CN116497206A - 一种复合材料选择性热处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合材料选择性热处理设备，包括放卷装置、工作辊、收卷装置、加热模块、前调压辊和后调压辊；所述复合材料的待高温热处理面朝向加热模块，所述复合材料经放卷装置放卷，再绕前调压辊进入工作辊和加热装置之间，经过选择性热处理后，绕后调压辊进入收卷装置。采用本发明设备对复合材料实施热处理的过程中，复合材料需要高温热处理的面向上，通过调节压辊压下量、加热温度等参数，实现只对复合材料一定厚度范围内进行相应的热处理，而其余厚度范围内的材料各项性能保持不变，解决了部分复合材料在传统的热处理方式下工艺复杂和复层材料性能难以保证的问题。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料热处理领域，具体是一种复合材料选择性热处理设备。
背景技术
复合材料主要可分为结构复合材料和功能复合材料两大类，结构复合材料是作为承力结构使用的材料，基本上由能承受载荷的增强体组元与能连接增强体成为整体材料同时又起传递力作用的基体组元构成；功能复合材料一般由功能体组元和基体组元组成，基体不仅起到构成整体的作用，而且能产生协同或加强功能的作用，功能体可由一种或多种功能材料组成。功能复合材料应用广泛，在航空航天、汽车工业、机械制造、医疗器件、建筑材料、电力传输等领域都有广泛应用。
在电接触材料领域，银基功能复合材料在诸多用电场景中都有应用，例如墙壁开关、接触器、断路器、温控器、继电器等。为了获得更加优异的电接触性能和塑性成型性能，部分复合材料在制备过程中或者成型后需要进行热处理，目前通常采用的热处理方式是整体退火处理，例如连续光亮退火、电阻炉整体退火等，在此过程中，由于复合材料功能组元和基体组元之间熔点、加工硬化程度、延伸系数、热膨胀系数等方面的差异，采用传统的单一温度热处理方式无法获得理想的效果，导致部分复合材料会出现应力性裂纹、带材平整度差、塑性加工过程中易断裂、加工效率低等缺陷。
以电接触领域典型的复合材料为例，AgSnO2(12)/Ag/BAg15CuP三层复合材料在交流接触器领域具有广泛的应用，其中AgSnO2(12)为电接触材料层，Ag为过渡层，BAg15CuP为焊接层，通常的加工方式有两种，第一种方式是先将AgSnO2(12)/Ag材料冲制成触头片，然后配置合适规格的BAg15CuP片，两层叠加放置在石墨板表面，在保护气氛条件下，在加热炉中加热至BAg15CuP熔点以上的温度，使BAg15CuP熔化后附着在AgSnO2(12)/Ag触头片的表面；第二种方式为将AgSnO2(12)/Ag加工成复合带材，然后与BAg15CuP带材配对，采用加热熔化的方式或者轧制复合的方式将两层带材制备成为AgSnO2(12)/Ag/BAg15CuP三层复合材料，然后经过轧制和冲制制备成片状电触头，或者采用纵剪和型轧的方式制备成为带状电触头。其中采用第二种方式加工至AgSnO2(12)/Ag/BAg15CuP三层复合材料后，需要对AgSnO2(12)/Ag/BAg15CuP复合材料进行热处理，方可保证复合材料在后续的塑性加工过程中（轧制、冲制、纵剪、型轧）不会出现应力性裂纹。其中AgSnO2(12)/Ag材料熔点为960℃，BAg15CuP材料熔点为645~705℃，两者熔点相差较大，传统的做法是选择600℃以下的退火温度，但是无法充分消除AgSnO2(12)层的加工硬化，导致AgSnO2(12)/Ag/BAg15CuP复合材料加工困难，成材率偏低。
其它常见的电接触领域用复合材料，例如4J29/AgCu15、AgCdO15/Cu/Fe和AgNi10/QSn6.5-0.1等，由于不同复层材料之间的熔点、加工硬化程度、延伸系数、热膨胀系数等方面的差异，同样存在复合材料塑性加工困难的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种复合材料选择性热处理设备,本发明所采取的技术方案如下：
一种复合材料选择性热处理设备，包括放卷装置、工作辊、收卷装置、加热模块、前调压辊和后调压辊；所述加热模块和工作辊的位置相配合使二者之间存在加热区间，所述复合材料的待处理面朝向所述加热模块，经放卷装置放卷，复合材料绕前调压辊进入工作辊和加热装置之间的加热区间，经过加热区间处理后，所述复合材料绕后调压辊进入收卷装置。
所述放卷装置、工作辊、收卷装置、加热模块、前调压辊和后调压辊工作中心位于同一平面内。
所述放卷装置和收卷装置收放料采用主动动力和恒张力控制方式，张力参数可调整。
所述前调压辊和后调压辊的位置具备单独调节功能，通过调整前调压辊和后调压辊与工作辊的相对位置，实现复合材料与工作辊之间热传导效率的控制。
所述加热模块包括加热装置、气氛保护装置、温度控制装置中的一种或几种。其中加热装置、气氛保护装置、温度控制装置均可在市场上购置得到，或通过现有的电阻加热、红外加热等技术手段进行加热。
所述工作辊采用固定式、主动动力转动式、被动动力转动式中的一种或几种。
所述工作辊为中空结构，工作辊内部配置冷却系统对复合材料与工作辊接触的一侧进行间接冷却，以控制复合材料与工作辊接触的一侧的热处理温度，冷却介质为水或者液氮，冷却介质流量可调。
所述工作辊表面为平面或者异型结构，与复合材料的截面形状相匹配。所述放卷装置、工作辊、收卷装置、加热模块、前调压辊和后调压辊构成一组工作单元，所述复合材料选择性热处理设备包括若干组工作单元。
本发明的有益效果如下：
1、本发明提供的设备可适用复合材料实现选择性热处理的处理方式，使不同的复层材料实现力学性能的优选。复合材料采用传统的整体热处理工艺，能够选择的热处理温度和热处理方式严重受限，由于需要考虑多层材料的性能，部分层面的材料无法获得最佳的热处理效果；采用本发明的热处理设备对复合材料不同层实施异温热处理，可以获得最佳的热处理效果，彻底消除加工硬化，避免复合材料由于应力残留而导致的塑性加工困难。
2、控制方式简单，适合大批量生产。通过调节前后调压辊位置、加热温度、收放卷速度、收放卷张力、工作辊冷却介质流量等参数，复合材料热处理过程可以实现不同层之间的异温热处理，操作和控制方式简单，对操作人员的专业技能要求低，容易实现大批量生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明结构示意图；
图中，11：放卷装置，12：工作辊，13、收卷装置，14-加热模块，15-前调压辊，16-后调压辊，101-热处理前的复合带材，102-热处理后的复合带材。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。
实施例一：
AgSnO2(12)/Ag/BAg15CuP三层复合材料选择性热处理实例。
退火前的AgSnO2(12)/Ag/BAg15CuP三层复合材料AgSnO2(12)面向外收卷，装入复合材料选择性热处理设备放卷装置（11）中，通过前调压辊（15）后进入工作辊（12），AgSnO2(12)面向加热模块（14），BAg15CuP面贴合进入工作辊（12）凹形槽内部；加热模块（14）采用电阻加热方式，加热温度设置850℃，保护气氛选择氩气；工作辊（12）采用被动动力转动式，冷却介质选择水冷，冷却水流量1.5m3/min，工作辊（12）温度控制在300℃以下；退火后的AgSnO2(12)/Ag/BAg15CuP三层复合材料经过后调压辊（16）进入复合材料选择性热处理设备收卷装置（13）中；调整前调压辊（15）和后调压辊（16）位置，使AgSnO2(12)/Ag/BAg15CuP三层复合材料的BAg15CuP面与工作辊（12）紧密贴合防止退火过程中BAg15CuP层氧化，收卷速度设置0.2m/min，收放卷张力设置35kgf，完成AgSnO2(12)/Ag/BAg15CuP三层复合材料热处理。
实施例二：
4J29/AgCu15复合材料选择性热处理实例。
退火前的4J29/AgCu15复合材料4J29面向外收卷，装入复合材料选择性热处理设备放卷装置（11）中，通过前调压辊（15）后进入工作辊（12），4J29面向加热模块（14），AgCu15面贴合工作辊（12）工作面；加热模块（14）采用中频感应加热方式，加热温度设置1150℃，保护气氛选择氮气；工作辊（12）采用固定式，冷却介质选择液氮，冷却介质流量0.2m3/min，工作辊（12）温度控制在200℃以下；退火后的4J29/AgCu15复合材料经过后调压辊（16）进入复合材料选择性热处理设备收卷装置（13）中；调整前调压辊（15）和后调压辊（16）位置，使4J29/AgCu15复合材料的AgCu15面与工作辊（12）紧密贴合防止退火过程中AgCu15层氧化，收卷速度设置0.15m/min，收放卷张力设置50kgf，完成4J29/AgCu15复合材料热处理。
实施例三：
AgCdO(15)/Cu/Fe三层复合材料选择性热处理实例。
退火前的AgCdO(15)/Cu/Fe三层复合材料Fe面向外收卷，装入复合材料选择性热处理设备放卷装置（11）中，通过前调压辊（15）后进入工作辊（12），Fe面向加热模块（14），AgCdO(15)面贴合工作辊（12）上表面；加热模块（14）采用红外加热方式，加热温度设置650℃，保护气氛选择氩气；工作辊（12）采用主动动力转动式，工作辊（12）线速度与收卷速度相同，冷却介质选择水冷，冷却水流量0.5m3/min，工作辊（12）温度控制在300~350℃；退火后的AgCdO(15)/Cu/Fe三层复合材料经过后调压辊（16）进入复合材料选择性热处理设备收卷装置（13）中；调整前调压辊（15）和后调压辊（16）位置，使AgCdO(15)/Cu/Fe三层复合材料的AgCdO(15)面与工作辊（12）相对紧密贴合，收卷速度设置0.12m/min，收放卷张力设置60kgf，完成AgCdO(15)/Cu/Fe三层复合材料热处理。
实施例四：
Cu/Al复合材料选择性热处理实例。
退火前的Cu/Al复合材料Cu面向外收卷，装入复合材料选择性热处理设备放卷装置（11）中，通过前调压辊（15）后进入工作辊（12），Cu面向加热模块（14），Al面贴合放入工作辊（12）梯形凹槽内；加热模块（14）采用电阻加热方式，加热温度设置550℃，保护气氛选择氩气；工作辊（12）采用主动动力转动式，工作辊（12）线速度与收卷速度相同，冷却介质选择水冷，冷却水流量2.0m3/min，工作辊（12）温度控制在285℃；退火后的Cu/Al复合材料经过后调压辊（16）进入复合材料选择性热处理设备收卷装置（13）中；调整前调压辊（15）和后调压辊（16）位置，使Cu/Al复合材料的Al面与工作辊（12）相对紧密贴合，收卷速度设置0.5m/min，收放卷张力设置40kgf，完成AgCdOCu/Al复合材料热处理。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种复合材料选择性热处理设备，其特征在于：包括放卷装置（11）、工作辊（12）、收卷装置（13）、加热模块（14）、前调压辊（15）和后调压辊（16）；所述加热模块（14）和工作辊（12）的位置相配合使二者之间存在加热区间，所述复合材料的待处理面朝向所述加热模块（14），经放卷装置（11）放卷，复合材料绕前调压辊（15）进入工作辊（12）和加热模块（14）之间的加热区间，经过加热区间处理后，所述复合材料绕后调压辊（16）进入收卷装置（13）。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料选择性热处理设备，其特征在于：所述放卷装置（11）、工作辊（12）、收卷装置（13）、加热模块（14）、前调压辊（15）和后调压辊（16）工作中心位于同一平面内。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料选择性热处理设备，其特征在于：所述放卷装置（11）和收卷装置（13）收放料采用主动动力和恒张力控制方式。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料选择性热处理设备，其特征在于：所述前调压辊（15）和后调压辊（16）的位置具备单独调节功能。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料选择性热处理设备，其特征在于：所述加热模块（14）包括加热装置、气氛保护装置、温度控制装置中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种复合材料选择性热处理设备，其特征在于：所述工作辊（12）采用固定式、主动动力转动式、被动动力转动式中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种复合材料选择性热处理设备，其特征在于：所述工作辊（12）为中空结构，工作辊（12）内部配置冷却系统对复合材料与工作辊（12）接触的一侧进行间接冷却。
8.根据权利要求1所述的一种复合材料选择性热处理设备，其特征在于：所述工作辊（12）表面为平面或者异型结构，与复合材料的截面形状相匹配。
9.根据权利要求1所述的一种复合材料选择性热处理设备，其特征在于：所述放卷装置（11）、工作辊（12）、收卷装置（13）、加热模块（14）、前调压辊（15）和后调压辊（16）构成一组工作单元，所述复合材料选择性热处理设备包括若干组工作单元。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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