难以批量化稳定生产的问题。
发明内容
本发明第一目的在于提供一种钛铜精密复合带卷，具体技术方案如下：
一种钛铜精密复合带卷，包括基层和复合于基层单侧表面或双侧表面上的覆层；所述覆层采用的原料包括纯铜和铜合金中的至少一种；所述基层采用的原料包括纯钛和钛合金中的至少一种；所述基层的厚度为0.1-1.0mm，所述覆层的单层厚度为0.01-0.35mm。
优选的，所述纯钛包括TA1、TA2、TA3和TA4工业纯钛中的至少一种；所述钛合金包括TA8、TA9、TA10、TB5和TC4钛合金中的至少一种。
优选的，所述纯铜包括C10100～T12400(具体成分参考GB/T5231-2012)中的至少一种；所述铜合金包括C16200～C19910(具体成分参考GB/T5231-2012)中的至少一种。
本发明第二目的在于提供一种钛铜精密复合带卷的制备方法，具体技术方案如下：
一种钛铜精密复合带卷的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、制备复合卷坯
预处理后的基层原料卷和覆层原料卷经转向辊进入复合轧机进行室温(通常为5-35℃)复合轧制，经收卷后得到复合卷坯；其中，复合轧制的工艺条件为压下量30％-60％，轧制速度3-5m/min；所述预处理包括将基层原料卷和覆层原料卷分别进行酸洗；
步骤S2、首次退火
将步骤S1制得的复合卷坯进行首次退火处理，得到退火态复合卷坯；其中，首次退火采用氩气保护连续退火，具体工艺条件为退火温度700-900℃，跑带速度为1.5-5m/min，氩气流量为30-50m3/h；
步骤S3、精密轧制
将步骤S2制得的退火态复合卷坯进行室温(通常为5-35℃)精密轧制，得到冷轧态钛铜复合中间卷；其中，精密轧制的工艺条件为压下量控制在30％-90％，轧制速度为80-120m/min；
步骤S4、二次退火
将步骤S3制得的冷轧态钛铜复合中间卷进行二次退火处理，得到退火态钛铜精密复合带卷；其中，二次退火采用氩气保护连续退火，具体工艺条件为退火温度600-800℃，跑带速度5-15m/min，氩气流量为30-50m3/h；
步骤S5、若退火态钛铜精密复合带卷的厚度大于目标厚度，则需要重复步骤S3-S4直至退火态钛铜精密复合带卷达到目标厚度；
若退火态钛铜精密复合带卷的厚度等于目标厚度，则作业完成。
优选的，在步骤S2和步骤S3之间还包括修边步骤，所述修边步骤具体是：将步骤S2制得的退火态复合卷坯的两侧边进行修边处理。
优选的，在步骤S3和步骤S4之间还包括脱脂步骤，所述脱脂步骤具体是：将步骤S3制得的冷轧态钛铜复合中间卷进行脱脂处理。
优选的，在步骤S1中，所述预处理还包括将酸洗后的基层原料卷和覆层原料卷分别置于开卷机上，开卷后，基层原料卷和覆层原料卷分别经刷辊刷洗表面。
优选的，步骤S3精密轧制采用的设备为20辊森吉米尓轧机。
优选的，在步骤S5之后，还包括步骤S6，所述步骤S6具体是：将步骤S5制得的退火态钛铜精密复合带卷经拉矫和修边后制得成品钛铜复合带卷。
优选的，在步骤S6中，所述拉矫具体是采用拉矫机组对退火态钛铜精密复合带卷进行拉矫校平，控制延伸率为0.3％-0.4％；在步骤S6中，所述修边具体是采用纵剪机组切去拉矫后的钛铜精密复合带卷的边部不良区域。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
常规条件下，金属带卷表面由外至内可分为四层：吸附层、氧化层、过渡层和基体层。而吸附层(主要是油脂、灰尘和水汽等)和氧化层的存在会影响复合效果，降低复合带卷的品质。本发明中所述钛铜精密复合带卷制备方法，在步骤S1中的预处理包括将基层原料卷和覆层原料卷分别进行酸洗，去除基层原料卷、覆层原料卷表面油污和氧化层，并获得粗糙表面；此外，在步骤S1制备复合卷坯时，复合轧制在室温下进行，基层原料卷和覆层原料卷在进入复合轧机时表面不会产生影响复合效果的氧化层，基层原料卷和覆层原料卷在复合轧机极大的轧制压力(一般为10000-20000kN)下发生塑性变形并紧密贴合，进而实现冶金结合。本发明还通过步骤S2-S4，将较厚的复合卷坯制备成薄规格的精密复合带卷。相较于现有的爆炸复合、热轧复合以及爆炸与热轧复合三种钛铜复合材料制备方法，本发明提供的方法可批量化生产薄规格钛铜精密复合带卷，具有生产效率高、带卷板形好、表面质量优、界面结合强等优势，可操作性强，易于实现工业化生产，可大范围推广应用。
本发明中所述钛铜精密复合带卷制备方法，在步骤S1中的预处理还包括将酸洗后的基层原料卷和覆层原料卷分别经刷辊刷洗表面，进一步清理基层原料卷、覆层原料卷表面以获得粗糙的无污染的金属表面。本发明中酸洗和刷辊刷洗结合使用，不仅能够有效去除基层原料卷、覆层原料卷的吸附层和氧化层，提高复合效果，还能够增加基层原料卷、覆层原料卷的表面粗糙度，进一步提高复合效果。
从微观层面来看，基层与覆层之间的轧制复合(即界面冶金结合)分为两个阶段：首先，在极大轧制力的作用下，基层与覆层的表层金属破碎露出新鲜金属并相互接触，基层与覆层的表层金属原子间距逐渐缩小至晶格间距并形成金属键；其次，在变形热的作用下，相互接触的基层与覆层金属原子间发生互扩散，进而实现界面冶金结合。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例中制备复合卷坯的复合轧制生产线示意图；
其中，1、基层原料卷，2、覆层原料卷，3、开卷机R，4、开卷机G，5、开卷机T，6、刷滚K，7、刷滚M，8、刷滚N，9、转向辊A，10、转向辊B，11、转向辊C，12、四辊复合轧机，13、转向辊D，14、收卷机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
制备目标厚度为0.15mm的钛铜精密复合带卷，具体技术方案如下：
一种钛铜精密复合带卷，包括基层和复合于基层双侧表面上的覆层；所述覆层采用的原料卷为铬锆铜C18150，覆层原料卷厚度为0.16mm；所述基层采用的原料卷为TA4工业纯钛带卷，基层原料卷厚度为1.0mm；在成品钛铜精密复合带卷中，所述基层的厚度为0.12mm，所述覆层的单层厚度为0.015mm。
参见图1，一种所述的钛铜精密复合带卷的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、制备复合卷坯
将预处理后的基层原料卷1作为中间层，将预处理后的覆层原料卷2作为覆盖层，用于与基层复合，所述覆层原料卷2设置为两组且分别位于基层的下方和上方，所述覆层原料卷2分别经转向辊B10和转向辊C11后与基层原料卷1经转向辊A9进入四辊复合轧机12进行室温复合轧制，经转向辊D13后于收卷机14处收卷后得到总厚度0.75mm的复合卷坯；其中，复合轧制的工艺条件为压下量控制为43.2％，轧制速度为5m/min；所述预处理包括将基层原料卷1和覆层原料卷2分别进行酸洗，去除基层原料卷1、覆层原料卷2表面油污和氧化层，并获得粗糙表面；
步骤S2、首次退火
将步骤S1制得的复合卷坯进行首次退火处理，得到退火态复合卷坯；其中，首次退火采用氩气保护连续退火，具体工艺条件为退火温度720℃，跑带速度为2m/min，氩气流量为45m3/h；
步骤S3、精密轧制
将步骤S2制得的退火态复合卷坯在20辊森吉米尓轧机上分5道次进行室温精密轧制，得到总厚度0.32mm的冷轧态钛铜复合中间卷；其中，精密轧制的工艺条件为压下量控制在57.3％，轧制速度为100m/min；
步骤S4、二次退火
将步骤S3制得的冷轧态钛铜复合中间卷进行二次退火处理，得到退火态钛铜精密复合带卷；其中，二次退火采用氩气保护连续退火，具体工艺条件为退火温度720℃，跑带速度5.5m/min，氩气流量为45m3/h；
步骤S5、重复步骤S3-S4，其中步骤S3压下量控制在53.1％，步骤S4退火温度调整到610℃，跑带速度10m/min，得到总厚度0.15mm的退火态钛铜精密复合带卷，其中基层钛材的厚度为0.12mm，覆层铜的单层厚度为0.015mm；
在步骤S2和步骤S3之间还包括修边步骤，所述修边步骤具体是：在纵剪机组上将步骤S2制得的退火态复合卷坯的两长侧边各切去10mm，以去除退火态复合卷坯边沿潜在的微裂纹。
在步骤S3和步骤S4之间还包括脱脂步骤，所述脱脂步骤具体是：将步骤S3制得的冷轧态钛铜复合中间卷在连续脱脂机组进行脱脂处理，以去除冷轧态钛铜复合中间卷的表面油脂。
在步骤S1中，所述预处理还包括将酸洗后的基层原料卷1置于开卷机R3上、两组覆层原料卷2分别置于开卷机G4上和开卷机T5上；开卷后，将基层原料卷1经刷辊K6刷洗表面、两组覆层原料卷2分别经刷辊M7和刷辊N8刷洗表面，进一步清理基层原料卷1、覆层原料卷2表面以获得粗糙的无污染的金属表面。
在步骤S5之后，还包括步骤S6，所述步骤S6具体是：将步骤S5制得的退火态钛铜精密复合带卷经拉矫和修边后制得成品钛铜精密复合带卷。
在步骤S6中，所述拉矫具体采用23辊拉矫机组对退火态钛铜精密复合带卷进行拉矫校平，控制延伸率为0.4％；在步骤S6中，所述修边具体是采用纵剪机组切去拉矫后的钛铜精密复合带卷的边部不良区域。
在实施例中，步骤S1、S3和S5中记载的压下量值均通过以下计算式所得。该计算式为：压下量＝[(压前带卷总厚度-压后带卷总厚度)/压前带卷总厚度]×100％。
将实施例制得的成品钛铜精密复合带卷进行退火前、后的力学性能测试，具体结果如表1所示。
表1实施例所制备的成品钛铜精密复合带卷退火前、后的力学性能测试结果
| 测试状态 | 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 延伸率/％ |
| 退火前 | 759 | 687 | 5 |
| 退火后 | 626 | 528 | 15 |
由表1数据知，实施例所制备的成品钛铜精密复合带卷退火前、后均具有较好的综合力学性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种钛铜精密复合带卷，其特征在于，包括基层和复合于基层单侧表面或双侧表面上的覆层；所述覆层采用的原料包括纯铜和铜合金中的至少一种；所述基层采用的原料包括纯钛和钛合金中的至少一种；所述基层的厚度为0.1-1.0mm，所述覆层的单层厚度为0.01-0.35mm。
2.根据权利要求1所述的钛铜精密复合带卷，其特征在于，所述纯钛包括TA1、TA2、TA3和TA4工业纯钛中的至少一种；所述钛合金包括TA8、TA9、TA10、TB5和TC4钛合金中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的钛铜精密复合带卷，其特征在于，所述纯铜包括C10100～T12400中的至少一种；所述铜合金包括C16200～C19910中的至少一种。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的钛铜精密复合带卷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、制备复合卷坯
预处理后的基层原料卷和覆层原料卷经转向辊进入复合轧机进行室温复合轧制，经收卷后得到复合卷坯；其中，复合轧制的工艺条件为压下量30％-60％，轧制速度3-5m/min；所述预处理包括将基层原料卷和覆层原料卷分别进行酸洗；
步骤S2、首次退火
将步骤S1制得的复合卷坯进行首次退火处理，得到退火态复合卷坯；其中，首次退火采用氩气保护连续退火，具体工艺条件为退火温度700-900℃，跑带速度为1.5-5m/min，氩气流量为30-50m3/h；
步骤S3、精密轧制
将步骤S2制得的退火态复合卷坯进行室温精密轧制，得到冷轧态钛铜复合中间卷；其中，精密轧制的工艺条件为压下量控制在30％-90％，轧制速度为80-120m/min；
步骤S4、二次退火
将步骤S3制得的冷轧态钛铜复合中间卷进行二次退火处理，得到退火态钛铜精密复合带卷；其中，二次退火采用氩气保护连续退火，具体工艺条件为退火温度600-800℃，跑带速度5-15m/min，氩气流量为30-50m3/h；
步骤S5、若退火态钛铜精密复合带卷的厚度大于目标厚度，则需要重复步骤S3-S4直至退火态钛铜精密复合带卷达到目标厚度；
若退火态钛铜精密复合带卷的厚度等于目标厚度，则作业完成。
5.根据权利要求4所述的钛铜精密复合带卷的制备方法，其特征在于，在步骤S2和步骤S3之间还包括修边步骤，所述修边步骤具体是：将步骤S2制得的退火态复合卷坯的两侧边进行修边处理。
6.根据权利要求5所述的钛铜精密复合带卷的制备方法，其特征在于，在步骤S3和步骤S4之间还包括脱脂步骤，所述脱脂步骤具体是：将步骤S3制得的冷轧态钛铜复合中间卷进行脱脂处理。
7.根据权利要求6所述的钛铜精密复合带卷的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述预处理还包括将酸洗后的基层原料卷和覆层原料卷分别置于开卷机上，开卷后，基层原料卷和覆层原料卷分别经刷辊刷洗表面。
8.根据权利要求7所述的钛铜精密复合带卷的制备方法，其特征在于，步骤S3精密轧制采用的设备为20辊森吉米尓轧机。
9.根据权利要求8所述的钛铜精密复合带卷的制备方法，其特征在于，在步骤S5之后，还包括步骤S6，所述步骤S6具体是：将步骤S5制得的退火态钛铜精密复合带卷经拉矫和修边后制得成品钛铜复合带卷。
10.根据权利要求9所述的钛铜精密复合带卷的制备方法，其特征在于，在步骤S6中，所述拉矫具体是采用拉矫机组对退火态钛铜精密复合带卷进行拉矫校平，控制延伸率为0.3％-0.4％；在步骤S6中，所述修边具体是采用纵剪机组切去拉矫后的钛铜精密复合带卷的边部不良区域。
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