一種銅鋁複合金屬板帶鋁基體層材料、板帶及其加工方法
2023-06-26 21:47:46 1
專利名稱：一種銅鋁複合金屬板帶鋁基體層材料、板帶及其加工方法
技術領域：
本發明涉及一種銅鋁複合金屬板帶鋁基體層材料，同時還涉及該金屬板帶及其加工方法，屬於材料加工領域。
背景技術：
我國銅資源匱乏，大部分依賴進口，而且銅資源價格昂貴，因此有效的合理利用銅資源的研究成為重中之重。銅鋁複合金屬板帶的研發為銅資源的有效節約利用提供了新的方向，銅鋁複合金屬板帶是將鋁板帶與銅板帶連鑄複合成型，其成品美觀，耐用，加工性能好，節省了銅資源的消耗，可代替裝飾用的銅板帶，具有良好的推廣前景。但是銅鋁複合板帶並不是銅板帶，其物理化學性能及加工性能在很多情況下並不能滿足實際應用需求，尤其是高精度銅鋁複合板帶的加工技術。目前國內生產的高精度銅鋁複合板帶存在很多問題，加工效率低，考慮銅鋁的性能差異，加工精度低，加工後銅鋁的結合強度不高，容易分層，在折彎加工中銅面容易開裂，材料的強度不夠等等一些問題。現有技術中，已公開一種爆炸加軋制製造全包銅鋁複合排的製備方法(一種爆炸加軋制製造全包銅鋁複合排的製備方法，申請號201110404399. 6)，該方法具體步驟如下I)爆炸焊接選用銅層的厚度在0. 5 10mm，鋁基材的厚度在3 IOOmm ;純銅板與鋁板結合的表面亦打磨處理進行二次爆炸焊接純銅板得到坯料；2)軋制切斷，將爆炸製成的雙面半成品進行連續軋制，每道軋制時軋機均安裝上下邊緣均有凸緣的方孔孔型軋輥進行軋制，直到切斷坯料；3)然後進行退火，低溫退火溫度為200-350°C，0. 5-2小時，爐內溫度均勻；4)然後進行軋製成型、拉拔軋制全包坯料，軋制3-6道次至母線排；進行低溫退火，溫度200-350°C，時間0. 5-2小時，最後拉拔拋光。採用該方法製備的產品具有抗拉強度高、延伸率好的優點，但是該方法製得的銅鋁複合排結合強度、折彎性能均不能滿足實際需要。
發明內容
本發明的目的是提供一種結合強度高、折彎不易開裂的銅鋁複合金屬板帶鋁基體層材料。為了實現以上目的，本發明所採用的技術方案是提供一種銅鋁複合金屬板帶鋁基體層材料，所述鋁基體層材料由以下質量分數的成分組成=SiO. 04-0. 08%、FeO. 5-1. 2%、CuO. 1-0. 4%,MnO. 2-2. 0%、TiO. 02-0. 03%，餘量為 Al。本發明銅鋁複合金屬板帶鋁基體層材料通過調整鋁基體層材料中S1、Fe、Cu、Mn、Ti等元素的含量，改善鋁基體層的機械加工性能，使鋁基體層的加工性能和銅覆蓋層的加工性能協調，對銅鋁複合材料整體性能的優化有著至關重要的作用。本發明的目的還在於提供一種銅鋁複合金屬板帶。本發明所採用的技術方案還在於提供一種銅鋁複合金屬板帶，所述銅鋁複合板帶包括鋁基體層和銅覆蓋層，鋁基體層由鋁基體層材料組成，鋁基體層材料由以下質量分數的成分組成SiO. 04-0. 08%、FeO. 5-1. 2%、CuO. 1-0. 4%, MnO. 2-2. 0%、TiO. 02-0. 03%，餘量為Al ;銅覆蓋層由銅覆蓋層材料組成，銅覆蓋層材料牌號為TU2，狀態為TM。所述銅覆蓋層覆蓋在鋁基體層上、下兩面中的至少一面上。本發明銅鋁複合金屬板帶採用牌號為TU2，狀態為TM的銅覆蓋層材料作為銅覆蓋層，能夠進一步協調鋁基體層和銅覆蓋層的加工性能。本發明的目的還在於提供一種銅鋁複合金屬板帶的加工方法。本發明所採用的技術方案還在於提供一種銅鋁複合金屬板帶的加工方法，包括以下步驟I)在制品軋制將鋁基體層材料和銅覆蓋層材料複合鑄成銅鋁複合坯料，然後將銅鋁複合坯料進行軋制，總加工率為40-75%，每道次加工率為不大於25% ；2)在制品退火將步驟I)軋制後的銅鋁複合坯料進行退火處理，在惰性氣體保護下，在180-220°C保溫l_2h，升溫至270-310°C保溫l_2h，再升溫至330_370°C保溫4_6h，冷卻至50-70°C出爐，得到粗坯；3)成品軋制將步驟2)得到的粗坯進行軋製得到成品，總加工率為40-60%，每道次加工率為不大於20% ；4)成品退火將步驟3)得到的成品進行退火處理，在惰性氣體保護下，在180_210°C保溫l_2h，升溫至230-250°C保溫l_2h，升溫至280-300°C保溫l_2h，再升溫到310_330°C保溫3_5h，冷卻至50-70°C出爐，得到銅鋁複合金屬板帶。所述惰性氣體為氮氣或氬氣。所述步驟I)中軋制張力控制在15-20N/mm2，軋制速度為120_150m/min。所述步驟3)中軋制張力控制在12-20N/mm2，軋制速度為100_130m/min。所述銅覆蓋層的厚度為銅鋁複合坯料厚度的10-20%。所述銅鋁複合坯料的製備方法包括以下步驟I)材料準備a)按配方量取鋁基體層材料各組分，先將鋁錠在770-850°C下熔煉，再加入S1、Fe、Cu、Mn、Ti熔融，精煉除氣，將精煉除氣後的熔融液在690_820°C下靜置5_15min，再澆入預熱的鑄嘴中，澆鑄出的鋁合金液體經冷卻結晶至半熔態；b)按配方量取銅覆蓋層材料，經鹼洗脫脂處理後，再進行單面打磨，打磨至該面無氧化層，打磨完畢將銅覆蓋層材料加熱至230-250°C ；2)將半熔態鋁合金與步驟b)處理後銅覆蓋層材料的打磨麵接觸，進行無氧高壓連續鑄軋得到銅鋁複合坯料。所述步驟2)中軋制速度為0. 5-1. 5m/s，軋制壓力為6 X 106_12 X 106N。本發明銅鋁複合坯料的製備方法也可採用其他常規方法。本發明採用多道次軋制，降低單道次加工率，有利於板型的控制及後續退火處理對銅鋁複合強度的恢復，同時採用分段式退火，提高了退火的穩定性，進一步保證了銅鋁複合材料的板型及與純銅相近的外觀質量，並抑制銅鋁因性能差異造成的異常。另外，本發明方法製得的銅鋁複合金屬板帶具有以下優點1、結合強度高，可達120Mpa以上；2、90°折彎不開裂；3、材料硬度高，銅面硬度(HV=O. 3) 55-70，鋁面硬度(HV=O. 3)40-50 ;4、抗拉強度可達150-160MPa，延伸率達10-20%。
具體實施例方式實施例1本實施例的銅鋁複合金屬板帶鋁基體層材料，鋁基體層材料由以下質量分數的成分組成SiO. 08%、Fel. 2%, CuO. l%、MnO. 2%、TiO. 02%，餘量為 Al。本實施例的銅鋁複合金屬板帶，包括鋁基體層和銅覆蓋層，鋁基體層由本實施例的鋁基體層材料組成，銅覆蓋層由銅覆蓋層材料組成，銅覆蓋層材料牌號為TU2，狀態為TM。銅覆蓋層覆蓋在鋁基體層的上表面上。本實施例的銅鋁複合金屬板帶的加工方法，包括以下步驟I)材料準備a)按配方量取鋁基體層材料各組分，先將鋁錠在770°C下熔煉，再加入S1、Fe、Cu、Mn、Ti熔融，精煉除氣，將精煉除氣後的熔融液在820°C下靜置15min，再澆入預熱的鑄嘴中，澆鑄出的鋁合金液體經冷卻結晶至半熔態；b)按配方量取銅覆蓋層材料，經鹼洗脫脂處理後，再進行單面打磨，打磨至該面無氧化層，打磨完畢將銅覆蓋層材料加熱至230°C ；2)將半熔態鋁合金與步驟b)處理後銅覆蓋層材料的打磨麵接觸，進行無氧高壓連續鑄軋，軋制速度為1. Om/s，軋制壓力為9 X IO6N,得到厚度為7. Omm的銅鋁複合坯料，銅覆蓋層的厚度為銅鋁複合坯料厚度的10% ；3)在制品軋制將步驟2)的銅鋁複合坯料進行軋制，軋制設備為四輥軋機，軋制張力控制在15N/mm2，總加工率為75%，每道次加工率不大於25%，軋制速度為120m/min ；4)在制品退火將步驟3)軋制後的銅鋁複合坯料進行退火處理，在鐘罩式退火爐中，氮氣保護氣氛下，200°C保溫2h，升溫至290°C保溫2h，再升溫至350°C保溫4h，冷卻至60°C出爐，得到粗坯；5)成品軋制將步驟4)得到的粗坯進行軋製得到成品，軋制設備為四輥軋機，軋制張力控制在20N/mm2，總加工率為60%，每道次加工率不大於20%，軋制速度為100m/min ；6)成品退火將步驟5)得到的成品進行退火處理，在鐘罩式退火爐中，氮氣保護氣氛下，195°C保溫2h，升溫至240°C保溫lh，升溫至290°C保溫2h，再升溫到310°C保溫5h，冷卻至60°C出爐，得到銅鋁複合金屬板帶。實施例2本實施例的銅鋁複合金屬板帶材料，包括鋁基體層材料和銅覆蓋層材料，鋁基體層材料由以下質量分數的成分組成SiO. 04%、FeO. 5%、CuO. 4%、Mn2. 0%、TiO. 03%,餘量為Al。
本實施例的銅鋁複合金屬板帶，包括鋁基體層和銅覆蓋層，鋁基體層由本實施例的鋁基體層材料組成，銅覆蓋層由銅覆蓋層材料組成，銅覆蓋層材料牌號為TU2，狀態為TM。銅覆蓋層覆蓋在鋁基體層的下表面上。本實施例的銅鋁複合金屬板帶的加工方法，包括以下步驟I)材料準備a)按配方量取鋁基體層材料各組分，先將鋁錠在850°C下熔煉，再加入S1、Fe、Cu、Mn,Ti熔融，精煉除氣，將精煉除氣後的熔融液在690°C下靜置5min，再澆入預熱的鑄嘴中，澆鑄出的鋁合金液體經冷卻結晶至半熔態；b)按配方量取銅覆蓋層材料，經鹼洗脫脂處理後，再進行單面打磨，打磨至該面無氧化層，打磨完畢將銅覆蓋層材料加熱至240°C ；2)將半熔態鋁合金與步驟b)處理後銅覆蓋層材料的打磨麵接觸，進行無氧高壓連續鑄軋，軋制速度為1. 5m/s，軋制壓力為6 X IO6N,得到厚度為8. Omm的銅鋁複合坯料，銅覆蓋層的厚度為銅鋁複合坯料厚度的15% ；3)在制品軋制將步驟2)的銅鋁複合坯料進行軋制，軋制設備為四輥軋機，軋制張力控制在20N/mm2，總加工率為40%，每道次加工率不大於25%，軋制速度為150m/min ；4)在制品退火將步驟3)軋制後的銅鋁複合坯料進行退火處理，在鐘罩式退火爐中，氮氣保護氣氛下，220°C保溫lh，升溫至310°C保溫lh，再升溫至370°C保溫5h，冷卻至70°C出爐，得到粗坯；5)成品軋制將步驟4)得到的粗坯進行軋製得到成品，軋制設備為四輥軋機，軋制張力控制在12N/mm2，總加工率為40%，每道次加工率不大於20%，軋制速度為130m/min ；6)成品退火將步驟5)得到的成品進行退火處理，在鐘罩式退火爐中，氮氣保護氣氛下，180°C保溫lh，升溫至230°C保溫2h，升溫至300°C保溫lh，再升溫到330°C保溫3h，冷卻至70°C出爐，得到銅鋁複合金屬板帶。實施例3本實施例的銅鋁複合金屬板帶材料，包括鋁基體層材料和銅覆蓋層材料，鋁基體層材料由以下質量分數的成分組成SiO. 06%, FeO. 85%, CuO. 25%, Mn1. l%、TiO. 025%，餘量為Al。本實施例的銅鋁複合金屬板帶，包括鋁基體層和銅覆蓋層，鋁基體層由本實施例的鋁基體層材料組成，銅覆蓋層由銅覆蓋層材料組成，銅覆蓋層材料牌號為TU2，狀態為TM。銅覆蓋層覆蓋在鋁基體層的上、下表面上。本實施例的銅鋁複合金屬板帶的加工方法，包括以下步驟I)材料準備a)按配方量取鋁基體層材料各組分，先將鋁錠在810°C下熔煉，再加入S1、Fe、Cu、Mn、Ti熔融，精煉除氣，將精煉除氣後的熔融液在755°C下靜置lOmin，再澆入預熱的鑄嘴中，澆鑄出的鋁合金液體經冷卻結晶至半熔態；
b)按配方量取銅覆蓋層材料，經鹼洗脫脂處理後，再進行單面打磨，打磨至該面無氧化層，打磨完畢將銅覆蓋層材料加熱至250°C ；2)將半熔態鋁合金與步驟b)處理後銅覆蓋層材料的打磨麵接觸，進行無氧高壓連續鑄軋，軋制速度為0. 5m/s，軋制壓力為12 X IO6N,得到厚度為10. Omm的銅鋁複合坯料，銅覆蓋層的厚度為銅鋁複合坯料厚度的20% ；3)在制品軋制將步驟2)的銅鋁複合坯料進行軋制，軋制設備為四輥軋機，軋制張力控制在17. 5N/mm2，總加工率為58%，每道次加工率不大於25%，軋制速度為135m/min ；4)在制品退火將步驟3)軋制後的銅鋁複合坯料進行退火處理，在鐘罩式退火爐中，氬氣保護氣氛下，180°C保溫1. 5h，升溫至270°C保溫1. 5h，再升溫至330°C保溫6h，冷卻至50°C出爐，得到粗坯；5)成品軋制將步驟4)得到的粗坯進行軋製得到成品，軋制設備為四輥軋機，軋制張力控制在16N/mm2，總加工率為50%，每道次加工率不大於20%，軋制速度為115m/min ；6)成品退火將步驟5)得到的成品進行退火處理，在鐘罩式退火爐中，氬氣保護氣氛下，210°C保溫1. 5h，升溫至250°C保溫1. 5h，升溫至280°C保溫1. 5h，再升溫到320°C保溫4h，冷卻至50°C出爐，得到銅鋁複合金屬板帶。對比例本對比例的銅鋁複合排鋁基體材料，鋁基體材料由以下質量分數的成分組成SiO. 06%、FeO. 85%、CuO. 25%、Mnl. 1%、TiO. 025%,餘量為 Al。本對比例的銅鋁複合排，包括鋁板和銅板，鋁板由本對比例的鋁基體材料組成，銅板由銅覆蓋層材料組成，銅覆蓋層材料牌號為TU2，狀態為TM。銅板覆蓋在鋁板的上、下表面上。本對比例的銅鋁複合排的加工方法，包括以下步驟I)爆炸焊接選用銅板的厚度在10mm，鋁基材的厚度在IOOmm ;銅板與鋁板結合的表面亦打磨處理進行二次爆炸焊接純銅板得到坯料；2)軋制切斷，將爆炸製成的雙面半成品進行連續軋制，每道軋制時軋機均安裝上下邊緣均有凸緣的方孔孔型軋輥進行軋制，直到切斷坯料；3)然後進行退火，低溫退火溫度為300°C，2h，爐內溫度均勻；4)然後進行軋製成型軋制全包還料，軋速為10m/min,軋制5道次至母線排；5)進行低溫退火，溫度350°C，時間1. 5h，最後拉拔拋光即得。實驗例實施例1-3的產品性能檢測，結果如表I所示。表I實施例1-3產品性能檢測
權利要求
1.ー種銅鋁複合金屬板帶鋁基體層材料，其特徵在於，所述鋁基體層材料由以下質量分數的成分組成SiO. 04-0. 08%、FeO. 5-1. 2%、CuO. 1-0. 4%, MnO. 2-2. 0%、TiO. 02-0. 03%，餘量為Al。
2.ー種銅鋁複合金屬板帶，其特徵在於，所述銅鋁複合板帶包括鋁基體層和銅覆蓋層，鋁基體層由鋁基體層材料組成，鋁基體層材料由以下質量分數的成分組成SiO. 04-0. 08%、FeO. 5-1. 2%、CuO. 1-0. 4%、MnO. 2-2. 0%、TiO. 02-0. 03%，餘量為 Al ;銅覆蓋層由銅覆蓋層材料組成，銅覆蓋層材料牌號為TU2，狀態為TM。
3.根據權利要求2所述的ー種銅鋁複合金屬板帶，其特徵在於，所述銅覆蓋層覆蓋在鋁基體層上、下兩面中的至少一面上。
4.一種如權利要求2所述的銅鋁複合金屬板帶的加工方法，其特徵在於，包括以下步驟 1)在制品軋制 將鋁基體層材料和銅覆蓋層材料複合鑄成銅鋁複合坯料，然後將銅鋁複合坯料進行軋制，總加工率為40-75%，每道次加工率為不大於25% ； 2)在制品退火 將步驟I)軋制後的銅鋁複合坯料進行退火處理，在惰性氣體保護下，在180-220°C保溫l_2h，升溫至270-310°C保溫l_2h，再升溫至330-370°C保溫4-6h，冷卻至50_70°C出爐，得到粗坯； 3)成品乳制 將步驟2)得到的粗坯進行軋製得到成品，總加工率為40-60%，每道次加工率為不大於20% ； 4)成品退火 將步驟3)得到的成品進行退火處理，在惰性氣體保護下，在180-210°C保溫l_2h，升溫至230-250°C保溫l_2h，升溫至280-300°C保溫l_2h，再升溫到310_330°C保溫3_5h，冷卻至50-70°C出爐，得到銅鋁複合金屬板帯。
5.根據權利要求4所述的ー種銅鋁複合金屬板帶的加工方法，其特徵在於，所述銅覆蓋層的厚度為銅鋁複合坯料厚度的10-20%。
6.根據權利要求4所述的ー種銅鋁複合金屬板帶的加工方法，其特徵在幹，所述銅鋁複合坯料的製備方法包括以下步驟 1)材料準備 a)按配方量取鋁基體層材料各組分，先將鋁錠在770-850°C下熔煉，再加入S1、Fe、Cu、Mn,Ti熔融，精煉除氣，將精煉除氣後的熔融液在690-820°C下靜置5_15min，再澆入預熱的鑄嘴中，澆鑄出的鋁合金液體經冷卻結晶至半熔態； b)按配方量取銅覆蓋層材料，經鹼洗脫脂處理後，再進行單面打磨，打磨至該面無氧化層，打磨完畢將銅覆蓋層材料加熱至230-250°C ； 2)將半熔態鋁合金與步驟b)處理後銅覆蓋層材料的打磨麵接觸，進行無氧高壓連續鑄軋得到銅鋁複合坯料。
7.根據權利要求6所述的ー種銅鋁複合金屬板帶的加工方法，其特徵在於，所述步驟2)中軋制速度為0. 5-1. 5m/s，軋制壓カ為6X 106-12X 106No
8.根據權利要求4所述的ー種銅鋁複合金屬板帶的加工方法，其特徵在幹，所述惰性氣體為氮氣或氬氣。
9.根據權利要求4所述的ー種銅鋁複合金屬板帶的加工方法，其特徵在於，所述步驟
I)中軋制張力控制在15-20N/mm2，軋制速度為120-150m/min。
10.根據權利要求4所述的ー種銅鋁複合金屬板帶的加工方法，其特徵在於，所述步驟3)中軋制張力控制在12-20N/mm2，軋制速度為100-130m/min。
全文摘要
本發明公開了一種銅鋁複合金屬板帶鋁基體層材料、板帶及其加工方法。本發明的銅鋁複合金屬板帶鋁基體層材料通過在鋁基體層材料中加入Si、Fe、Cu、Mn、Ti元素，能有效的改善鋁基體層的機械加工性能，使鋁基體層的加工性能和銅覆蓋層的加工性能協調。本發明銅鋁複合金屬板帶採用牌號為TU2，狀態為TM的銅覆蓋層材料作為銅覆蓋層，能夠進一步協調鋁基體層和銅覆蓋層的加工性能。本發明採用多道次軋制，降低單道次加工率，分段式退火，提高了退火的穩定性，抑制了銅鋁因性能差異造成的異常。本發明方法製得的銅鋁複合金屬板帶具有結合強度高、折彎不易開裂的優點。
文檔編號B21B37/46GK103029377SQ20131001281
公開日2013年4月10日 申請日期2013年1月14日 優先權日2013年1月14日
發明者尚鄭平, 王項, 鞏旭東, 符利強, 徐湯紅, 樊延府 申請人:洛陽銅一金屬材料發展有限公司