专利名称：一种高强超细晶铜带材的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高强超细晶铜带材的制备方法，属于有色金属超细晶材料 的机械与冶金结合加工的领域。
背景技术：
精密高性能铜带材是一类具有优良综合物理性能和力学性能的结构或功能 材料，已广泛应用于电子、仪器仪表、通讯、汽车、微型机械和信息网络工程。 尤其是引线框架铜带、高强高导铜带材、精密复合带、塑性微成型用带材、生 物医学材料等领域的应用发展迅速。铜材晶粒尺寸减小到超细晶量级，在皇温 下，性能发生一系列巨大而有益的变化，特别是室温下超细晶金属可以获得加 工硬化程度很小的延展性和导电性，这对铜材的精细加工和塑性微成型具有重 大实用价值，具有超细晶结构的金属材料综合性能将获得显著提高。而超细晶 结构是材料获得高性能的重要途径。鉴于此，国内外研究者釆用各种方法制备 超细晶材料，或者使得大晶粒材料超细化。
机械合金化、电沉积、化学合成等方法属于"两步法"，它是通过"超细 晶粉体制取-粉体压制(烧结)成型"的方式获得内部晶粒或显微组织为超细晶 的块体材料，大多制备的是超细晶或纳米粉体或附于基体上的超细晶或纳米薄 膜，要制备超细晶或纳米块体材料还需要对这些粉体进行压制等后续处理，存 在超细晶粉体的稳定保存和粉体压制过程中纳米粉末团紫长大、不能获得大尺 寸块体，材料内部有微孔隙存在，工艺过程复杂，产业化困难等问题和不足。"两 步法"的问题在于，第一步粉体材料制备能够保证晶粒尺度在超细晶范围，但 在第二步由粉体到块体材料的过程中一一压制(或烧结)甚至存放过程，由于 细小粉末的表面效应将导致粉体团紫晶界扩张进而破坏超细晶结构，难以获得 内部晶粒或显微组织均匀的超细晶材料。
鉴于此，许多研究学者就直接对金属块体材料进行强烈塑性变形加工，直 接细化金属晶粒，使之晶粒度达到超细晶量级。主要的强烈塑性变形加工方法 有等径角挤压、高压旋转、叠轧法、循环挤压法、折皱-压直法等。但这些方法 或者由于模具的限制，无法实现高性能超细晶材料的连续化生产，或者由于工 艺处理复杂，生产工艺复杂，生产成本很高，而且制备过程对操作者的技术要 求很高。
发明内容
本发明的目的在于制备显微结构均勻性能优异的块体超细晶材料，釆用"一步法"工艺，直接对大晶粒块体铜材进行多道次异步叠轧，实现高强度超细晶 铜带材的连续化生产，降低生产成本，最后进行退火处理，获得均匀稳定的高 强超细晶铜带材。
解决本发明的技术问题所采用的方案是按以下工艺流程制备铜带材铜板 材—均匀化退火—打磨—异步叠轧—退火。 本发明的具体工艺技术参数是
一、 铜板材根据高强超细晶铜带材的使用尺寸要求来选择铜板材的宽度 和厚度，该技术对宽度无要求，板材厚度要求在0.5mm 2mm。
二、 均匀化退火将铜板材均匀化退火，获得组织均匀、晶粒大小在60n m 500iim的铜材。均匀化退火工艺条件是在55(TC 650。C退火1小时 1.5小 时，随炉冷却。
三、 异步叠轧轧机转速为100r/min 120r/min,异步比是1.08 1.15,通过 辊径的不同实现异步比。将均勻化退火的铜板材进行5 10道次反复异步叠轧， 每道次压下率为50%，等效应变为4.0~8.0。
四、 退火对异步叠轧的铜带材进行退火处理，消除加工过程的硬化和残 余应力，获得均匈稳定的高强超细晶铜材。退火工艺条件是在22(TC 40(TC温 度范围内保温25min 60min，获得超细晶铜板带——厚度范围0.5mm 2mm, 晶粒大小350nm 1200nm。
异步叠轧五道次的退火工艺条件是在25(TC退火30 50min;异步叠轧六道 次的退火工艺条件是在220。C退火25 45min;异步叠札七道次退火工艺条件是 在280。C退火20 30min;异步叠轧八道次退火工艺条件是在340。C退火 25 35min;异步叠轧九道次和十道次的退火工艺条件是在40(TC退火20~30min (真空或还原气氛保护)。
本发明的有益效果是
直接对块体材料变形加工，克服了纳米粉体和纳米薄膜在制备块体材料时 的团簇长大和界面污染问题；
采用异步累积叠轧技术进行加工，综合了异步轧制和累积叠轧技术的优势， 促进了变形过程界面的复合，降低了轧制压力，增大了变形量，降低了能耗， 提高了产品的精度；
采用异步累积叠轧对铜板材进行反复累积加工变形，能够实现高强超细晶 铜带材的连续化工业生产，具有很好的应用前景。
本发明加工制备的超细晶铜材抗拉强度和屈服强度是一号退火态铜材的两倍。
本发明的"一步法"则针对"两步法"存在的问题，采用特殊工艺直接对 大晶粒材料进行加工，通过塑性变形的方式破碎晶粒从而获得超细晶材料，且 获得的块体材料的均匀性晶粒度和显微组织的均匀性都优于"两步法"。
图l是本发明制备工艺流程图。
具体实施方式
实施例l
釆用厚度要求在2mm的铜板材，进行均匀化退火，温度为60(TC，时间为 60分钟，获得组织均匀、晶粒大小在350jum的铜材，然后随炉冷却；将均匀 化退火的铜板材表面进行打磨，去除表面的杂质，使异步叠轧过程界面毛化， 易于结合；异步叠轧轧机转速为100r/min,异步比是1.08，对铜板材进行5 道次反复异步叠轧，每道次压下率为50%，等效应变为4.0,实现两片分离铜带 的结合，每道次异步叠轧时叠合界面都要进行打磨毛化处理；最后进行退火， 在真空状态下，退火时间30min,退火温度250°C;获得的铜材厚度为2mm, 平均晶粒尺寸0.3Mm,屈服强度373.3Mpa,抗拉强度419.7Mpa，延展性良好，
电导率没有下降。 实施例2
釆用厚度要求在1.5mm的铜板材，进行均匀化退火，温度为65(TC，时间 为90分钟，获得组织均勻、晶粒大小在500jum的铜材，然后随炉冷却；将均 勾化退火的铜板材表面进行打磨，去除表面的杂质，使异步叠轧过程界面毛化， 易于结合；异步叠轧轧机转速为120r/min，异步比是1.12,对铜板材进行6 道次反复异步叠轧，每道次压下率为50%，等效应变为4.8,实现两片分离铜带 的结合，每道次异步叠轧时叠合界面都要进行打磨毛化处理；最后进行退火， 在真空状态下，退火时间40min，退火温度220°C;获得的铜材厚度为1.5mm, 平均晶粒尺寸0.6pm，屈服强度380 MPa抗拉强度424.5 Mpa，延展性良好，电 导率没有下降。
实施例3
釆用厚度要求在0.5mm的铜板材，进行均匀化退火，温度为55(TC,时间 为60分钟，获得组织均勻、晶粒大小在180jam的铜材，然后随炉冷却；将均 勻化退火的铜板材表面进行打磨，去除表面的杂质，使异步叠轧过程界面毛化， 易于结合；异步叠轧轧机转速为100r/min,异步比是1.15,对铜板材进行10 道次反复异步叠轧，每道次压下率为50%，等效应变为8.0,实现两片分离铜带 的结合，每道次异步叠轧时叠合界面都要进行打磨毛化处理；最后进行退火， 在真空状态下，退火时间30min，退火温度400°C;获得的铜材厚度为l.Omm, 平均晶粒尺寸1.2拜，屈服强度366.4 MPa抗拉强度396.5 Mpa,延展性良好， 电导率没有下降。
权利要求
1、一种高强超细晶铜带材的制备方法，其特征在于工艺流程为铜板材→均匀化退火→叠轧结合面打磨→异步叠轧→退火处理。
2、 根据权利要求l所述的高强超细晶铜带材的制备方法，其特征在于将 大晶粒原始铜材板材——厚度范围0.5mm 2mm,晶粒大小60jam 500ym， 通过异步叠轧，成品退火处理工艺，退火处理条件为在22(TC 40(TC温度范围 内保温25min 60min,获得超细晶铜板带——厚度范围0.5 mm 2mm,晶粒 大小350nm 1200亂
3、 根据权利要求2所述的高强超细晶铜带材的制备方法，其特征在于异 步叠轧工艺釆用异径轧辊反复轧制实现加工过程连续化，异步比1.08-1.15, 叠轧每道次压下量固定为50%,叠轧加工道次5~10道次，等效应变为4.0~8.0。
全文摘要
本发明涉及一种高强超细晶铜带材的制备方法，属于有色金属超细晶材料的机械与冶金结合加工的领域。本发明采用多道次异步叠轧加工的方法使大晶粒铜板材晶粒细化，获得的超细晶铜材强度提高两倍，电导率没有降低，延展性良好。采用本发明解决了材料变形过程界面的复合，降低轧制压力和能耗，提高了产品的精度，可以实现高强超细晶材料的连续制备生产。
文档编号B21B37/00GK101288876SQ20081005816
公开日2008年10月22日 申请日期2008年3月7日 优先权日2008年3月7日
发明者史庆南, 王军丽, 王效琪 申请人:昆明理工大学