专利名称：嵌入式铜-铝-铜复合板材的制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种复合材料技术领域的合金板材及制备方法，具体是一种嵌入式铜-铝-铜复合板材的制备方法。
背景技术：
铜及其合金具有良好的导电、导热、耐蚀、抗菌性能，同时兼有表面光亮、美观等优点；但铜及其合金密度大，而且我国的铜资源短缺、价格较高。另一方面，铝及其合金具有密度低、资源丰富、价格便宜等优点，但其导电、导热、耐腐蚀、耐磨等性能较铜差。铜铝复合材料作为一种新型复合材料，将铜或铜合金与铝或铝合金通过一定的制备工艺复合而成，同时具有铜的导电导热率高、接触电阻低等优点以及铝的质轻等优点，在电子、电力、电器、冶金、机械、汽车和生活用品等领域具有很广阔的应用前景。目前，制备复合金属板材料的方法主要包括堆焊，爆炸焊接，挤压，轧制，摩擦搅拌焊，扩散焊等。在上述制备方法中，轧制以成本低，效率高等优点成为一种极具潜力的大规模生产铜铝复合材料的加工方法。1956年，美国的Metal and Control Cop提出了轧制法制备复合材料的三步法工艺，即表面处理-轧制复合-退火强化处理。然而，在铜/铝/铜复合板材轧制过程中，由于铜铝金属伸长率和变形抗力相差较大，属于不对称均勻轧制，其变形规律比较复杂。另外，对于铜铝体系，热处理过程中很容易在界面形成金属间化合物相(Al4Cu9, Al3Cu4, AlCu, Al2Cu)，造成界面强度的下降，限制了其应用。经过对现有技术的检索发现，中国发明专利公开号为CN1431095A，发明名称为一种金属复合板材或带材的加工方法，该工艺在基板一端部结合面上开一贯通的嵌合槽，在包板一端部结合面上相应的设置一嵌合凸块，然后将包板凸块与基板嵌槽之间预留设定的空隙组装在一起，另一端紧固连接。此工艺提高了加工稳定性，但是该现有技术并不能有效的解决铜铝复合界面结合力低的问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种嵌入式铜-铝-铜复合板材的制备方法，通过对轧前板(带)表面进行预加工，形成沟槽状凹凸表面，三层板叠起后形成嵌入式装配对接，增加板-带材之间的接触面积，并且在随后的轧制过程形成机械嵌合，使复合板界面结合强度与直接平面对接轧制相比最大可提高近5倍。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过将铜合金和工业纯铝分别进行表面清洁预处理后，在铜合金及工业纯铝表面开槽处理并对接压平，经轧制得到三层复合板， 最后经热处理制成嵌入式铜-铝-铜复合板材。所述的表面清洁预处理是指将铜合金在10 20%的硫酸溶液中浸洗4分钟，去除表面的氧化膜，用清水冲洗表面，吹干，然后用滚动电刷打磨表面；
将退火态1050工业纯铝在烘干箱中250°C保温30分钟，去除表面油污，然后用滚动电刷打磨表面。所述的铜合金为带状结构，由HNi65-5镍黄铜制成；所述的工业纯铝为板状结构。所述的开槽处理是指利用不锈钢刀具在铜合金及工业纯铝表面加工出均勻分布的凹槽，凹槽深度为0. 1 0. 5mm，宽度为0.5 1.0mm，吹掉粘附的碎屑，在铜合金及工业纯铝上形成凹凸表面；所述的对接压平是指将开槽后的工业纯铝嵌入铜合金，然后用液压机预压平整。所述的轧制采用以下两种方式中任一实现a)采用轧机进行一道次、不可逆冷轧制，轧制速度为0. 5 5m/s，一道次轧制压下率40 75% ；b)将对接压平后的工业纯铝和铜合金置于铝箔袋中并冲入氩气后密封，在箱式热处理炉中加热到350 500°C，保温30 180分钟，取出后，即送入轧机，轧制速度为0. 5 5m/s，一道次轧制压下率为40 75%。所述的热处理是指将三层复合板置于真空炉中在300 450°C保温30 180分钟，最后进行校平和剪边制成嵌入式铜-铝-铜复合板材。
图1为本发明流程图。图2为实施例铜合金、工业纯铝表面开槽处理及对接示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例1如图1所示，本实施例包括以下步骤步骤一表面前处理将0. 8 X 50 X 150mm3的软态HNi65_5镍黄铜在10 20 %的硫酸溶液中浸洗4分钟，去除表面的氧化膜，用清水冲洗表面，吹干。用滚动电刷打磨表面。将3X50X 150mm3的退火态1050工业纯铝在烘干箱中250°C保温30分钟，去除表面油污。用滚动电刷打磨表面。步骤二 铜合金、工业纯铝表面开槽处理，对接，压平；a)将铜合金带固定，利用不锈钢刀具在铜合金带表面加工出均勻分布的凹槽，如附图2 (a)，槽深0. Imm,槽宽0. 5mm,吹掉粘附的碎屑，在铜合金带上形成凹凸表面；b)将铝板固定，利用不锈钢刀具在铝板表面加工出均勻分布的凹槽，如附图 2(幻，槽深0. 1mm，槽宽0. 5mm，吹掉粘附的碎屑，在铝板上形成对应的凸凹表面；c)将加工好的具有凸凹表面的铝板嵌入具有相应凹凸表面的铜合金带，实现铜铝板对接，然后用液压机预压平整。
步骤三轧制将对接好的铜/铝/铜三层板送入轧机，进行一道次，不可逆冷轧制。轧制速度 0. 5m/s，一道次轧制压下率75%。步骤四轧后处理轧制后将三层复合板置于真空炉中300°C保温180分钟。与相等处理条件下常规轧制法轧制复合板相比，界面强度提高了近2倍。实施例2如图1所示，本实施例包括以下步骤步骤一表面前处理将2X50X 150mm3的软态HNi65-5镍黄铜在10 20%的硫酸溶液中浸洗4分钟，
去除表面的氧化膜，用清水冲洗表面，吹干。用滚动电刷打磨表面。将15X50X 150mm3的退火态1050工业纯铝在烘干箱中250°C保温30分钟，去除表面油污。用滚动电刷打磨表面。步骤二 铜合金、工业纯铝表面开槽处理，对接，压平；a)将铜合金带固定，利用不锈钢刀具在铜合金带表面加工出均勻分布的凹槽，如附图2 (a)，槽深0. 5mm,槽宽1mm，吹掉粘附的碎屑，在铜合金带上形成凹凸表面；b)将铝板固定，利用不锈钢刀具在铝板表面加工出均勻分布的凹槽，如附图 2(幻，槽深0. 5mm，槽宽1mm，吹掉粘附的碎屑，在铝板上形成对应的凸凹表面；c)将加工好的具有凸凹表面的铝板嵌入具有相应凹凸表面的铜合金带，实现铜铝板对接，然后用液压机预压平整。步骤三轧制将铜/铝/铜毛坯件装入铝箔袋中，冲入氩气，密封，在箱式热处理炉中加热到 350°C，保温180分钟，取出后，即送入轧机，轧制速度5m/s，一道次轧制压下率40%。不进行轧后热处理，与相等处理条件下常规轧制法轧制复合板相比，界面强度提高了 3倍。实施例3如图1所示，本实施例包括以下步骤步骤一表面前处理将1. 5 X 50 X 150mm3的软态HNi65_5镍黄铜在10 20%的硫酸溶液中浸洗4分钟，去除表面的氧化膜，用清水冲洗表面，吹干。用滚动电刷打磨表面。将8 X 50 X 150mm3的退火态1050工业纯铝在烘干箱中250°C保温30分钟，去除表面油污。用滚动电刷打磨表面。步骤二 铜合金、工业纯铝表面开槽处理，对接，压平；a)将铜合金带固定，利用不锈钢刀具在铜合金带表面加工出均勻分布的凹槽，如附图2(b)，槽深0. 3mm，槽宽0. 8mm，吹掉粘附的碎屑，在铜合金带上形成凹凸表面；b)将铝板固定，利用不锈钢刀具在铝板表面加工出均勻分布的凹槽，如附图 2 (b)，槽深0. 3mm,槽宽0. 8mm,吹掉粘附的碎屑，在铝板上形成对应的凸凹表面；c)将加工好的具有凸凹表面的铝板嵌入具有相应凹凸表面的铜合金带，实现铜铝板对接，然后用液压机预压平整。步骤三轧制
将对接好的铜/铝/铜三层板送入轧机，进行一道次，不可逆冷轧制。轧制速度 3m/s, 一道次轧制压下率。步骤四轧后处理轧制后将三层复合板置于真空炉中450°C保温30分钟。与相等处理条件下常规轧制法轧制复合板相比，界面强度提高了近2倍。实施例4如图1所示，本实施例包括以下步骤步骤一表面前处理将0. 8 X 50 X 150mm3的软态HNi65_5镍黄铜在10 20 %的硫酸溶液中浸洗4分钟，去除表面的氧化膜，用清水冲洗表面，吹干。用滚动电刷打磨表面。将8X50X150mm3的退火态1050工业纯铝在烘干箱中250°C保温30分钟，去除表面油污。用滚动电刷打磨表面。步骤二 铜合金、工业纯铝表面开槽处理，对接，压平；a)将铜合金带固定，利用不锈钢刀具在铜合金带表面加工出均勻分布的凹槽，如附图2 (b)，槽深0. 15mm,槽宽0. 8mm,吹掉粘附的碎屑，在铜合金带上形成凹凸表面；b)将铝板固定，利用不锈钢刀具在铝板表面加工出均勻分布的凹槽，如附图 2(13)，槽深0. 15mm，槽宽0. 8mm，吹掉粘附的碎屑，在铝板上形成对应的凸凹表面；c)将加工好的具有凸凹表面的铝板嵌入具有相应凹凸表面的铜合金带，实现铜铝板对接，然后用液压机预压平整。步骤三轧制将铜/铝/铜毛坯件装入铝箔袋中，冲入氩气，密封，在箱式热处理炉中加热到 500°C，保温30分钟，取出后，即送入轧机，轧制速度lm/s，一道次轧制压下率63%。不进行轧后热处理，与相等处理条件下常规轧制法轧制复合板相比，界面强度提高了 5倍。
权利要求
1.一种嵌入式铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征在于，通过将铜合金和工业纯铝分别进行表面清洁预处理后，在铜合金及工业纯铝表面开槽处理并对接压平，经轧制得到三层复合板，最后经热处理制成嵌入式铜-铝-铜复合板材。
2.根据权利要求1所述的嵌入式铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征是，所述的表面清洁预处理是指将铜合金在10 20%的硫酸溶液中浸洗4分钟，去除表面的氧化膜，用清水冲洗表面， 吹干，然后用滚动电刷打磨表面；将退火态1050工业纯铝在烘干箱中250°C保温30分钟，去除表面油污，然后用滚动电刷打磨表面。
3.根据权利要求1所述的嵌入式铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征是，所述的开槽处理是指利用不锈钢刀具在铜合金及工业纯铝表面加工出均勻分布的凹槽，凹槽深度为0. 1 0. 5mm,宽度为0. 5 1. 0mm，在铜合金及工业纯铝上形成凹凸表面。
4.根据权利要求1所述的嵌入式铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征是，所述的对接压平是指将开槽后的工业纯铝嵌入铜合金，然后用液压机预压平整。
5.根据权利要求1所述的嵌入式铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征是，所述的轧制采用以下两种方式中任一实现a)采用轧机进行一道次、不可逆冷轧制，轧制速度为0.5 5m/s，一道次轧制压下率 40 75% ；b)将对接压平后的工业纯铝和铜合金置于铝箔袋中并冲入氩气后密封，在箱式热处理炉中加热到350 500°C，保温30 180分钟，取出后，即送入轧机，轧制速度为0. 5 5m/ s，一道次轧制压下率为40 75%。
6.根据权利要求1所述的嵌入式铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征是，所述的热处理是指将三层复合板置于真空炉中在300 450°C保温30 180分钟，最后进行校平和剪边制成嵌入式铜-铝-铜复合板材。
7.根据上述任一权利要求所述的嵌入式铜-铝-铜复合板材的制备方法，其特征是，所述的铜合金为带状结构，由HNi65-5镍黄铜制成，所述的工业纯铝为板状结构。
全文摘要
一种复合材料技术领域的嵌入式铜-铝-铜复合板材的制备方法，通过将铜合金和工业纯铝分别进行表面清洁预处理后，在铜合金及工业纯铝表面开槽处理并对接压平，经轧制得到三层复合板，最后经热处理制成嵌入式铜-铝-铜复合板材。本发明通过预加工形成沟槽状凹凸表面，三层板叠起后形成嵌入式装配对接，增加板-带材之间的接触面积，并且在随后的轧制过程形成机械嵌合，使复合板界面结合强度与直接平面对接轧制相比最大可提高近5倍。
文档编号B23P15/00GK102189382SQ201110108050
公开日2011年9月21日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者何国, 何献忠, 张敏达, 谭庆彪 申请人:上海交通大学