CN114453452A - 一种膨胀合金包铜复合线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，本发明的制备方法通过对原有的膨胀合金包铜复合材料制备工艺进行改进，通过热镶嵌法实现过盈装配，并辅以旋锻、热轧及冷拉拔技术，制备出了具有气密性能好、界面结合强度高、铜芯尺寸分布均匀的膨胀合金包铜复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃密封封接材料技术领域，尤其是，本发明涉及一种膨胀合金包铜复合线的制备方法。
背景技术
随着电子工业的持续发展，对一些电子器件产品使用的封接合金提出了更高的要求，既要求其具有高导电性和高导热性，又要求其具有能与玻璃、陶瓷进行良好封接的性能。膨胀合金包铜复合材料不仅保持了膨胀合金的良好封接性能，而且具有高气密性、高导电性和高导热性，是作为密封继电器、压缩机绝缘端子、锂电池盖组等产品较为理想的封接材料。
目前，膨胀合金包铜复合材料的制备工艺主要包含挤压、拉拔、热处理等工序，但产品质量较差，主要表现为头尾部的铜芯尺寸差异性较大，内外部材料的复合界面不均匀，气密性检测呈现漏气率较高的现象。因此这些加工方法存在以下不足之处：第一，复合锭坯挤压后，挤压棒材头尾部的铜芯尺寸存在差异性，且后续加工工艺无法消除；第二、棒材在后续拉拔过程中，强度较高的外部膨胀合金及强度较低的内部导电材料的金属流动不可控，会造成内外尺寸比例失衡及复合界面分离，导致产品出现较差的气密性。
为了解决上述问题，公告号为CN111167878B的发明专利公布了一种铜芯密封封接复合丝材的制备方法，该方法为先将机加工成圆台状的导电材料和机加工有圆台状通孔的玻璃密封封接材料在中间增加一层BAg72Cu焊接材料后过盈装配，得到挤压锭坯并进行真空封焊，然后依次进行等温挤压、加热矫直、旋锻、无酸洗磷化处理、冷拉拔和喷砂处理后得到复合丝材成品。采用这种加工方法可以减小头尾部的铜芯尺寸差异性，但是无法解决气密性差的问题。所以，这种加工方式会存在以下不足之处：第一，通过圆台状的导电材料与有圆台状通孔的膨胀合金过盈装配，对制备过程的控制精度要求很高，挤压后也很难保证头尾部的铜芯尺寸的均匀性；第二，由于膨胀合金材料的强度高，通常情况下热挤压的温度较高，但是中间增加BAg72Cu焊接材料的熔点低，制约了材料的热挤压温度，造成了热挤压过程材料挤压困难，并且使得各层的金属流动更不可控，会造成复合界面分离，无法保证产品的气密性。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种膨胀合金包铜复合线的制备方法。本发明对原有的膨胀合金包铜复合材料制备工艺进行改进，通过热镶嵌法实现过盈装配，并辅以旋锻、热轧及冷拉拔技术，制备出了具有气密性能好、界面结合强度高、铜芯尺寸分布均匀的膨胀合金包铜复合材料。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，包括以下步骤：
（1）将外层的膨胀合金锭坯进行机械加工，在中心处沿中轴线方向加工出一个等直径的通孔；
（2）根据外层的所述膨胀合金锭坯的尺寸大小，将内层铜材料机械加工成与所述通孔相应过盈量装配的铜棒；
（3）将所述铜棒热镶嵌到所述膨胀合金锭的所述通孔中，得到膨胀合金包铜锭坯；
（4）将所述膨胀合金包铜锭坯进行旋煅加工，然后进行第一次退火处理得到第一次处理材料；
（5）将所述第一次处理材料进行热轧加工，然后进行第二次退火处理得到第二次处理材料；
（6）将所述第二次处理材料进行酸洗处理得到第三次处理材料；
（7）将所述第三次处理材料进行冷拉拔加工至所需直径尺寸大小，并进行第三次退火处理；
所述热镶嵌、所述热轧加工、所述第一次退火处理、所述第二次退火处理和所述第三次退火处理均在保护气氛下进行。
其中，步骤（1）中膨胀合金锭坯可选为4J29、4J50、4J25、4J42、4J6、4J47、4J49、446中的任意一种。膨胀合金锭坯的直径优选为20～30mm，长度为500～1500mm。
相应地，步骤（2）中铜棒直径优选为5～15mm，长度为500～1500mm。
步骤（3）中热镶嵌的加热温度优选为850～950℃。
步骤（4）、（5）、（7）中的第一次退火处理、第二次退火处理和第三次退火处理的温度均可选为750～900℃，退火处理时间为1～3h。退火处理时使用氢气作为保护气氛。
优选地，步骤（4）中旋煅加工分多次进行，每道次变形量为15~25%，累计变形量为70~80%。之后在氢气保护气氛下进行退火处理。
步骤（5）中的热轧加工温度优选为850～950℃。进一步地，热轧加工分多次进行，每道次变形量为50~70%，累计加工至冷拉拔前复合线的直径尺寸，其中每道次热轧加工后均需要进行退火处理。加热及热轧过程和退火处理的保护气氛为氢气。
优选地，步骤（7）中冷拉拔加工分多次进行，每道次变形量为10~20%，累计变形量为20~30%。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：
（1）本发明的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法在保护气氛下将铜棒热镶嵌到膨胀合金锭的通孔中，可以确保界面不被氧化且洁净，且采用过盈配合的方式保证了界面的良好结合。
（2）本发明的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法采用旋锻的方式对热镶嵌后的膨胀合金包铜锭坯进行加工，使包覆层和芯层金属的塑性变形趋于一致，可以确保复合丝头尾部的铜芯尺寸的均匀性，避免了采用挤压方式需要大型工装设备的投入以及头尾部铜芯尺寸的不均匀性，且不需要增加中间焊料层，也不需要对锭坯进行真空封焊，减少了生产工序，有效提高了生产效率和成材率；通过大变形量旋锻加工以及退火处理，促进界面原子之间的扩散，形成了真正冶金结合，可以确保界面良好的结合性能。
（3）本发明的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法将旋锻并退火处理后的膨胀合金包铜棒进行大变形量的热轧加工，使包覆层和芯层金属的塑性变形趋于一致，可以确保复合线头尾部的铜芯尺寸的均匀性，且大变形量的热加工使界面原子之间形成更有效的界面结合。
（4）本发明的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法的冷拉拔的累计变形量为20～30%，确保了产品的外观质量，避免了冷拉拔道次过多和累计变形量过大造成复合界面分离的问题，且也保证了产品的气密性。
本发明的附加优点、目的以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。
本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
本发明实施例1提供一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，包括以下步骤：
（1）将直径为20mm、长度为500mm的外层4J50膨胀合金锭坯进行机械加工，在中心处沿中轴线加工出一个等直径5mm、长度500mm的通孔；
（2）根据外层4J50膨胀合金锭坯材料通孔的尺寸，将内层铜材料机械加工成具有相应装配过盈量的铜棒；
（3）在氢气气氛保护下，将外层4J50膨胀合金锭坯加热至950℃，然后将铜棒热镶嵌到4J50膨胀合金锭坯的通孔中，获得了4J50合金包铜锭坯；
（4）将热镶嵌后的4J50膨胀合金包铜锭坯进行旋锻加工，每道次变形量为15～25%，累计变形量为70.30%（线材外径为10.90mm（ε=70.30%）），然后在氢气气氛保护下进行退火处理，退火温度为750℃，时间3h；
（5）将旋锻并退火处理后的4J50膨胀合金包铜棒在氢气气氛保护下进行热轧加工，每道次变形量为50～70%（线材外径分别为7.70mm（ε=50.10%）、5.40mm（ε=50.80%）、3.80mm（ε=50.48%）、2.60mm（ε=53.19%）），累计加工至冷拉拔前复合线直径尺寸，即2.60mm，其中每道次热轧加工后均需在氢气气氛保护下进行退火处理，退火温度为750℃，时间3h；
（6）将热轧累计加工至冷拉拔前尺寸并退火处理后的4J50膨胀合金包铜复合线进行酸洗处理；
（7）将酸洗处理后的4J50膨胀合金包铜复合线进行冷拉拔加工，每道次变形量为10～20%，加工至所需直径尺寸2.30mm，并在氢气气氛保护下进行退火处理，退火温度为750℃，时间3h。
本发明实施例的制备工艺流程如图1所示，主要包括机械加工、热镶嵌、旋煅、退火、热轧、退火、酸洗、冷拉拔、退火工艺。
对本实施例制备的4J50膨胀合金包铜复合线成品的头、尾部进行了取样分析，头部铜芯直径尺寸为0.59mm，尾部铜芯直径尺寸为0.56mm，且头、尾部界面无分离或裂纹，界面结合良好。
实施例2
本发明实施例2提供一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，包括以下步骤：
（1）将直径为24mm、长度为1000mm的外层4J29膨胀合金锭坯进行机械加工，在中心处沿中轴线加工出一个等直径8mm、长度1000mm的通孔；
（2）根据外层4J29膨胀合金材料通孔的尺寸，将内层铜材料机械加工成具有相应装配过盈量的铜棒；
（3）在氢气气氛保护下，将外层4J29膨胀合金锭坯加热至900℃，然后将铜棒热镶嵌到4J29膨胀合金的通孔中，获得了4J29膨胀合金包铜锭坯；
（4）将热镶嵌后的4J29膨胀合金包铜锭坯进行旋锻加工，每道次变形量为15～25%，累计变形量为75.00%（线材外径为12.00mm（ε=75.00%）），然后在氢气气氛保护下进行退火处理，退火温度为850℃，时间1.5h；
（5）将旋锻并退火处理后的4J29合金包铜棒在氢气气氛保护下进行热轧加工，每道次变形量为50～70%（线材外径分别为7.50mm（ε=60.94%）、4.70mm（ε=60.73%）、3.00mm（ε=59.26%）、1.90mm（ε=59.89%）），累计加工至冷拉拔前复合线直径尺寸，即1.90mm，其中每道次热轧加工后均需在氢气气氛保护下进行退火处理，退火温度为850℃，时间1.5h；
（6）将热轧累计加工至冷拉拔前尺寸并退火处理后的4J29膨胀合金包铜复合线进行酸洗处理；
（7）将酸洗处理后的4J29膨胀合金包铜复合线进行冷拉拔加工，每道次变形量为10～20%，加工至所需直径尺寸1.60mm，并在氢气气氛保护下进行退火处理，退火温度为850℃，时间1.5h。
对本实施例制备的4J29合金包铜复合线成品的头、尾部进行了取样分析，头部铜芯直径尺寸为0.55mm，尾部铜芯直径尺寸为0.52mm，且头、尾部界面无分离或裂纹，界面结合良好。
实施例3
本发明实施例3提供一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，包括以下步骤：
（1）将直径为30mm、长度为1500mm的外层446膨胀合金锭坯进行机械加工，在中心处沿中轴线加工出一个等直径15mm、长度1500mm的通孔；
（2）根据外层446膨胀合金材料通孔的尺寸，将内层铜材料机械加工成具有相应装配过盈量的铜棒；
（3）在氢气气氛保护下将外层446膨胀合金锭坯加热至850℃，然后将铜棒热镶嵌到446膨胀合金的通孔中，获得了446膨胀合金包铜锭坯；
（4）将热镶嵌后的446膨胀合金包铜锭坯进行旋锻加工，每道次变形量为15～25%，累计变形量为79.75%（线材外径为13.50mm（ε=79.75%）），然后在氢气气氛保护下进行退火处理，退火温度为900℃，时间1h；
（5）将旋锻并退火处理后的446膨胀合金包铜棒在氢气气氛保护下进行热轧加工，每道次变形量为50～70%（线材外径分别为7.40mm（ε=69.95%）、4.10mm（ε=69.30%）、2.30mm（ε=68.53%）），累计加工至冷拉拔前复合线直径尺寸，即2.30mm，其中每道次热轧加工后均需在氢气气氛保护下进行退火处理，退火温度为900℃，时间1h；
（6）将热轧累计加工至冷拉拔前尺寸并退火处理后的446膨胀合金包铜复合线进行酸洗处理；
（7）将酸洗处理后的446膨胀合金包铜复合线进行冷拉拔加工，每道次变形量为10～20%，加工至所需直径尺寸2.00mm，并在氢气气氛保护下进行退火处理，退火温度为900℃，时间1h。
对本实施例制备的446膨胀合金包铜复合线成品的头、尾部进行了取样分析，头部铜芯直径尺寸为1.02mm，尾部铜芯直径尺寸为0.99mm，且头、尾部界面无分离或裂纹，界面结合良好。
本发明实施例1~实施例3制备出的膨胀合金包铜复合线头、尾部的铜芯尺寸的均匀性良好，且头、尾部界面无分离或裂纹，界面结合良好。
本发明的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法通过热镶嵌法实现过盈装配，并辅以旋锻、热轧及冷拉拔技术，制备出了具有气密性能好、界面结合强度高、铜芯尺寸分布均匀的膨胀合金包铜复合材料。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将外层的膨胀合金锭坯进行机械加工，在中心处沿中轴线方向加工出一个等直径的通孔；
（2）根据外层的所述膨胀合金锭坯的尺寸大小，将内层铜材料机械加工成与所述通孔相应过盈量装配的铜棒；
（3）将所述铜棒热镶嵌到所述膨胀合金锭的所述通孔中，得到膨胀合金包铜锭坯；
（4）将所述膨胀合金包铜锭坯进行旋煅加工，然后进行第一次退火处理得到第一次处理材料；
（5）将所述第一次处理材料进行热轧加工，然后进行第二次退火处理得到第二次处理材料；
（6）将所述第二次处理材料进行酸洗处理得到第三次处理材料；
（7）将所述第三次处理材料进行冷拉拔加工至所需直径尺寸大小，并进行第三次退火处理；
所述热镶嵌、所述热轧加工、所述第一次退火处理、所述第二次退火处理和所述第三次退火处理均在保护气氛下进行。
2.根据权利要求1所述的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，其特征在于，所述热镶嵌的加热温度为850～950℃。
3.根据权利要求1所述的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，其特征在于，所述旋煅加工分多次进行，每道次变形量为15~25%，累计变形量为70~80%。
4.根据权利要求1所述的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，其特征在于，所述热轧加工温度为850～950℃。
5.根据权利要求4所述的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，其特征在于，所述热轧加工分多次进行，每道次变形量为50~70%，每道次热轧加工后均进行一次退火处理。
6.根据权利要求1所述的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，其特征在于，所述冷拉拔加工分多次进行，每道次变形量为10~20%，累计变形量为20~30%。
7.根据权利要求1所述的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，其特征在于，所述第一次退火处理、所述第二次退火处理和所述第三次退火处理的温度为750～900℃，时间为1～3h。
8.根据权利要求1所述的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，其特征在于，所述保护气氛为氢气。
9.根据权利要求1所述的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，其特征在于，所述膨胀合金锭坯直径为20～30mm，长度为500～1500mm。
10.根据权利要求9所述的一种膨胀合金包铜复合线的制备方法，其特征在于，所述铜棒直径为5～15mm，长度为500～1500mm。
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