CN117328008A - 一种大气环境下铜钢复合板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大气环境下铜钢复合板的制备方法，步骤为：步骤一、对带钢进行预处理；步骤二、采用电弧喷涂方法，通过喷涂系统在带钢表面喷涂一层均匀致密铜金属层；步骤三、完成带钢的双面喷涂铜粉；步骤四、将喷涂后的带钢置于还原性气氛炉内进行热处理，包括脱气及干燥处理；步骤五、热处理后检测喷涂铜层的孔隙率；步骤六、将热处理后的带钢作为轧制复合坯料，采用四辊可逆轧机对坯料进行冷轧复合；步骤七、冷轧后实现铜层与钢层界面的机械复合，之后进行退火处理，制备得到铜钢复合板。本发明解决了铜板和钢板轧制复合后的热处理鼓包现象，提高了铜层和钢层的截面结合强度，铜‑钢复合板制造的结构具有更长的寿命，节约了大量的贵重金属铜。
Description
技术领域
本发明涉及金属复合材料成形技术领域，具体而言，尤其涉及一种大气环境下铜钢复合板的制备方法。
背景技术
薄规格铜/钢复合板不仅具有铜的优良润滑性能、导热性能，还兼有钢的高强度、低成本等优点，在电子、铜冶金领域得到广泛的应用。复合板的制备方法常为通过复合带材或者板坯通过爆炸复合法和轧制复合法制备。爆炸瞬间反应短暂而且过于复杂，使得界面结合率不高，结合强度不稳定；同时对于生产覆层较厚的铜-钢复合板存在一定的局限性。除此之外，该方法的生产率和成材率都比较低，对环境污染严重，轧制复合无论是热轧复合还是冷轧复合，首先复合板均需产生较大的塑性变形，这会导致界面产生较大的残余应力，其次，双层带材在经过轧制的机械结合过程中，无法避免裹入环境中的气体及杂质，采用高温热处理退火处理后，常出现鼓包现象，以及生成界面氧化物，影响界面结合效果。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种大气环境下铜钢复合板的制备方法。本发明提出了一种短流程的铜钢复合板方法，利用保护气氛电弧喷涂金属铜后通过冷轧+高温扩散退火的方法，避免复合后界面杂质氧化及鼓包问题。本发明有效实现了短流程薄规格铜/钢复合板制备，节约用料及生产成本，为制备高界面结合质量的金属层状复合材料提供了思路。
本发明采用的技术手段如下：
一种大气环境下铜钢复合板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、对带钢进行预处理；
步骤二、采用电弧喷涂方法，通过喷涂系统在带钢表面喷涂一层均匀致密铜金属层；
步骤三、完成带钢的双面喷涂铜粉；
步骤四、将喷涂后的带钢置于还原性气氛炉内进行热处理，包括脱气及干燥处理；
步骤五、热处理后检测喷涂铜层的孔隙率；
步骤六、将热处理后的带钢作为轧制复合坯料，采用四辊可逆轧机对坯料进行冷轧复合；
步骤七、冷轧后实现铜层与钢层界面的机械复合，之后进行退火处理，制备得到铜钢复合板。
进一步地，所述步骤一中，原始带钢的厚度为2~10mm，宽度为800~1300mm，带钢表面经砂带打磨去除表面氧化层，打磨后的带钢表面粗糙度保持＜60μm，依次通过酒精、丙酮对带钢打磨面进行清洗。
进一步地，所述步骤二中，喷涂过程以恒压惰性气体作为保护气氛，降低喷涂后疏松金属铜层内氧气含量；恒压惰性气体为氮气或氩气。
进一步地，所述步骤二中，喷涂原料为金属铜丝，铜丝为纯铜或以铜为基体的铜基材料，纯铜为黄铜、青铜或紫铜等。
进一步地，所述步骤二中，喷涂系统采用自动化控制，喷涂雾化压力为0.4~0.8MPa，喷涂距离为80~150mm，喷涂设备对称分布在带钢两面，喷涂过程带钢以恒定速度进行移动以保证喷涂均匀性，带钢移动速度为5~15mm/s。
进一步地，所述步骤三中，喷涂铜粉单层厚度为带钢厚度的15%~30%。
进一步地，所述步骤四的具体步骤为：喷涂后的带钢置于还原性气氛炉内进行脱气及干燥处理，炉内温度300~400℃，热处理时间为120~360min，将喷涂后带钢置于炉内，热处理炉经过还原性气体洗炉处理后，以2~10℃/min的升温速率，达到保温温度后，持续通气，保温结束后随炉冷却至室温后出钢轧制。
进一步地，所述步骤六中，经检测后喷涂铜层的孔隙率＜8%。
进一步地，所述步骤六中，冷轧过程总压向量为喷涂后总厚度的40%~70%，单次压下量5~20%，末道次压下量10~40%，轧制方式为多道次可逆式轧制，轧制环境为普通大气环境。
进一步地，所述步骤七的具体步骤为：冷轧后实现铜层与钢层界面的机械复合，再次进行高温退火处理后通过原子扩散，实现冶金结合，将冷轧后坯料置于还原性气氛热处理炉中进行退火处理，退火温度为700~900℃，退火时间为240~600min，保温结束后，通氩气快冷至室温后出炉，得到界面结合良好的铜钢复合板。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的大气环境下铜钢复合板的制备方法，利用保护气氛电弧喷涂金属铜后通过冷轧+高温扩散退火的方法，避免复合后界面杂质氧化及鼓包问题。
2、本发明提供的大气环境下铜钢复合板的制备方法，有效实现了短流程薄规格铜/钢复合板制备，节约用料及生产成本，为制备高界面结合质量的金属层状复合材料提供了思路。
3、本发明提供的大气环境下铜钢复合板的制备方法，解决了铜板和钢板轧制复合后的热处理鼓包现象，提高了铜层和钢层的截面结合强度，铜-钢复合板制造的结构具有更长的寿命，而且节约了大量的贵重金属铜，很大程度上降低了成本，具有良好的经济效益。
基于上述理由本发明可在金属复合材料成形等领域广泛推广。
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明实施例1带钢喷涂黄铜后表面图。
图3为本发明实施例1铜-钢复合板轧后表面图。
图4为本发明实施例1铜-钢复合板轧后截面图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明的目的是提供一种短流程铜-钢复合板轧制复合方法，并提出了金属铜粉喷涂厚度、原始钢层厚度、轧制变形量和轧后热处理方式，主要解决常规复合下铜层和钢层界面结合强度低及机械复合后热处理鼓包问题。
如图1所示，本发明提供了一种大气环境下铜钢复合板的制备方法，是一种铜粉喷涂于带钢表面后轧制复合的工艺方法。包括如下步骤：
（1）采用电弧喷涂方法，在带钢表面喷涂一层均匀致密铜金属层。喷涂原料为金属铜丝，铜丝为黄铜、青铜、紫铜等纯铜或以铜为基体的铜基材料。
（2）喷涂过程以恒压惰性气体（氮气、氩气）作为保护气氛，降低喷涂后疏松金属铜层内氧气含量。
（3）喷涂系统采用自动化控制，喷涂雾化压力为0.4~0.8MPa，喷涂距离80~150mm，喷涂设备与带钢两面对称分布，喷涂过程带钢以恒定速度进行移动以保证喷涂均匀性，移动速度5~15mm/s。
（4）原始带钢厚度为2~10mm，宽度800~1300mm，带钢表面经砂带打磨去除表面氧化层，带钢表面粗糙度保持＜60μm，然后依次用酒精、丙酮对带钢打磨面进行清洗。
（5）带钢经过双面喷涂铜粉，喷涂单层厚度为带钢厚度的15%~30%。
（6）喷涂后置于还原性气氛炉内进行脱气及干燥处理，炉内温度300~400℃，热处理时间为120~360min，将喷涂后带钢置于炉内，热处理炉经过还原性气体洗炉处理后，以2~10℃/min的升温速率，达到保温温度后，持续通气，保温结束后随炉冷却至室温后出钢轧制。
（7）热处理后喷涂铜层经检测后孔隙率＜8%。
（8）将热处理后的带钢作为轧制复合坯料，采用四辊可逆轧机在普通大气环境下进行冷轧复合，冷轧过程总压向量为喷涂后总厚度的40%~70%，单次压下量5~20%，末道次压下量10~40%，轧制方式为多道次可逆式轧制。
（9）冷轧后实现铜层与钢层界面的机械复合，再次进行高温退火处理后通过原子扩散，实现冶金结合，将冷轧后坯料置于还原性气氛热处理炉中进行退火处理，退火温度为700~900℃，退火时间为240~600min，保温结束后，通氩气快冷至室温后出炉，最终得到界面结合良好的铜钢复合板。
本发明解决了铜板和钢板轧制复合后的热处理鼓包现象，提高了铜层和钢层的截面结合强度，铜-钢复合板制造的结构具有更长的寿命，而且节约了大量的贵重金属铜，很大程度上降低了成本，具有良好的经济效益。
实施例1
一种大气环境下铜钢复合板的制备方法，具体操作步骤为：
步骤1：将厚2mm，宽800mm的Q235带钢表面打磨，打磨后使用酒精清洗，带钢打磨后表面平均粗糙度为40μm；
步骤2：将带钢置于电弧喷涂位置中间，上下表面距离喷枪位置80mm，带钢以15mm/s运动，使用φ2mm的H90黄铜丝经过0.4MPa雾化压力，在氮气保护气氛进行电弧喷涂，喷涂铜层单侧厚度达到0.3mm。如图2所示为本实施例带钢喷涂黄铜后表面图。
步骤3：喷涂后置于还原性气氛炉内进行脱气及干燥处理，炉内温度300℃，热处理时间为120min，将喷涂后带钢置于炉内，热处理炉经过还原性气体洗炉处理后，以10℃/min的升温速率，达到保温温度后，持续通气，保温结束后随炉冷却至室温后出钢轧制。
步骤4：热处理后取板带中心、边部、宽度1/4处进行孔隙率检测，孔隙率为6%。
步骤5：将热处理后作为轧制复合坯料，采用四辊可逆轧机在普通大气环境下进行冷轧复合，总变形量为40%，终轧后铜钢复合板总厚度为1.56mm，道次厚度按“2.6mm×0.95×0.9×0.88×0.8=1.56mm”控制。如图3所示为本实施例铜-钢复合板轧后表面图。图4为本实施例铜-钢复合板轧后截面图。
步骤6：冷轧后实现铜层与钢层界面的机械复合，再次进行高温退火处理后通过原子扩散，实现冶金结合，将冷轧后坯料置于还原性气氛热处理炉中进行退火处理，退火温度为700℃，退火时间为240min，保温结束后，通氩气快冷至室温后出炉，最终得到界面结合良好的铜钢复合板。
实施例2
一种大气环境下铜钢复合板的制备方法，具体操作步骤为：
步骤1：将厚度为10mm厚，宽1300mm的304（奥氏体不锈钢）带钢表面打磨，打磨后使用酒精清洗，带钢打磨后表面平均粗糙度为50μm；
步骤2：将带钢置于电弧喷涂位置中间，上下表面距离喷枪位置150mm，带钢以5mm/s运动，使用φ2mm的纯黄铜丝经过0.8MPa雾化压力，在氮气保护气氛进行电弧喷涂，喷涂铜层单侧厚度达到3mm。
步骤3：喷涂后置于还原性气氛炉内进行脱气及干燥处理，炉内温度400℃，热处理时间为360min，将喷涂后带钢置于炉内，热处理炉经过还原性气体洗炉处理后，以2℃/min的升温速率，达到保温温度后，持续通气，保温结束后随炉冷却至室温后出钢轧制。
步骤4：热处理后取板带中心、边部、宽度1/4处进行孔隙率检测，孔隙率为6%。
步骤5：将热处理后作为轧制复合坯料，采用四辊可逆轧机在普通大气环境下进行冷轧复合，总变形量为70%，终轧后铜钢复合板总厚度为4.8mm，道次厚度按“16mm×0.95×0.9×0.85×0.85×0.85×0.85×0.67=4.8mm”控制。
步骤6：冷轧后实现铜层与钢层界面的机械复合，再次进行高温退火处理后通过原子扩散，实现冶金结合，将冷轧后坯料置于还原性气氛热处理炉中进行退火处理，退火温度为900℃，退火时间为600min，保温结束后，通氩气快冷至室温后出炉，最终得到界面结合良好的铜钢复合板。
实施例3
一种大气环境下铜钢复合板的制备方法，具体操作步骤为：
步骤1：将厚度为6mm厚，宽1000mm的45#带钢表面打磨，打磨后使用酒精清洗，带钢打磨后表面平均粗糙度为45μm；
步骤2：将带钢置于电弧喷涂位置中间，上下表面距离喷枪位置100mm，带钢以8mm/s运动，使用φ2mm的纯黄铜丝经过0.6MPa雾化压力，在氮气保护气氛进行电弧喷涂，喷涂铜层单侧厚度达到1.2mm。
步骤3：喷涂后置于还原性气氛炉内脱气及干燥处理，炉内温度350℃，热处理时间为200min，将喷涂后带钢置于炉内，热处理炉经过还原性气体洗炉处理后，以5℃/min的升温速率，达到保温温度后，持续通气，保温结束后随炉冷却至室温后出钢轧制。
步骤4：热处理后取板带中心、边部、宽度1/4处进行孔隙率检测，孔隙率为6%。
步骤5：将热处理后作为轧制复合坯料，采用四辊可逆轧机在普通大气环境下进行冷轧复合，总变形量为50%，终轧后铜钢复合板总厚度为4.2mm，道次厚度按“8.4mm×0.95×0.9×0.85×0.69=4.2mm”控制。
步骤6：冷轧后实现铜层与钢层界面的机械复合，再次进行高温退火处理后通过原子扩散，实现冶金结合，将冷轧后坯料置于还原性气氛热处理炉中进行退火处理，退火温度为800℃，退火时间为400min，保温结束后，通氩气快冷至室温后出炉，最终得到界面结合良好的铜钢复合板。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种大气环境下铜钢复合板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、对带钢进行预处理；
步骤二、采用电弧喷涂方法，通过喷涂系统在带钢表面喷涂一层均匀致密铜金属层；
步骤三、完成带钢的双面喷涂铜粉；
步骤四、将喷涂后的带钢置于还原性气氛炉内进行热处理，包括脱气及干燥处理；
步骤五、热处理后检测喷涂铜层的孔隙率；
步骤六、将热处理后的带钢作为轧制复合坯料，采用四辊可逆轧机对坯料进行冷轧复合；
步骤七、冷轧后实现铜层与钢层界面的机械复合，之后进行退火处理，制备得到铜钢复合板。
2.根据权利要求1所述的大气环境下铜钢复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，原始带钢的厚度为2~10mm，宽度为800~1300mm，带钢表面经砂带打磨去除表面氧化层，打磨后的带钢表面粗糙度保持＜60μm，依次通过酒精、丙酮对带钢打磨面进行清洗。
3.根据权利要求1所述的大气环境下铜钢复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，喷涂过程以恒压惰性气体作为保护气氛，降低喷涂后疏松金属铜层内氧气含量；恒压惰性气体为氮气或氩气。
4.根据权利要求1或3所述的大气环境下铜钢复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，喷涂原料为金属铜丝，铜丝为纯铜或以铜为基体的铜基材料，纯铜为黄铜、青铜或紫铜。
5.根据权利要求1所述的大气环境下铜钢复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，喷涂系统采用自动化控制，喷涂雾化压力为0.4~0.8MPa，喷涂距离为80~150mm，喷涂设备对称分布在带钢两面，喷涂过程带钢以恒定速度进行移动以保证喷涂均匀性，带钢移动速度为5~15mm/s。
6.根据权利要求1所述的大气环境下铜钢复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，喷涂铜粉单层厚度为带钢厚度的15%~30%。
7.根据权利要求1所述的大气环境下铜钢复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤四的具体步骤为：喷涂后的带钢置于还原性气氛炉内进行脱气及干燥处理，炉内温度300~400℃，热处理时间为120~360min，将喷涂后带钢置于炉内，热处理炉经过还原性气体洗炉处理后，以2~10℃/min的升温速率，达到保温温度后，持续通气，保温结束后随炉冷却至室温后出钢轧制。
8.根据权利要求1所述的大气环境下铜钢复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤六中，经检测后喷涂铜层的孔隙率＜8%。
9.根据权利要求1所述的大气环境下铜钢复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤六中，冷轧过程总压向量为喷涂后总厚度的40%~70%，单次压下量5~20%，末道次压下量10~40%，轧制方式为多道次可逆式轧制，轧制环境为普通大气环境。
10.根据权利要求1所述的大气环境下铜钢复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤七的具体步骤为：冷轧后实现铜层与钢层界面的机械复合，再次进行高温退火处理后通过原子扩散，实现冶金结合，将冷轧后坯料置于还原性气氛热处理炉中进行退火处理，退火温度为700~900℃，退火时间为240~600min，保温结束后，通氩气快冷至室温后出炉，得到界面结合良好的铜钢复合板。
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| CN202311213219.5A CN117328008A (zh) | 2023-09-20 | 2023-09-20 | 一种大气环境下铜钢复合板的制备方法 |
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2023
- 2023-09-20 CN CN202311213219.5A patent/CN117328008A/zh active Pending
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