銅鋁複合板帶的冷軋製造方法

2023-09-16 09:15:50 3

專利名稱：銅鋁複合板帶的冷軋製造方法
技術領域：
本發明屬於金屬複合板技術領域，具體涉及ー種銅鋁複合板帶的冷軋製造方法。
背景技術：
銅鋁複合板帶是在鋁板的表面包覆ー層銅的複合材料。以銅鋁複合板帶代替應用面特別廣、需求量特別大的紫銅帶，在電カ和信號傳輸領域有著廣泛的應用前景，有望形成巨大的產業。世界上主要的銅資源分布在北美、拉丁美洲以及中非，而我國銅資源較為匱乏。隨著我國銅產量的持續大幅度增長，特別是冶煉能力的不斷膨脹，原料供應已經顯得越來越緊張，快速增長與資源短缺的矛盾日益突出。所以對於我國來講，發展銅鋁層狀複合板用部分低廉的鋁來代替銅十分符合我國國情的發展。銅的比重為8.96克/立方釐米，是鋁(2. 7克/立方釐米)的3. 65倍，也就意味著同樣重量的鋁材產品數是銅材產品數的3. 65倍，用鋁代替銅應用於電カ等領域要划算很多。由於銅具有良好的導電、導熱性、易釺焊、接觸電阻低、耐磨且外表美觀等優點。且從物理性質上來說，銅的氧化物仍舊具有導電能力，在銅線纜老化後仍然不影響用電安全。而鋁表面極易氧化，所形成的氧化膜十分牢固，導熱和導電性很差，所以在某些應用領域很難用鋁來完全的代替銅。用部分鋁代替銅，經一定的エ藝獲得的銅/鋁雙金屬複合板能綜合具有銅/鋁的優良性能，既具備銅優良的導電、導熱性以及較強的耐腐蝕性能又擁有鋁質輕、經濟等優點。目前製備銅/鋁雙金屬層狀複合板的研究領域極為廣闊，生產方法有多種。一般常規的製備雙金屬材料分類方法按照複合過程的エ藝屬性劃分，分別為鑄造複合法、爆炸複合法、焊接複合法、軋制複合法等。熔鑄複合是採用鋳造的方法使兩種熔點不同的液態金屬先後熔鑄在一起或ー種液態金屬與另ー種固態金屬凝鑄在一起。早期的熔鑄複合是在近平衡凝固條件下進行的，常常導致界面元素過分擴散，有害相生成甚至發生固體的過分溶解，致使質量不好，現代液固相複合技術是以液態金屬快速非平衡凝固和半凝固態直接塑性成型為特徵，因此可以克服熔鑄複合的ー些弊病。熔鑄複合材料的質量高複合エ藝效率高，但由於銅和鋁在高溫下極易氧化，生成的氧化膜將極大的影響複合材料的結合強度，運用保護性氣氛エ藝複雜成本尚。爆炸複合法是利用炸藥爆炸產生的能量，在微秒級時間內使兩塊金屬板在碰撞點產生高達106 107/s的應變速率和104MPa的高壓，從而實現異種金屬的焊接複合。爆炸複合材料具有很高的加工性能，能經受後續多種多次的冷、熱加工。爆炸複合材料有良好的使用性能。目前採用爆炸複合法能實現300多種金屬的複合。但是，爆炸結合法機械化程度低，生產效率較低，勞動條件差，且具有一定的危險性，製備的雙金屬材料變形較大、不平整。焊接複合法主要包括熔焊、釺焊、攪拌摩擦焊以及擴散焊等。熔焊方法不適於鋁/銅的焊接，由於鋁與銅在物理性能及化學性能方面存在較大的差異，造成其熔焊焊接性很差，具體表現為接頭脆性大、易產生裂紋和接頭強度低。因此，一般エ業生產中較少採用熔焊方法來焊接鋁/銅之類的異種材料。釺焊方法能成功實現鋁/銅的焊接，但要降低金屬間化合物形成等因素對接頭性能的影響需要嚴格確定釺料成分和釺焊エ藝。鋁/銅攪拌摩擦焊是ー種焊接產量高、生產成本低的環保型焊接新技術，在鋁、鎂、銅等材料的焊接中獲得了迅速應用.因而有人也開始探索用這種方法焊接鍋/銅等異種材料，目前攪拌摩擦焊研究剛剛開始，某些熱點 問題需要進ー步深入研究。軋制複合法的基本原理是金屬板在受到軋機施加於其上強大壓力的作用下，在兩層金屬的待覆合表面發生塑性變形，使表面金屬層破裂。隨後，潔淨而活化的金屬層從破裂的金屬表面露出，在強大壓力作用下，形成平面狀的冶金結合。在後續的熱處理過程中結合面繼續擴大，形成穩固結合。軋制複合又分為熱軋和冷軋複合。熱軋複合方法是將被複合的金屬坯料在高溫高壓下進行軋制變形，受熱和力的同時作用而使不同金屬進行焊合的一種エ藝方法。這種方法從30年代一直沿用到至今，仍是ー種重要的複合方法。熱軋複合是利用高溫熱激活條件下形成較為穩定的熱擴散，軋後的餘熱將使原子擴散更加充分，從而形成良好的複合，但熱軋複合在エ藝實施上存在著ー些困難(銅氧化著色溫度低於180°C )，對於某些金屬間脆性化合物的形成難以控制。冷軋複合是在熱軋複合的基礎上發展起來的。冷軋複合屬於壓カ焊接，泛指金屬在再結晶溫度以下進行的焊接過程。原則上說，所有具有足夠延展性的金屬都可以通過冷軋獲得複合材。生產低強度、高塑性、易氧化、小規格及小批量、高精度的複合板，採用冷軋法是可行的。近年來，為了達到冷軋的目的，採用異步軋機軋制複合板已取得了成功。在冷軋複合之前先將金屬板材的表面進行清理，通過被軋制板材的接觸表面相對剪切變形，大於某ー臨界變形程度產生複合，在擴散退火處理後獲得理想的複合界面結構。冷軋可以實現多種組元的結合，並且可以生產複合帶卷，尺寸精確，效率高，因此冷軋複合是當今世界應用最廣泛的金屬層狀複合技術之一。冷軋複合過程廣泛的運用於生產大型層狀板材和薄材。和其他的生產方法相比，冷軋具有操作簡單，容易自動化等優點。材料不能用傳統的熔化方法結合時，可以採用冷軋複合方法。他也是在薄片材料結合和時ー種可靠的方法。但是由於軋制複合過程中沒有充分的擴散和化學反應，因此複合界面的過渡結構在很大程度上並未完全實現，結合強度仍然存在缺憾。

發明內容
本發明的目的是提供一種結合強度較好的銅鋁複合板帶的冷軋製造方法。實現本發明目的的技術方案是ー種銅鋁複合板帶的冷軋製造方法，依次具有以下步驟①對銅板和鋁板進行均勻化退火處理②表面處理首先對經過均勻化退火處理後的銅板和鋁板進行浸洗除油，接著將浸洗後的銅板和鋁板取出乾燥，再用不鏽鋼鋼絲刷打磨銅板和鋁板的待軋複合面；③用冷軋機對銅板和鋁板進行冷軋複合從而獲得銅鋁複合坯板；④對冷軋後的銅鋁複合坯板進行擴散退火處理。上述方案中，上述步驟①中，把銅板置入退火爐中，保持溫度4500C至5000C，持續25至30分鐘；把鋁板置入退火爐中，保持溫度280°C至320°C，持續25至30分鐘。上述方案中，上述步驟②中，對經過均勻化退火處理後的銅板用10%的H2SO4溶液浸洗，對經過均勻化退火處理後的鋁板用5%的NaOH溶液浸洗。上述方案中，上述步驟③中，在軋制前將鋁板的始端彎折並扣壓在銅板的始端上。上述方案中，上述步驟③中，銅板的末端則彎折後扣壓在鋁板的終端上。
上述方案中，上述步驟③中，在對銅板和鋁板進行打磨後的2分鐘內進行冷軋複合從而獲得銅鋁複合坯板。上述方案中，上述步驟③中，所用冷軋機是兩棍不可逆式軋機或兩輥不可逆異步軋機。上述方案中，上述步驟③中，所用鋁板厚度與銅板厚度比值是2. 5至15，冷軋機壓下量是50%至70%。上述方案中，根據權利要求I所述的銅鋁複合板帶的製造方法，其特徵在於上述步驟④中，擴散退火溫度是450°C至600°C，退火時間是10至20分鐘。本發明具有積極的效果(I)本發明通過改進冷軋エ藝操作和エ藝參數，從而在製造過程中使得銅板和鋁板在複合面上進行充分的擴散和化學反應，從而在複合面獲得具有性能優異的過渡結構，有效提高了成品的結合強度。
具體實施例方式(實施例I)本實施例是ー種銅鋁複合板帶的冷軋製造方法，依次具有以下步驟①對銅板和鋁板進行均勻化退火處理把銅板置入退火爐中，保持溫度450°C，持續30分鐘；把鋁板置入退火爐中，保持溫度280°C，持續30分鐘；②表面處理首先對經過均勻化退火處理後的銅板和鋁板進行浸洗除油，接著將浸洗後的銅板和鋁板取出乾燥，再用不鏽鋼鋼絲刷打磨銅板和鋁板的待軋複合面，使得銅板和鋁板的待軋複合面留有刷痕或手感上近似磨砂效果為好；具體的浸洗方式是對經過均勻化退火處理後的銅板用10%的H2SO4溶液浸洗，對經過均勻化退火處理後的鋁板用5%的NaOH溶液浸洗；③在對銅板和鋁板進行打磨後的2分鐘內，用冷軋機對銅板和鋁板進行冷軋複合從而獲得銅鋁複合坯板；所用冷軋機是兩棍不可逆式軋機，在軋制前將鋁板的始端彎折並扣壓在銅板的始端上，銅板的末端則彎折後扣壓在鋁板的終端上；通過折彎扣壓，使軋制過程中銅板與鋁板不跑偏；本實施例所用銅板的厚度是0. 8毫米，鋁板厚度是2毫米，也即鋁板厚度與銅板厚度比值是2. 5，壓下量是50% ；④對冷軋後的銅鋁複合坯板進行擴散退火處理，擴散退火溫度是450°C，退火時間是20分鐘；取出冷卻後即可作為成品。(實施例2)實施例2與實施例I基本相同，不同之處在於步驟①中，把銅板置入退火爐中，保持溫度460°C，持續30分鐘；把鋁板置入退火爐中，保持溫度290°C，持續30分鐘；步驟③中，本實施例所用銅板的厚度是0. 8毫米，鋁板厚度是4毫米，也即鋁板厚度與銅板厚度比值是5，壓下量是50% ；
步驟④中，擴散退火溫度是470°C，退火時間是20分鐘。(實施例3)實施例3與實施例I基本相同，不同之處 在於步驟①中，把銅板置入退火爐中，保持溫度470°C，持續30分鐘；把鋁板置入退火爐中，保持溫度300°C，持續30分鐘；步驟③中，本實施例所用銅板的厚度是0. 8毫米，鋁板厚度是8毫米，也即鋁板厚度與銅板厚度比值是10，壓下量是50% ；步驟④中，擴散退火溫度是500°C，退火時間是15分鐘。(實施例4)實施例4與實施例I基本相同，不同之處在於步驟①中，把銅板置入退火爐中，保持溫度470°C，持續30分鐘；把鋁板置入退火爐中，保持溫度310°C，持續30分鐘；步驟③中，本實施例所用銅板的厚度是0. 8毫米，鋁板厚度是12毫米，也即鋁板厚度與銅板厚度比值是15，壓下量是50% ；步驟④中，擴散退火溫度是550°C，退火時間是15分鐘。(實施例5)實施例5與實施例I基本相同，不同之處在於步驟①中，把銅板置入退火爐中，保持溫度480°C，持續25分鐘；把鋁板置入退火爐中，保持溫度320°C，持續25分鐘；步驟③中，本實施例所用銅板的厚度是0. 8毫米，鋁板厚度是8毫米，也即鋁板厚度與銅板厚度比值是10，壓下量是50% ；步驟④中，擴散退火溫度是550°C，退火時間是10分鐘。(實施例6)實施例6與實施例I基本相同，不同之處在於步驟①中，把銅板置入退火爐中，保持溫度500°C，持續25分鐘；把鋁板置入退火爐中，保持溫度320°C，持續25分鐘；步驟③中，所用冷軋機是兩棍不可逆式軋機，本實施例所用銅板的厚度是0.8毫米，鋁板厚度是12毫米，也即鋁板厚度與銅板厚度比值是15，壓下量是50% ；步驟④中，擴散退火溫度是600°C，退火時間是10分鐘。(實施例7至實施例12)實施例7-12與上述實施例1-6 —一對應，例如實施例7對應實施例I，實施例8對應實施例2，依次對應直至實施例12對應實施例6，所述實施例7-12中的エ藝參數與其所對應各實施例中的エ藝參數相同，唯一不同的是步驟③中，冷軋機壓下量是60%。(實施例13至實施例18)實施例13-18與上述實施例1-6 —一對應，例如實施例13對應實施例1，實施例14對應實施例2，依次對應直至實施例18對應實施例6，所述實施例13-18中的エ藝參數與其所對應各實施例中的エ藝參數相同，唯一不同的是步驟③中，冷軋機壓下量是70%。(實施例19至實施例36)實施例19-36與上述實施例1-18 —一對應，例如實施例9對應實施例1，實施例20對應實施例2，依次對應直至實施例36對應實施例18，所述實施例19-36中的エ藝參數與其所對應各實施例中的エ藝參數相同，唯一不同的是步驟③中，所用冷軋機是兩輥不可逆異步軋機。對上述實施例1-36所製造的成品銅鋁複合帶板各取三份樣品進行檢測，其結果如下(I)鋁板厚度和銅板厚度的比值存在一個臨界點，就樣品而言是10，當大於這ー值吋，隨著著鋁板厚度和銅板厚度的比值的增加，成品銅鋁複合板帶的結合強度増大。當小於這ー值時，成品銅鋁複合板帶的結合強度隨層厚比的増加而減小。另外，鋁板厚度和銅板厚度的比值越大軋後銅鋁層厚比更接近於軋前的銅鋁層厚比，即鋁板厚度和銅板厚度的比值大時有利於獲得平直的複合板。(2)隨著壓下量的 増大，軋後銅鋁層厚比趨近於原始銅鋁層厚比。壓下量越大，成品銅鋁複合板帶的結合強度越大，結合力分布越均勻。(3)擴散退火宜選用的熱處理工藝為高溫短時退火470°C至550°C，保溫時間10至10分鐘，此時成品銅鋁複合板帶的結合強度較佳。(4)通過異步軋制能獲得更薄的板。在相同壓下量下，異步軋制複合板比同步軋制複合板的結合強度高。(5)本發明方法與傳統冷軋方式相比，可獲得具有更高結合強度的銅鋁複合帶板，其結合強度甚至可達傳統冷軋複合帶板的3倍。顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬於本發明的實質精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.ー種銅鋁複合板帶的冷軋製造方法，依次具有以下步驟 ①對銅板和鋁板進行均勻化退火處理 ②表面處理首先對經過均勻化退火處理後的銅板和鋁板進行浸洗除油，接著將浸洗後的銅板和鋁板取出乾燥，再用不鏽鋼鋼絲刷打磨銅板和鋁板的待軋複合面； ③用冷軋機對銅板和鋁板進行冷軋複合從而獲得銅鋁複合坯板； ④對冷軋後的銅鋁複合坯板進行擴散退火處理。
2.根據權利要求I所述的銅鋁複合板帶的冷軋製造方法，其特徵在於上述步驟①中，把銅板置入退火爐中，保持溫度450°C至500°C，持續25至30分鐘；把鋁板置入退火爐中，保持溫度280°C至320°C，持續25至30分鐘。
3.根據權利要求I所述的銅鋁複合板帶的冷軋製造方法，其特徵在於上述步驟②中，對經過均勻化退火處理後的銅板用10%的H2SO4溶液浸洗，對經過均勻化退火處理後的鋁板用5%的NaOH溶液浸洗。
4.根據權利要求I所述的銅鋁複合板帶的冷軋製造方法，其特徵在於上述步驟③中，在軋制前將鋁板的始端彎折並扣壓在銅板的始端上。
5.根據權利要求4所述的銅鋁複合板帶的冷軋製造方法，其特徵在於上述步驟③中，銅板的末端則彎折後扣壓在鋁板的終端上。
6.根據權利要求I所述的銅鋁複合板帶的冷軋製造方法，其特徵在於上述步驟③中，在對銅板和鋁板進行打磨後的2分鐘內進行冷軋複合從而獲得銅鋁複合坯板。
7.根據權利要求I所述的銅鋁複合板帶的冷軋製造方法，其特徵在於上述步驟③中，所用冷軋機是兩棍不可逆式軋機或兩輥不可逆異步軋機。
8.根據權利要求I所述的銅鋁複合板帶的冷軋製造方法，其特徵在於上述步驟③中，所用鋁板厚度與銅板厚度比值是2. 5至15，冷軋機壓下量是50%至70%。
9.根據權利要求I所述的銅鋁複合板帶的冷軋製造方法，其特徵在於根據權利要求I所述的銅鋁複合板帶的製造方法，其特徵在於上述步驟④中，擴散退火溫度是450°C至600°C，退火時間是10至20分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種銅鋁複合板帶的冷軋製造方法，依次具有以下步驟①對銅板和鋁板進行均勻化退火處理②表面處理首先對經過均勻化退火處理後的銅板和鋁板進行浸洗除油，接著將浸洗後的銅板和鋁板取出乾燥，再用不鏽鋼鋼絲刷打磨銅板和鋁板的待軋複合面；③用冷軋機對銅板和鋁板進行冷軋複合從而獲得銅鋁複合坯板；④對冷軋後的銅鋁複合坯板進行擴散退火處理。本發明通過改進冷軋工藝操作和工藝參數，從而在製造過程中使得銅板和鋁板在複合面上進行充分的擴散和化學反應，從而在複合面獲得具有性能優異的過渡結構，有效提高了成品的結合強度。
文檔編號B21B1/38GK102615102SQ201210112649
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月17日 優先權日2012年4月17日
發明者司正慶, 林中華 申請人:紅光電氣集團有限公司