一種貴/廉金屬層狀複合材料零部件冷壓複合成形方法

2023-04-28 17:56:31 1

專利名稱：一種貴/廉金屬層狀複合材料零部件冷壓複合成形方法
技術領域：
本發明涉及金屬層狀複合材料零部件製備技術領域，特別是提供了一種貴/廉金
屬層狀複合材料零部件冷壓複合成形方法。
背景技術：
貴/廉金屬層狀複合材料零部件(如滑環、換向片、觸頭等)由於充分結合了貴金屬(如金、銀及其合金)優良的導電、導熱、化學穩定性等特點以及廉金屬(如銅、鋁及其合金)力學性能好、資源豐富、材料成本低等特性，不但保證了零部件優異的導電性、導熱性和抗氧化、抗腐蝕等性能，提高了零件的整體強度，而且顯著減少了貴金屬用量，大幅度降低了零部件生產成本，在高端微型精密儀器、微型電控儀表、無線電元件以及半導體器件等方面應用廣泛。 目前已經公開報導的貴/廉金屬層狀複合材料零部件的製備方法一般是採用軋制+擴散退火、電鍍+退火+軋制、爆炸複合+熱處理+軋制、滾焊複合+軋制+退火等工藝成形貴/廉金屬層狀複合板材[陳燕俊.貴金屬層疊複合材料的製備工藝與界面研究.浙江大學碩士學位論文，2001 ;餘前春，等.微異型接點帶製備方法的研究現狀.貴金屬，2005，26(2) :72-74]，然後機加工製備貴/廉金屬層狀複合材料零部件。但是，這些製備方法都明顯地存在著一些不足(l)工藝較為複雜，周期長；(2)複合材料界面狀態的一致性和均勻性較差，結合強度低；(3)需要採用機加工將複合材料加工成零部件，貴金屬浪費嚴重，生產成本高。 冷壓焊是在沒有外部熱源或電流作用以及填充劑或焊劑的條件下，通過在室溫下對工件施加壓力的方法，使金屬產生塑性變形，將連接部位界面上的氧化膜和其他雜質擠出來，使純淨的金屬壓接到一定的原子間距(約4X10—8 6X10—8cm)形成晶格面，產生原子之間的結合，而實現固態焊接的一種方法。冷壓焊主要適用於硬度不高、塑性好的金屬薄板、線材、棒材和管材的連接。特別適宜於在焊接中不允許接頭升溫的產品；很多不會產生快速加工硬化或未經嚴重硬化的塑性金屬如Cu、Al、Ag、Au、Ni、Zn、Cd、Ti、Pb及其合金，均適合冷壓焊；它們之間的任意組合，包括液相、固相不相溶的非共格金屬如Al與Pb、 Zn與Pb等的組合，也可進行冷壓焊。因冷壓焊的焊接接頭不會產生軟化區、熱影響區和脆性金屬
中間相，因此接頭的結合強度、導電性能和耐腐蝕性都很好。但是，傳統的冷壓焊技術僅僅是一種材料連接技術，還不是一種複合材料的成形技術；並且，傳統的冷壓焊技術需要將連
接部位界面上的氧化膜和其他雜質在壓力下產生塑性變形擠出來，導致出現焊接飛邊、毛剌，要進行後續處理去除，存在著工藝複雜、周期長，貴金屬浪費嚴重、成本較高，複合材料界面的平直度較差，產品的形狀尺寸難以精確控制等問題。 因此，充分利用傳統冷壓焊技術和能精確控制產品形狀尺寸的精密模鍛技術的優點，將二者在原理上相結合，合二為一，開發一種不產生飛邊和毛剌、複合材料界面平直、產品形狀尺寸精確控制的冷壓複合成形技術，克服傳統貴/廉金屬層狀複合材料零部件製備工藝的不足，直接近終成形高質量貴/廉金屬層狀複合材料零部件，特別是小型或變截面貴/廉金屬層狀複合材料零部件，具有十分重要的意義。

發明內容
本發明的目的在於提供一種貴/廉金屬層狀複合材料零部件冷壓複合成形方法， 解決目前貴/廉金屬層狀複合材料零部件生產中工藝複雜、周期長、貴金屬浪費嚴重、產品 的界面尺寸均勻性較差、界面結合強度低、生產成本高等問題。
—種貴/廉金屬層狀複合材料零部件冷壓複合成形方法，具體步驟如下 (i)根據i : i i : ioo的層厚比要求，機加工分別製備所需尺寸的貴金屬板坯
和廉金屬板坯； (2)對上述板坯進行退火處理，退火溫度為260 550°C 、保溫時間為30 60min ; (3)用鋼刷對退火後的板坯待覆合表面進行處理； (4)將貴金屬板坯和廉金屬板坯上下疊合在一起，然後裝入模具內； (5)對貴/廉金屬疊合板坯進行冷壓複合成形，壓下速率為0. 1 2mm/min、壓下
率為65% 80% ; (6)取出已複合的貴/廉金屬層狀複合材料，在450 55(TC氫氣保護下退火 1. 5 2. 5h ; (7)將退火後的貴/廉金屬層狀複合材料按與(4)中貴金屬與廉金屬上下反向的 方式放入模具內； (8)以壓下速率為O. 1 2mm/min對貴/廉金屬層狀複合材料進行精密成形，直至 材料充滿模具型腔，即成形獲得界面平直、結合強度高的貴/廉金屬層狀複合材料零部件。
本發明所述的貴金屬為純金、純銀、金合金、銀合金；所述的廉金屬為純銅、純鋁、 銅合金、鋁合金。 本發明採用廉金屬為基體，貴金屬為覆層材料，藉助貴金屬和廉金屬在室溫下受 到壓力產生大的塑性變形，界面純淨金屬通過壓接產生原子之間的結合，並利用複合坯料 在成形過程中與模具接觸界面受力狀況對複合界面平直度的影響，在模具的約束下完成冷 壓複合成形，直接獲得界面平直、結合強度高、無飛邊和毛剌、產品形狀尺寸精確控制的貴/ 廉金屬層狀複合材料零部件。 本發明提供的貴/廉金屬層狀複合材料零部件冷壓複合成形方法的優點在於
(1)貴/廉金屬層狀複合材料的界面平直，結合強度高； (2)在從坯料到成品的整個生產過程中無需對貴金屬進行機加工，貴金屬利用率 高； (3)可以直接近終成形形狀比較複雜的貴/廉金屬層狀複合材料零部件，流程和 周期短； (4)通過改變模具形狀可以成形多種形狀的貴/廉金屬層狀複合材料零部件，適 用範圍廣； (5)特別適用於製備小型或變截面貴/廉金屬層狀複合材料零部件。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明進行具體描述，有必要在此指出的是本實施例只用於對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，該領域的熟練技術人員可 以根據上述本發明的內容做出一些非本質的改進和調整。
實施例1 : 尺寸為30X3X 1. 8mm的銀/銅層狀複合材料零部件的成形。 (1)機加工分別製備6. 75X3X 1. 6mm的純銀板坯和6. 75X3X6. 4mm的純銅板
坯； (2)對上述板坯進行退火處理，純銀板坯退火溫度為360°C 、保溫時間為30min，純
銅板坯退火溫度為55(TC、保溫時間為30min ; (3)用鋼刷對退火後的板坯待覆合表面進行處理； (4)先將純銅板坯裝入模具底部，然後再將純銀板坯放入模具內，疊放在純銅板坯 上面； (5)對銀/銅疊合板坯進行冷壓複合成形，壓下速率為2mm/min、壓下率為75% ;
(6)取出已複合的銀/銅層狀複合材料，在45(TC氫氣保護下退火2.5h;
(7)將退火後的銀/銅層狀複合材料反向(純銅基體在上、純銀覆層在下)放入模 具內； (8)以壓下速率為O. lmm/min對銀/銅層狀複合材料進行精密成形，直至材料充滿 模具型腔，即成形獲得界面平直、結合強度高的30 X 3 X 1. 8mm銀/銅層狀複合材料零部件。
實施例2 : 尺寸為13. 6X 1. 2X2. 5mm的AuAglO合金/銅層狀複合材料零部件的成形。
(1)機加工分別製備4. 2 X 1. 2 X 1. 5mm的AuAglO合金板坯和4. 2 X 1. 2 X 6. 6mm的 純銅板坯； (2)對上述板坯進行退火處理，AuAglO合金板坯退火溫度為26(TC、保溫時間為 60min，純銅板坯退火溫度為45(TC、保溫時間為60min ;
(3)用鋼刷對退火後的板坯待覆合表面進行處理； (4)先將AuAglO合金板坯裝入模具底部，然後再將純銅板坯放入模具內，疊放在 AuAglO合金板坯上面； (5)對AuAglO合金/銅疊合板坯進行冷壓複合成形，製備AuAglO合金/銅層狀復 合材料，壓下速率為0. lmm/min、壓下率為65% ; (6)取出已複合的AuAglO合金/銅層狀複合材料，在55(TC氫氣保護下退火1. 5h ;
(7)將退火後的AuAglO合金/銅層狀複合材料反向(AuAglO合金覆層在上、純銅 基體在下)放入模具內； (8)以壓下速率為2mm/min對AuAglO合金/銅層狀複合材料進行精密成形，直至 材料充滿模具型腔，即成形獲得界面平直、結合強度高的13. 6X 1. 2X2. 5mmAuAg10合金/ 銅層狀複合材料零部件。
實施例3 : 由尺寸為15. 75X1. 2X2mm、9X3X2mm的兩段構成的銀/銅層狀複合材料零部件 的成形。 (1)機加工分別製備由尺寸為10. 5X1. 2X0. 5mm、6X3X0. 5mm的兩段構成的純 銀板坯和由尺寸為10. 5X1. 2X2. 5mm、6X3X2. 5mm的兩段構成的純銅板坯；
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(2)對上述板坯進行退火處理，純銀板坯退火溫度為300°C 、保溫時間為40min，純
銅板坯退火溫度為50(TC、保溫時間為40min ; (3)用鋼刷對退火後的板坯待覆合表面進行處理； (4)先將純銀板坯裝入模具底部，然後再將純銅板坯放入模具內，疊放在純銀板坯 上面； (5)對銀/銅疊合板坯進行冷壓複合成形，壓下速率為2mm/min、壓下率為70% ;
(6)取出已複合的銀/銅層狀複合材料，在50(TC氫氣保護下退火2h;
(7)將退火後的銀/銅層狀複合材料反向(純銀覆層在上、純銅基體在下)放入模 具內； (8)以壓下速率為2mm/min對銀/銅層狀複合材料進行精密成形，直至材料充滿模 具型腔，即成形獲得界面平直、結合強度高的由尺寸為15. 75X1. 2X2mm、9X3X2mm的兩 段構成的銀/銅層狀複合材料零部件。
實施例4 : 由尺寸為19. 84X1. 5X2. 5mm、13. 76X2. 5X2. 5mm的兩段構成的AuAglO合金/ 銅層狀複合材料零部件的成形。 (1)機加工分別製備由尺寸為12. 4X1. 5X0. 8mm、8. 6X2. 5X0. 8mm的兩段構成 的AuAglO合金板坯和由尺寸為12. 4X 1. 5X3. 2mm、8. 6X2. 5X3. 2mm的兩段構成的純銅板 坯； (2)對上述板坯進行退火處理，AuAglO合金板坯退火溫度為28(TC、保溫時間為 35min，純銅板坯退火溫度為520。C、保溫時間為35min ;
(3)用鋼刷對退火後的板坯待覆合表面進行處理； (4)先將純銅板坯裝入模具底部，然後再將AuAglO合金板坯放入模具內，疊放在 純銅板坯上面； (5)對AuAglO合金/銅疊合板坯進行冷壓複合成形，壓下速率為0. lmm/min、壓下 率為72% ; (6)取出已複合的AuAglO合金/銅層狀複合材料，在48(TC氫氣保護下退火2. 2h ;
(7)將退火後的AuAglO合金/銅層狀複合材料反向(純銅基體在上、AuAg10合金 覆層在下)放入模具內； (8)以壓下速率為0. lmm/min對AuAglO合金/銅層狀複合材料進行精密成形，直 至材料充滿模具型腔，即成形獲得界面平直、結合強度高的由尺寸為19. 84X 1. 5X2. 5mm、 13. 76X2. 5X2. 5mm的兩段構成的AuAglO合金/銅層狀複合材料零部件。
權利要求
一種貴/廉金屬層狀複合材料零部件冷壓複合成形方法，其特徵在於(1)根據1∶1～1∶100的層厚比要求，機加工分別製備所需尺寸的貴金屬板坯和廉金屬板坯；(2)對上述板坯進行退火處理，退火溫度為260～550℃、保溫時間為30～60min；(3)用鋼刷對退火後的板坯待覆合表面進行處理；(4)將貴金屬板坯和廉金屬板坯上下疊合在一起，然後裝入模具內；(5)對貴/廉金屬疊合板坯進行冷壓複合成形，壓下速率為0.1～2mm/min、壓下率為65％～80％；(6)取出已複合的貴/廉金屬層狀複合材料，在450～550℃氫氣保護下退火1.5～2.5h；(7)將退火後的貴/廉金屬層狀複合材料按與(4)中貴金屬與廉金屬上下反向的方式放入模具內；(8)以壓下速率為0.1～2mm/min對貴/廉金屬層狀複合材料進行精密成形，直至材料充滿模具型腔，即成形獲得界面平直、結合強度高的貴/廉金屬層狀複合材料零部件；所述的貴金屬為純金、純銀、金合金、銀合金；所述的廉金屬為純銅、純鋁、銅合金、鋁合金。
全文摘要
本發明涉及金屬層狀複合材料零部件製備技術領域，特別是提供了一種貴/廉金屬層狀複合材料零部件冷壓複合成形方法。其特徵是採用廉金屬為基體，貴金屬為覆層材料，藉助貴金屬和廉金屬在室溫下受到壓力產生大的塑性變形，界面純淨金屬通過壓接產生原子之間的結合，並利用複合坯料在成形過程中與模具接觸界面受力狀況對複合界面平直度的影響，在模具的約束下完成冷壓複合成形，直接獲得界面平直、結合強度高、無飛邊和毛刺、產品形狀尺寸精確控制的貴/廉金屬層狀複合材料零部件。本發明材料界面平直、結合強度高，貴金屬利用率高；生產流程和周期短、適用範圍廣。
文檔編號B23P15/00GK101704182SQ20091023726
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月11日 優先權日2009年11月11日
發明者劉雪峰, 李曹兵, 王璞, 謝建新, 高小麗 申請人:北京科技大學