JP6529088B2 - 銅−アルミニウム複合材の等温法による作製プロセス及び生産システム - Google Patents

Description

本発明は斬新で実用の作製プロセス革新に関わり、電力伝送及び電気工事分野に広範に使用している銅-アルミニウム複合材に用いる。具体的に言えば、本発明は銅-アルミニウム複合材の等温法による作製技術に関する。
背景技術

銅は良好な導電、熱伝導性能と比較に強い耐食特性を備え、電気、熱導体の優先的選択材料と見なされるが、資源が希少である。対照的には、金属アルミニウムは比重が小さく、良好な導電性、熱伝導性能と展延特性を備え、その資源も豊富で、地下の埋蔵量はわずかにシリコンと酸素に劣る。銅-アルミニウム複合材（“CCAC”）は銅とアルミニウムの物理、化学及び機械加工特性を兼備し、良好な導電、熱伝導性能と比較に強い耐食性、及び軽量、優良な展延性と経済的な価格などの特徴を備える。

ネットワ-ク技術、情報技術、無線通信、材料科学、航空宇宙産業の迅速発展は金属複合材用の応用と発展に莫大な好機をもたらす。導電、熱伝導業界に銅―アルミニウム複合材はすでに銅の代用物として使用されている。銅-アルミニウム複合材はまた電子、電力、冶金、機械、エネルギ-、自動車、国防、航空、宇宙など数多くの工業分野に広範に用いる。

しかしながら、銅-アルミニウム複合材の製品品質はそれを応用することに制限されている。銅とアルミニウムは極めて酸化し容易であるもので、その降伏強度、密度及び熱膨張係数の差異は著しく、これらの差異は従来の方法によって作製する銅-アルミニウム複合材を作製する製品品質に制限されている。目下、銅-アルミニウム複合材の作製方法として、爆発圧着法、溶接接合法、圧延接合法、引っ張り接合法、固相―液相接合、液―液相接合などの方法を含む。但し、たとえ極端な加工条件（例えば、大変形率の圧延、高温焼鈍等）であっても、これらの従来プロセスも高品質の銅-アルミニウム複合材が作製して、完全に銅の代わりに電気工事業界に用いることができない。市販の銅-アルミニウム複合材製品は応用の限定性が存在するのは普遍であるが、バイメタル界面の拡散領域が浅いため、低接合強度に至ったり、接合過渡領域が狭くて材料外観の均一性と一致性が悪くしたりすることを含む。これ以外に、これらの従来の作製プロセスは連続生産ラインでの生産が実現不能で、製品の歩留まりも低下である。

銅-アルミニウム複合材は電力伝送と電気工事業界に応用する場合、銅/アルミニウムバイメタル界面の接合強度及び銅層の均一性に対する要求が高い。銅-アルミニウム複合材はまた熱安定性、負荷する電流が均一で、耐用年数が長い、及ぶ銅-アルミニウム複合材を機械による加工処理する（例えば、プレス成形、せん断、折たわみ、ねじまがりなど）により、その品質と性能に影響を及ぼさないことを備える必要がある。

本発明は銅-アルミニウム複合材の等温状態での作製プロセスに関わり、当該プロセスは原材料銅と原材料アルミニウムの準備、原材料アルミニウムの精密整形と表面洗浄、原材料アルミニウムを連続的に押し出してアルミニウム芯半製品に成型し、原材料銅の表面洗浄、原材料銅が連続変形され銅被覆半製品になり、銅被覆半製品が進行方向に沿いアルミニウム芯半製品を被覆して金型により銅被覆アルミニウム半製品に成型し、銅被覆アルミニウム半製品が等温圧延、精密成型及び焼鈍を経て、銅-アルミニウム複合材になることを特徴とする。

本発明は等温状態で作製する銅-アルミニウム複合材に関わり、アルミニウム芯層と銅被覆層を含み、その内、銅被覆層は垂直方向に沿いアルミニウム芯層の表面を被覆し、等温法プロセスにより銅被覆層とアルミニウム芯層は接合エリアに相互に拡散し金属接合を形成し、且つ銅層が均一である。等温法プロセスにより製作する銅-アルミニウム複合材は下記の品質を含まれているがそれらに限らなく、軽量（中実の銅材料より軽い）、銅被覆層とアルミニウム芯層間の過渡抵抗と熱抵抗が低く、高接合強度、銅層が均一的一致であり、プレス成形、せん断、折たわみ、ねじまがりなどの機械加工により、銅被覆層とアルミニウム芯層の分離を引起さなく、良好な展延性と成形性が現れる。前記品質特徴は等温法による製作する軽量銅-アルミニウム複合材が純銅の代りに電力伝送と電気工事応用分野に利用されることを示唆している。

さらに、本発明は銅-アルミニウム複合材の等温法により連続生産ラインシステムに関わり、当該生産ラインシステムは原材料銅と原材料アルミニウムの表面洗浄と整形の前処理装置ユニット、原材料アルミニウムの押し出しによりアルミニウム芯半製品になる装置ユニット、銅被覆半製品がアルミニウム芯半製品を被覆して銅被覆アルミニウム半製品になり、及び銅被覆アルミニウム半製品が等温法プロセスにより銅-アルミニウム複合材を作り出すことを含むことを特徴とする。

下記の細部表現、コミュニケと添付図は本発明の特徴と革新を一層に説明することができ、次のように簡単に説明する。

図１ 本発明の等温法により銅-アルミニウム複合材の生産ラインフローチャートである。

図２ 図1に示すのは等温法による作製プロセス及びシステム組立部品の断面図である。

図３ 本発明の等温法による作製プロセスの前処理装置の平面図である。

図４ 本発明の等温法による作製プロセスの連続押出し用装置の原理図である。

図５ 図1に示すのは等温法による作製プロセスにおける等温法圧延プロセスの銅被覆アルミニウム半製品の異なる変形エリアの概略図である。

図６ 図1示すのは等温法による作製プロセスにおける銅被覆半製品とアルミニウム芯半製品が被覆により銅被覆アルミニウム半製品に成型するフローチャートである。

図７ 本発明の等温法により銅被覆アルミニウムの作製断面図である。

図８ 本発明の等温法により銅被覆アルミニウムの作製方法における銅-アルミニウム複合材製品の範例断面図である。

図９ 本発明の等温法によって銅-アルミニウム複合材の作製プロセスチャートである。

図１と図9に示すように、本発明は原材料アルミニウム11（102）と原材料銅12（103）により銅-アルミニウム複合材55を作製する等温法プロセス101に関する。等温法により銅-アルミニウム複合材55を作製する基礎原材料としては適当な形状の原材料銅と原材料（11、12）である。例えば、原材料アルミニウムはアルミニウムバー（11）であっても良く、原材料銅12は薄いブスバー（12）であっても良い。

原材料アルミニウム11をまず原材料前処理装置20であるアルミニウム材前処理ユニット18へ送り、表面洗浄処理を行い、原材料銅12をまず原材料前処理装置20である銅材前処理ユニット19へ送り、表面洗浄処理を行う。図2に示すように、銅材前処理ユニット19は銅材のストッカサブユニット14を含み、原材料銅12の連続送りサブ装置とする銅材ストッカ14は等温法によって銅-アルミニウム複合材55を作製する生産ライン組成部分の一部分である。銅材のストッカを原材料銅12の緩衝バッファゾ-ンとして、生産ラインに必要な原材料銅を連続に提供することが可能である。

図9に示すように、等温法プロセス101はまた原材料アルミニウム11の洗浄104と整形105プロセスを含み、プロセス（104、105）は必要な次のプロセスに対し、原材料アルミニウムに必要な表面処理を行う。普通の原材料アルミニウム表面処理方法として、化学法、研磨法とバーカー法がある。化学法はアルカリ液、酸溶液により、アルミニウムバー表面の汚れと酸化物を除去し、アルカリ溶液と酸溶液を洗浄して、乾燥処理を行う。当該方法の欠点としては、処理における空気に暴露するアルミニウム表面には二次酸化になる可能性があり、また環境問題を招く可能性もある。研磨法は研磨ブラシーにより、原材料アルミニウムを機械的に繰返し研磨して、原材料アルミニウムの汚れと酸化物を除去する。当該方法の欠点としては、摩擦で生じる熱がアルミニウム表面二次酸化の原因となる。バーカー法はワ-クの進行方向（軸方向）に沿い、複組の切削刃具を設け、各切削刃具組を均一に軸方向に垂直する平面に分布し、且つ原材料アルミニウムバーと傾斜角度を保持し、原材料アルミニウムバーの表層が切削刃具組を経過すると剥がさせる。当該バーカー法の欠点としては、正確度が低く、切削が不均一である。前記幾つかの処理方法は連続生産ラインの加工要求を満たすことができない一方、精密機械加工に必要な材料一致性と均一性の要求に達することもできない。

要求を満たすようにし、前記の欠点を回避するために、当該プロセス101には原材料アルミニウムの洗浄と整形プロセス（104、105）を設ける。図3に示す実施例のように、一つの実施例としては、原材料アルミニウムの洗浄と整形プロセス（104、105）は原材料前処理装置20におけるアルミニウム材料前処理ユニット18のプロセスを利用し、アルミニウム材料前処理ユニット18は下記のサブユニットより構成され、入口位置決めガイドユニット21、矯正整形ユニット22、丸め付け整形ユニット23、切削前処理ユニット24、中間位置決めガイドユニット21、二次酸化防止と精密切削ユニット26、出口位置決めガイドユニット21である。原材料アルミニウム11は連続生産ラインの動力または独立な動力の牽引により、生産ラインシステムと連動を形成し、まず、入口位置決めガイドユニット21を通過し、導入ガイド位置きめが完成し、その次、（I）矯正整形ユニット22により矯正整形（精密切削の要求に応じ）を行い、（II）丸め付け整形ユニット23により丸め付け整形（精密切削の要求に応じ）を行い、（III）切削前処理ユニット24は原材料アルミニウムバーの表面に螺線を刻み、（IV）中間位置きめガイドユニットはさらにガイド位置きめを行い、（V）二次酸化防止と精密切削ユニット26は原材料アルミニウムバーに精密切削と酸化防止処理（二次酸化防止と精密切削ユニット26は原材料アルミニウムバーを切削して生じる切削屑が長すぎると塞ぎミスを避けるため、切削屑が切削屑収集ケ-スに自動的に落ちいれることができる）を行い、及び（VI）出口位置決めガイドユニット21は最終のガイド位置決めを行う。原材料アルミニウム11は前記の表面洗浄と整形（104、105）プロセスにより、表面には明るくきれいになり、本発明のプロセス101における後続の精密加工が要求される洗浄度、平面度、丸みと一致性を満たすことができる。前記の洗浄と整形処理プロセス（104、105）は短プロセス、高精密切削と低消耗の特徴を備え、原材料アルミニウムはこれらのプロセス（104、105）により、均一性偏差が±0.01mmを上回らない。

図1、図4と図9に示すように、本発明のプロセス101の次ぎのプロセス106は原材料アルミニウム11が金属連続押出し装置30を通過して再結晶し、アルミニウム芯半製品35に成型する。図6と図7に示す実施例のように、プロセス106により選択可能な内部空洞34のアルミニウム芯半製品35を作製する。連続押出し装置30は等温法による銅-アルミニウム複合材55の連続作成プロセスの一部組成である。

図4に示すように、金属を連続に押出す基本的な原理としては、シュー台座橋台により加熱金型ハウジング33を押出し凹溝に挿入し、電機は押出ホイ-ル31を動かし回旋させ、原材料アルミニウムバーを押出ホイ-ル凹溝に進入させ、油圧ステ-ション36で生じる高圧及び原材料アルミニウムが押出ホイ-ル凹溝との摩擦により生じる高温の働きにより、原材料アルミニウムバー11は高温を受け軟化となり、シュー台座に内蔵する押出し金型ハウジング33に入り再結晶にし、且つ金型32により変形して連続に押出し、アルミニウム芯半製品35を形成する。押出し装置30は速度が均一、表面に瑕疵なし、安定に制御が可能である上、押出し金型ハウジング33の恒温を維持することができるのは好ましい。実施例としては、金型ハウジングの温度範囲が約350℃〜500℃であり、押出ホイ-ルの回転速度範囲が約5回転/分〜32回転/分である。最良なアルミニウム芯半製品は少なくとも下記のいずれかの特性を備えるべきである。真直ぐ、均一、表面が基本的に瑕疵なし、断面形状と位置公差が±0.5%以下とする。前記のように、アルミニウム芯半製品35は選択的に一個の内蔵空洞34を選択的に含むことができる。アルミニウム芯半製品35は押出しと温度の二重働きにより再結晶し、結晶格子組織が最適化になる。アルミニウム表面の酸化を防止するために、不活性ガスの環境で押出しプロセス106を実施するのは好ましい。

指摘必要のあることには、当該説明書に所用専門用語「約」は関連値の±0.5%と指す。

図9に示すように、当該プロセス101はまた原材料銅12の洗浄プロセス107と原材料銅12が銅被覆アルミニウム半製品45に変形するプロセス108を含む。表面洗浄前処理装置20における原材料銅の洗浄ユニット19に一連の軟質研磨ブラシーを付け、原材料銅12（往復に研磨して表面の汚れを除去）の研磨に用い、その後、原材料銅12に対し、酸化物のような附加汚染物、エッチングトレ-ス及びその他の化合物を一層に除去し、またブロ-ドライ前の二次汚染を防止する。

原材料銅12は洗浄処理により、クリ-ン原材料銅25になり、不活性ガス環境での半製品作製装置40に入り、銅被覆半製品の転化プロセス108を行い、不活性ガス環境はクリ-ン原材料銅25が新しい酸化物層の生成を防止することが可能である。クリ-ン原材料銅25が銅被覆半製品44に転化するプロセス（108）は下記のサブユニットを含み：被覆材準備サブユニット41、高周波アルゴンア-ク溶接またはレ-ザ溶接サブユニット42、金型精密整形サブユニット43。プロセス108の実施例は不活性ガス環境により行う。

以下、銅被覆半製品44の形成機序を述べる。クリ-ン原材料銅25は被覆半製品作製サブユニット41において、金型表面と接触し摩擦力を生じ、摩擦力はクリ-ン原材料銅半製品材料25の応力分布を変わり、当該クリ-ン原材料銅半製品材25を負荷と正比例関係になさせる。クリ-ン原材料銅半製品材25は金型により変形する場合、接触面の摩擦力が外力の増加次第に増大し、大量な変形熱と摩擦熱の生成が周りの温度を上昇させ、弾性変形が塑性変形に変われる。当該過程により、クリ-ン原材料銅25を銅被覆半製品44に変形させる。実施例として、銅被覆半製品44はパイプライン形状になる。

図9に示すように、本発明の等温法プロセス101はまた銅被覆半製品44が進行方向に沿い、アルミニウム芯半製品35の周りに均一に被覆し、且つ、金型の働きによりアルミニウム芯半製品35と銅被覆半製品44を銅被覆アルミニウム半製品45に合成するプロセス（109）を含む。図1に示すように、プロセス109はクリ-ン原材料銅25と押出し成型となるアルミニウム半製品35は半製品作製装置40に同時に入り、且つ、半製品作製装置40において銅被覆アルミニウム半製品45に合成する。前記のように、クリ-ン原材料銅25はペアとなる垂直金型と水平金型より構成する銅被覆半製品成型サブユニット41に連続に進入することにより、逐次に銅被覆半製品44に変形する。図6に示すように、銅被覆半製品44は溶接サブユニット42を連続に通過すると、アルミニウム芯層半製品材35の進行方向に沿い、表面を全部に被覆し、銅被覆アルミニウム半製品45を形成する。溶接サブユニット42において非消耗二重電極アルゴンア-クまたはレーザ溶接用ト―チは銅被覆アルミニウム半製品44を高速で均一に溶接することができる上、溶接継ぎ目の平滑、変位と瑕疵なしを確保することもできる。溶接サブユニット42における溶接トーチはワークの軸方向に沿い移動が可能で、当該働きとしては作製過程における起動、停止の瞬間に導入の速度勾配による与える影響を軽減することが可能である。全ての溶接過程は不活性ガスであるアルゴンガスの保護の下で行い、アルゴンアーク溶接トーチまたはレ-ザ溶接トーチは銅被覆半製品44の厚み及び進行速度により溶接電圧と電流を自動的に調節することができ、溶接電圧と電流により導入する溶融池は熱平衡原理に適合し、所定の圧力と流量により、アーク放射の制限とアーク侵食を軽減するために、アルゴンガスを注入し、従って、溶接池の直径、深度、平面度を制御すること、及び溶接欠陥である気泡、溶接屑と徹底に溶接せずインシ-ムを除去する。溶接継ぎ目幅と厚み比は2.5：1であり、平面度は0.1mm以下である。溶接サブ装置42は如何なる適当な溶接トーチ、例えば高周波アルゴンアーク溶接、レ-ザ溶接の種類に適用する。

溶接が終了すると、銅被覆アルミニウム半製品45は金型精密整形サブユニット43に入り、さらの精密整形を行う。図6と図7に示すように、銅被覆アルミニウム半製品45は金型精密整形サブユニット43における数組の垂直金型と水平金型を通過し、銅被覆層44とアルミニウム芯層35は密に接合する。図7に示すように、銅被覆アルミニウム半製品45の特徴としては、（I）銅被覆層44とアルミニウム芯層35とは同心度を備え、（II）銅被覆層44は進行方向に沿いアルミニウム芯層35を完全に被覆する。被覆プロセス109の実施例としては不活性ガス環境で行う。

図9に示すように、銅被覆アルミニウム半製品45は形成されると、当該等温法プロセス101はまた、等温法での圧延と焼鈍し転化過程を含み、銅被覆アルミニウム半製品45が等温法プロセスにより銅-アルミニウム複合材（IPCCAC）55を作製させる。等温法プロセス作製プロセス110は等温法プロセス装置50と後続焼鈍しユニット52を使用することに関わり、銅被覆アルミニウム半製品45を銅-アルミニウム複合材55に加工する。

銅とアルミニウムの原子質量と密度は顕著な差異があるため、固相等温圧延プロセスにより銅被覆アルミニウム半製品45における二種原材料(銅被覆層44とアルミニウム芯層35)を接合させ銅-アルミニウム複合材に成型する過程は非常に複雑的である。当該等温圧延過程が一般的に銅被覆アルミニウム半製品45と物理的に接触する等温法プロセス装置50及び焼鈍しユニット52は予め設定する同じな加工温度範囲にあると要求される。例えば、図5に示すように、等温法プロセス110は等温圧延装置50において、下ロ-ル57と上ロ-ル58は銅被覆アルミニウム半製品45と凡そ同じな温度範囲における必要がある。否かたら、これらの部品と銅被覆アルミニウム半製品45とは相互に熱量を吸収するため、銅-アルミニウム複合材55の品質に影響を及ぼす可能性がある。銅-アルミニウム複合材55は外観と性能における均一性と一致性は等温圧延過程において部分的に所与の温度範囲によって決める。なお、等温圧延過程はまた多種因子によって決め、例えば、加工条件とシステムの条件(圧延パラメ-タ、周辺環境、銅被覆アルミニウム半製品45の状況など)及び材料接合の具体的な特徴である。また、選択的空洞34は銅被覆アルミニウム半製品45の等温圧延過程を促進し、銅-アルミニウム複合材55の品質を向上する。

実施例としては、等温状態で銅被覆アルミニウム45を等温圧延する垂直変形率範囲は約25%〜50％に設置し、等温状態で銅被覆アルミニウム45を等温圧延する横広がり変形率範囲は約5%〜30％（断面周長と指す）に設置し、等温状態での圧延温度範囲は約150℃〜400℃に設置する。また、図5に示すように、等温圧延過程の分析を簡単化にするため、実施例において下記の仮設とし、（I）接触点8の応力を圧力F1と推力F2に分解し、（II）圧延の下向け圧力F１は圧縮変形を誘発し、（III）摩擦張力ｆが膨張変形（ロール(57，58)に平行する軸方向）を誘発し、（IV）銅被覆アルミニウム半製品45は剛性塑性変形材料であり、von Mises降伏基準に適合し、（V）上ロール58と下ロール57の単位面積の圧延力が均一に分布し、及び（VI）銅被覆アルミニウム半製品45と上下ロロールル(57、58)間には滑り摩擦であり、（VII）上ロール58はロール半径52とは圧延速度54を備え、下ロール57はロール半径51と圧延速度53を備える。

図5に示すように、プロセス109は銅被覆アルミニウム半製品45を整然として等温状態の圧延装置50に送ることで始める。一度、銅被覆アルミニウム半製品45は転送速度９により等温圧延装置50に導入されると、下記の加工エリアを経由し、（I）芯層アルミニウム変形エリア５（接触点1で始める）、（II）共同変形エリア６（接触点２で始める）、（III）過渡変形エリア７（接触点３で始める）、（IV）接触点４で等温圧延を終了する。銅被覆アルミニウム半製品45は予め設置する出口速度10で等温圧延装置を引き出す。銅被覆アルミニウム半製品45の変形を前記の5、6、7エリアに分解する。

等温圧延はアルミニウム芯層変形エリア5でアルミニウム芯半製品35を変形のみに発生させ、原因としては、アルミニウムは銅よりさらに柔らかく、変形が容易である。図8に示すように、アルミニウム芯層48と銅被覆層46の接合面47はせん断力の働きを受け、また機械咬合により接触する。

共同変形エリア6で、たとえ銅被覆半製品44における「最大強度の」銅であっても、降伏限度に達成し、当該場合の銅被覆半製品44とアルミニウム芯半製品35とも等温圧延により変形を発生する。垂直方向において、銅被覆半製品44とアルミニウム芯半製品35は下向け圧力の働きを受け、変形を発生する。水平方向(ロ-ル軸に平行する)において、銅被覆アルミニウム半製品45の流動は外界の制限を受けないため、水平接線方向における摩擦力の働きにより大幅に広がる。銅被覆半製品44とアルミニウム芯半製品35は接線摩擦力の働きにより、相対摺動を生じる。等温圧延過程は銅とアルミニウムの結晶格子を接合面で変形、結合断裂と結晶格子瑕疵に生成させる。焼鈍し処理時に、銅被覆層46とアルミニウム芯層48の接合面エリア47の原子間には相互の過渡と移行を発生し、従って接合面エリア47に銅アルミニウム接合構造を形成する。

過渡変形エリア7において、周囲の寸法が有限的に広めることを発生するため、巨大な圧力の働きにより、接合面47における銅アルミニウム結晶格子は捻り曲げと結合断裂が過ぎるので、接合面における過渡エリアの結晶粒子の細分化を絶えずに促進し、さらに多くの微結晶と多結晶固溶体をもたらし、大量の結晶粒子と亜結晶粒界を形成し、従って、銅アルミニウム接合面における原子移行を誘発し、且つ原子の拡散経路を生じる。等温圧延過程において、塑性変形が熱変形を引起し、銅アルミニウム接合面における原子移行と相互の過渡を導き、熱運動状態における銅とアルミニウム原子は結晶粒子境界におけるホイ-ルを埋め、大量な原子結合を形成するため、接合面47で銅アルミニウム接合面の熱変形を実現する。

図1と図9に示すように、等温圧延を経て、等温法によって加工する銅被覆アルミニウム半製品45を等温圧延エリア50から引き出し、プロセス109の一部として、焼鈍しエリア52に入り、急速な焼鈍しを高速で行う。銅被覆アルミニウム半製品45が等温圧延を経てから引き出すときの温度は焼鈍しに役に立つ。温度場において、銅アルミニウム接合面における原子は継続に拡散し、また結晶粒子界にける格子欠陥による生じる空洞を埋め、原子の熱運動は密集の点接合を面接合に変わることを引き出し、格子ひずみと欠陥を迅速に修復、硬化させる。接合面の結晶格子が改めて配列を実現し、微結晶固溶体は多結晶固溶体へ転換し、大きな再結晶、残余応力放出と塑性変形の回復を生じる。激烈な原子熱運動は結晶体を非安定的物理結合から安定な化学結合へ過渡させ、接合面47における銅アルミニウム接合面の熱拡散接合が発生し、引いて図8に示すような等温法による作製の銅-アルミニウム複合材55を形成する。等温法による作製の銅-アルミニウム複合材55は銅被覆層46、アルミニウム芯層48と接合面47より構成される。等温法による作製の銅-アルミニウム複合材55の銅被覆層がキャリア均一で、銅-アルミニウム複合材55を銅材料と同じようにさせ、電流を負荷して電力伝送と電力施設に応用することができる。等温法による作製の銅-アルミニウム複合材55は銅の代りに電力伝送と電力施設に応用可能な原因としては、銅被覆層46は「銅層の均一性」を実現するわけである。本発明における「銅層の均一性」は任意点の銅層(被覆層)の厚みと深度は全て銅層厚みの偏差は8％を上回らないべきであると定義している。引いて言えば、プロセス101の方法により作製する銅被覆層46とアルミニウム芯層48は接合面47で金属接合を実現する。当該金属接合は非常に堅牢で、且つ「アルミニウムの固有接合より堅牢」である。本発明における「アルミニウムの固有接合より堅牢」は当該金属接合のせん断強度はアルミニウムの固有せん断強度(またはせん断強度抵抗)より強いことを指す。言い換えれば、前記の接合面47における金属接合が有するせん断強度はアルミニウムの固有せん断強度(或いはせん断抵抗強度)より大きいである。基本的には、アルミニウムベースは金属接合面47に先立ってせん断破壊（または破裂）を発生する。

等温法による作製の銅-アルミニウム複合材55はまた下記様な期待される特徴を備え、当該銅-アルミニウム複合材55の重量は銅より軽く、接合面47における境界抵抗と熱抵抗が低く、高接合強度、均一性が良好、優れる展延性と成形性などの機械加工性能を含むがこれらに限らない。前記の特徴を備えて、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材55は電力伝送と殆ど状態での電力応用に適用され、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材55は電力応用において、軽便な銅の代用物とすることが可能である。例えば、既知の加工プロセスにより、等温法によって作製した銅/アルミニウム複合材55は各種製品、例えば銅-アルミニウム複合バスバ、ケ-ブル、パイプライン及びその他の銅-アルミニウム複合材の異型製品である。図8に示すように、等温法によって銅-アルミニウム複合材の母線を作製する実施例である。指摘の必要があることには、本発明は等温法による作製の銅-アルミニウム複合材の製品のサイズ、形状、面積と外観を問わず、如何なるまたは全部等温法による作製の銅-アルミニウム複合材の製品を網羅することを図る。当該プロセスが一層の技術革新にとって、ある特定な用途と製品の要求に適用するため、幾つかの技術プロセスを増加することが可能で、当該増加は本発明の範囲に属するべきである。あらゆる本発明の精神的本質に基づく同等変換、装飾または修飾は本発明の保護範囲内に属すべきである。

本発明の実施例において、原材料銅12は無酸素銅板(工業用T2銅、純度99.99%)であり、原材料アルミニウム11はクリ-ンアルミニウムバー（工業用L3M率、純度99.50%）であり、銅アルミニウム接合面47は乾燥、オイルフリーと無酸素を表す。銅アルミニウムのデュアルバランス相により、等温圧延装置50に適合する圧延温度は約150℃〜550℃の範囲である。長期間の高温焼鈍しにより、複雑な銅アルミニウム中間状態の化合物を生じることができることを鑑み、圧延温度は150℃〜400℃範囲から選択することができる。焼鈍し温度は圧延温度と室温に対する変形熱により引起す温度変化であり、焼鈍し時間は約30秒〜20分である。指摘の必要があることには、前記のパラメータ及び本発明に関わるその他のパラメ-タは本発明の全部と見なされない上、本発明を制限しない。ある特定な応用に適応するため、本発明のプロセスに関わる詳細な技術のパラメ-タを変更することの可能性があり、当該状況は相変わらずに本発明の範囲に属する。

図１と図2に示すように、本発明は等温法により銅-アルミニウム複合材55を作製する生産ラインシステム100を提供する。当該生産ラインシステムは原材料の前処理装置20における原材料アルミニウム11の洗浄と精密整形サブユニット18と原材料銅12の洗浄サブユニット19を含み、また、原材料前処理装置20における銅材料ストッカ14を選択的に含むことができ、さらに、押出しユニット30及び当該ユニット30の補助油圧システム36を含み、原材料アルミニウム11を押出してアルミニウム芯半製品35を形成させることに用いる。生産ラインシステム100はまた半製品作製装置40及び前記のサブユニット（41、42、43）を含み、クリーン原材料銅25とアルミニウム芯半製品35を洗浄して銅被覆アルミニウム半製品45に転換することに用いる。生産ラインシステム100はまた等温圧延装置50と焼鈍しユニット52を含み、銅被覆アルミニウム半製品45を等温法による作製の銅-アルミニウム複合材に転換することに用いる。

図1と図2に示すように、生産ラインシステム100はまた完成品精密整形装置60、防護層塗布ユニット62、検査テストユニット70、定尺せん断装置80、分類整理装置90と完成品包装ユニット92を選択的に含むことができる。実施例としては、大部分または全部にはユニット（62、70、80、90、92）が選択可能で、全部の加工機能を備え、生産ラインシステム100の組成部分となり、等温法により銅-アルミニウム複合材55の作製が可能である。図1と図9に示すように、選択可能な不活性ガスシステム500によりプロセス（106，108，109，110）におけるガスの圧力と流量を制御する。押出し装置30、半製品作製装置40及び銅被覆成型ユニット41、溶接ユニット42、整形ユニット43、等温圧延装置50と焼鈍しユニット52とも不活性ガス環境において、添附の選択可能な温度システム700によりプロセス（106，108，109，110）の温度を制御する。押出し装置30、等温圧延装置50、焼鈍しユニット52、防護層塗布ユニット62、銅被覆成型ユニット41と溶接ユニット42とも特定な温度において、添附の選択可能な油圧システム800によりプロセス（106，108，109）の油圧を制御する。押出し装置30、半製品作製装置40、等温圧延装置50、定尺せん断装置80と押出し機補助油圧ユニット36とも特定な圧力において、添附の選択可能な圧縮空気システム900により、プロセス106の空気圧力を制御する。押出し装置30、検査テスト装置70、定尺せん断装置80、分類整理装置90と完成品包装ユニット92とも特定な空気圧力に置かれている。

図1、図2と図9に示すように、プロセス101は下記の一個または数個のプロセスを選択的に含むことができる。等温法による作製の銅-アルミニウム複合材55の精密整形プロセス111、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材55に防護層を塗布するプロセス112、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材55製品品質を検査しテストするプロセス113、要求される寸法により等温法による作製の銅-アルミニウム複合材55製品を定尺せん断にするプロセス114、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材55の合格品と不合格品を分類して整理するプロセス115、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材55製品の包装プロセス116。

図1と図2に示すように、製品の精密整形プロセス111は完成品精密整形装置60により完成するものである。プロセス111は最終の表面精密整形が完成するために、ウェット研磨、繰り返し洗浄と圧縮空気による乾燥方法を利用する可能性がある。ウェット研磨装置は複数ペアの水平と垂直のブラシローラより構成され、ブラシローラのライン速度は約200〜2000メ-トル/分の範囲にあり、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材半製品65の真直度に影響を与えないように、ウェット研磨の機械条件としては、平衡と牽引力の形成を避ける一方、システムの稼動に影響を及ぼさないように、また抵抗力の形成も防止しなければならなく、さらに軸方向の振れを避ける必要がある。図1、図2と図9に示すように、製品の精密整形プロセス111が完成し、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材半製品65を防護層塗布プロセス112へ送り、当該プロセスは普通防護層塗布ユニット62における鍍金錫または酸化防止液体により、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材半製品65の表面に塗布する。実施例としては、酸化防止層は普通の作業温度と湿度条件の下で耐用年数は一年以上である。

防護層塗布プロセス112が完成し、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材半製品65は検査テスト装置70の検査プロセス113に入り、当該プロセスは等温法による作製の銅-アルミニウム複合材半製品65に対し品質検査を行う。実施例としては、検査テスト装置70が画像認識技術と渦電流探傷検査により製品の品質と欠陥を検査する。検査テスト装置70が通信技術により定尺せん断装置80及び分類整理装置90とはドッキングが可能である。

前記のプロセスが完成すると、定尺せん断装置80により銅-アルミニウム複合材のせん断プロセス(114)を行い、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材半製品65を必要な長さにせん断する。

実施例において定尺せん断装置が製品をせん断するとき、生じる振動擾乱が検査テスト装置70に影響を及ばすことを防止するため、定尺せん断装置80は材料供給端と吐出端に設ける２組の電磁クラッチと垂直型ガイドローラトラクタをそれぞれ付いている。定尺せん断のポイントは自動監視、空気圧クランプ、作業手順と動素プログラマブルコントロ-ルである。定尺せん断装置80は高速のこぎりと二個の同期ベルトを含み、自動監視と空気圧クランプを実現するために、その内にある一個の同期ベルトは高速のこぎりの前後稼動に動力を提供し、もう一個の同期ベルトは等温法による作製の銅-アルミニウム複合材半製品65が送料方向への伝送に動力を提供する。実施例において定尺せん断の長さ区間は約2〜6メ-トルであり、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材半製品65の速度区間は約5〜50メ-トル/分であり、普通高速こぎりのせん断精度は２mm/本である。プログラミング・システムと動素による制御しているシステムのメモリを駆動し、計算、記憶、指示と通信に用いる。通信インタフェ-スはホストと接続し、液晶ディスプレイはマンマシンデジタルインタフェースである。

検査テストと定尺せん断を経ると、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材半製品65（要求される長さの製品）は分類整理装置90による整理と分類プロセス115に入る。分類整理装置90は等温法による作製の銅-アルミニウム複合材半製品65を合格品か不合格品かの二種類に分類する。合格品は等温法による作製の銅-アルミニウム複合材完成品95として、完成品包装ユニット92へ送って、包装を行い、不合格品は生産ラインから除去し、不良品と欠陥品として回収する。

最後に、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材完成品95は完成品包装ユニット92で包装プロセスを完成する。等温法による作製の銅-アルミニウム複合材完成品95は前記如何なる形態の等温法による作製の銅-アルミニウム複合材55の製品になる可能である。例えば、等温法による作製の銅-アルミニウム複合材半製品65を利用しバスバ製品に加工することができる。

図1に示しように、実施例としては、自動化制御システム600を選択して全ての生産プロセスを制御することができ、等温状態、動的平衡、速度と変形、気圧と油圧、温度、圧縮空気装置及び動素の各種パラメ-タをリアルタイムに制御することを含む。制御システム600は前記ユニットと通信が可能で、不活性ガスシステム500、温度システム700、油圧システム800と圧縮空気システム900を含む。

本発明の説明と請求項目にはまた多くのほかの用途と応用があると理解すべき、従って、本発明はすでに説明した領域と用途に限らない。本発明が言及する説明と図は他の人たちが本発明の原理と実際の応用により当該プロセスを熟知し把握することを図る。本発明のプロセスを熟知する人たちは本発明を受け入れ、そのたの多種形式に用いる可能性があり、例えば特定な用途により最適化に修正することなど。これを鑑み、本発明に記載する実施例は全部または詳細にわたるものではなく、本発明は本発明に記載する実施例に限られない。本発明の範囲も前記の記述に限らなく、付属の請求項目と当該類の請求項目は授権の全部範囲に確定すべき、特許出願と出版物を含む全て文章と参考文献、及び全ての目的に納入する引用が含まれる。

Claims (14)

1. 銅−アルミニウム複合材の等温法による製作プロセスであり、当該プロセスは
   A、原材料アルミニウムと銅を準備すること、
   B、原材料アルミニウムの整形と表面洗浄をすること、
   C、原材料アルミニウムを連続に押出してから熱状態のアルミニウム芯半製品に成型すること、
   D、原材料銅の表面を洗浄すること、
   E、原材料銅を銅被覆半製品に連続変形すること、
   F、銅被覆半製品が進行方向に沿いアルミニウム芯半製品を被覆すると金型により熱状態の銅被覆アルミニウム半製品に成型すること、
   G、等温法とは銅被覆アルミニウム半製品と上下ローラーとも同じ所与温度ゾーンに置かれて圧延を行うことであること、
   H、銅被覆アルミニウム半製品は等温圧延と後続の焼鈍により等温法によって作製する銅−アルミニウム複合材になり、当該銅−アルミニウム複合材はアルミニウム芯層と銅被覆層より構成され、且つ
   (a) 銅被覆層は進行方向に沿いアルミニウム芯層の表面に被覆され、
   (b) 銅被覆層は銅層の均一性を有し、即ち、銅層の厚み変化が平均厚みの８％を上回らなく、
   (c) 銅被覆層とアルミニウム芯層は接合エリアに冶金結合を形成することが実現され、
   (d) 接合面に形成する冶金的接合はアルミニウム接合の固有強度より強く、即ち接合面のせん断強度はアルミニウムの固有せん断（或いはせん断抵抗）強度より強く、
   (e) 各種仕様の線材、管材、母線及び異型材の製品を加工することができる
   ことを含むことを特徴とする銅−アルミニウム複合材の等温法による製作プロセス。
2. 前記請求項１に記載するプロセスは、少なくとも下記の一つの加工フローを含め
   A、等温法によって作製する銅−アルミニウム複合材に最後の仕上げをすること、
   B、等温法によって作製する銅−アルミニウム複合材に防護塗装を塗布すること、
   C、等温法によって作製する銅−アルミニウム複合材の品質を検査してテストすること、
   D、等温法によって作製する銅−アルミニウム複合材を定尺でせん断して製品とすること、
   E、等温法によって作製する銅−アルミニウム複合材の製品を包装するために、分類整理すること、及び
   F、前記のプロセスを統合するプロセスを含む
   ことを特徴とするプロセス。
3. 前記請求項１に記載するプロセスにおいて、原材料アルミニウムの整形と表面洗浄をすることは
   A、原材料アルミニウムの矯正整形、
   B、原材料アルミニウムの丸め付け、整形、
   C、原材料アルミニウムバーの表面に螺線を刻み；
   D、原材料アルミニウムバーを精密に削り落とし、酸化防止処置を行い、原材料アルミニウムバーの精度は±０．０１ｍｍに達成させる
   ことを含むことを特徴とするプロセス。
4. 前記請求項１に記載するプロセスは、原材料アルミニウムを連続に押出すことにより熱状態のアルミニウム芯半製品に成型され、アルミニウム芯半製品に内部空洞を形成することを含む
   ことを特徴とするプロセス。
5. 前記請求項１、２、３、４に記載するプロセスは、連続生産ラインプロセスである
   ことを特徴とするプロセス。
6. 前記請求項１、２、３、４に記載するプロセスにより、銅被覆層が進行方向に沿い熱状態のアルミニウム芯の周り表面を被覆すると、金型により熱状態の銅被覆アルミニウム半製品に成型し、不活性ガスの環境でアルミニウム芯層を被覆するパイプライン状銅被覆層を溶接することを実施する
   ことを特徴とするプロセス。
7. 前記請求項６に記載するプロセスは、溶接は高周波アルゴンアーク溶接またはレーザー溶接装置を採用する
   ことを特徴とするプロセス。
8. 前記請求項１、２、３、４に記載するプロセスは、原材料アルミニウムを連続に押出してから、熱状態のアルミニウム芯半製品に成型する過程は不活性ガスの環境で完成する
   ことを特徴とするプロセス。
9. 前記請求項１、２、３、４に記載するプロセスにより、熱状態の銅被覆アルミニウム半製品が等温圧延と後続の焼鈍を経てから等温法によって作製する銅−アルミニウム複合材となるプロセスフローは不活性ガスの環境で完成する
   ことを特徴とするプロセス。
10. 前記請求項１、２、３、４に記載するプロセスにより、熱状態の銅被覆アルミニウム半製品は等温圧延過程においてその温度を所与の温度範囲に維持する
    ことを特徴とするプロセス。
11. 前記請求項１に記載する等温法によって作製する銅−アルミニウム複合材は、熱安定性を持ちながら電力伝送と電気工事士の利用において銅層が電流を均一に負荷することができる
    ことを特徴とする銅−アルミニウム複合材。
12. 等温法による銅−アルミニウム複合材を連続作製する生産ラインシステムであって、当該生産ラインシステムは
    A、前処理装置が原材料銅と原材料アルミニウムの洗浄と原材料アルミニウムの整形に用いられること、
    B、連続押出し装置が原材料アルミニウムを押出し、熱状態のアルミニウム芯半製品を成型させることに用いられること、
    C、半製品作製装置が銅被覆半製品と熱状態のアルミニウム芯半製品を熱状態の銅被覆アルミニウム半製品に合成することに用いられること及び、
    D、等温圧延と後続焼鈍装置が熱状態の銅被覆アルミニウム半製品を等温法により作製する銅−アルミニウム複合材に転換することに用いられる
    ことを含むこと特徴とする生産ラインシステム。
13. 前記請求項１２に記載する生産ラインシステムは、当該生産ラインシステムは少なくとも下記の一台の装置を含み、銅材料ストッカ、半製品精密整形装置、防護層塗布装置、検査テスト装置、定尺せん断装置、分類と整理装置、完成品包装装置、及びこれらを組み合わせる装置を含む
    ことを特徴とする生産ラインシステム。
14. 前記請求項１２、１３に記載する生産ラインシステムは、半製品作製装置は半製品を被覆し、サブユニットを作製し、サブユニットを溶接して精密整形を行うことを含む
    ことを特徴とする生産ラインシステム。

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