一种制备超细晶铜铝复合薄板带的异步铸轧方法与流程

本发明涉及金属材料加工领域，更具体地说，涉及一种制备超细晶铜铝复合薄板带的异步铸轧方法。

背景技术：

由于铜的高强度、高导电率、导热性好和铝的质轻、易加工、耐腐蚀、散热快等特性，使得铜铝层状复合材料在导热散热、电力电气、通讯屏蔽行业广泛应用，达到了“以铝节铜”的目的，缓解了铜资源匮乏的现状，完全符合资源利用最大化、性能最优化的发展理念。铜铝层状复合材料的主要制备工艺包括爆炸复合法、模铸法、冷轧+扩散复合法、充芯连铸复合法、铸轧法等，爆炸复合法和模铸法适宜制备厚的复合板，且复合板尺寸也受限制，不能制备带材；冷轧+扩散复合法所生产的复合板带较厚，且铝层晶粒粗大，综合性能低；充芯连铸复合法适合于制备铜包铝复合棒材，不能直接制备铜铝层状复合材料；目前，采用铸轧法生产铜铝复合板带也存在一些缺点：铜、铝表面氧化物难以完全去除，分布在铜铝界面，阻碍了界面原子的扩散的弊端，通过增大覆层铝的厚度来保证复合板的结合强度，所制备的复合板厚度较厚，所制备的铜铝复合板厚度为5~20mm，且晶粒粗大；因此，本发明提出一种制备超细晶铜铝复合薄板带的异步铸轧方法，利用液态金属的高温既保证了界面层铜铝原子的相互扩散，又克服了铜铝过渡层过厚、界面结合强度低等缺点，具有优良的性能和明显成本优势。

技术实现要素：

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备超细晶铜铝复合薄板带的异步铸轧方法，消除界面氧化膜的不利影响，促进界面原子扩散，使制备的铜铝复合薄板带铝基体晶粒细小，界面层厚度均匀，结合强度高。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种制备超细晶铜铝复合薄板带的异步铸轧方法，原料为半熔态的铝合金液和铜板带，采用异步铸轧的方法将铝合金液和铜板带冶金结合制成晶粒细小的复合薄板带，所述复合薄板带的厚度为1~3mm，其中，铜带厚度占比为15~25%，铝基体晶粒尺寸0.5~3.0μm；铜铝之间界面层厚度0.4~0.6μm；

具体步骤如下：

（1）将电解低钛铝合金锭熔化成铝合金液，然后将温度为680~700℃铝合金液经滤网浇注入布流铸嘴；

（2）将铜板带进行去脂、脱油，之后再通过打磨辊进行打磨，并经上辊轮进入铸轧机，铸轧复合前，设置上轧辊的异步转速，并将上、下辊轮预热至160~200℃；

（3）半熔态的铝合金液在布流铸嘴边界处与铜板带开始接触，通过控制调节水流量使上、下轧辊本体温度保持在160~200℃，随着上下轧辊的转动经过铸轧区，利用上、下轧辊的粗糙度不同、双辊异步铸轧的速度差，使铜板带与铝合金熔体之间产生摩擦剪切力，可在铜铝复合过程的铸轧区的前端营造铝合金熔体的扰动、在铸轧后端产生搓轧和变形协同效应，进一步去除铜板带表面的氧化膜，并将铝表面刚刚凝固的、含有氧化膜的晶粒破碎压进入铝基层中，制得晶粒细小、冶金结合良好的铜铝复合薄板带。

进一步的，所述铜板带为t2铜板带。

进一步的，上、下轧辊均为水冷辊轮，异步铸轧复合时上、下轧辊的异速比为1:1.05~1:1.35。

进一步的，铸轧区的长度为100~130mm，走带速度为3.0~5.0m/min。

进一步的，与铜板带接触的上轧辊的表面粗糙度为ra0.8~1.6μm，下轧辊的粗糙度为ra0.4~0.6μm。

本发明的有益效果是：

本发明制备铜铝复合薄板带的原料与现有技术不同，本发明的制备方法省去了传统复合法先制备出厚的复合板带，经多道次轧制+中间退火制成薄板带的工艺过程，缩短了制备流程，降低了生产成本，提高了经济效益，用异步铸轧法制备的铜铝复合薄板带铝基体晶粒细小，界面层厚度均匀，结合强度高；本发明采用的是半熔态的铝合金液和铜板带，利用异步铸轧上、下工作辊的速度差，使半熔态铝合金液相互拖拽、并与异种金属铜板带产生搓轧，可在铜铝复合过程的铸轧区的前端营造铝合金熔体的扰动、在铸轧后端产生搓轧和变形协同效应，快速凝固形成晶粒细小的组织；

其次，本发明是在压缩变形的基础上增加了一种搓剪变形，压缩变形和搓剪变形的叠加大幅度提高了初始形成的铸造组织变形程度，促进塑性变形较大的铜铝复合薄板带的形成，在铸轧复合前将其铜板带表面打磨，产生硬而脆的表面硬化层，在异步铸轧的“搓轧”变形区的大剪切作用下，加速表面破裂，产生大量裂口有利于基体的新鲜金属流出，然后利用铸轧机的压力使界面金属想成金属键连接，界面区域因摩擦剪切作用产生的变形热加速铜、铝原子扩散；本发明的方法可解决普通铸轧铜铝复合板材中存在的铜铝过渡层过厚、铝层晶粒粗大、界面结合强度低的问题，且工艺简单、节能、经济效果明显。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为铜铝复合薄板带异步铸轧示意图；

图2为实施例1中铸轧后的铜铝复合薄板带的宏观结构示意图；

图3为实施例1中铸轧后的铜铝复合薄板带的ebs衍射带对比度示意图。

具体实施方式

下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种制备超细晶铜铝复合薄板带的异步铸轧方法，原料为半熔态的电解法制备的低钛铝合金液和t2铜板带，电解低钛铝合金具有细晶组织遗传性，采用异步铸轧的方法将铝合金液和铜板带冶金结合制成晶粒细小的复合薄板带，本发明的制备方法省去了传统复合法先制备出厚的复合板带，经多道次轧制+中间退火制成薄板带的工艺过程，缩短了制备流程，降低了生产成本，提高了经济效益，用异步铸轧法制备的铜铝复合薄板带铝基体晶粒细小，界面层厚度均匀，结合强度高。

所述复合薄板带的厚度为1mm，其中，铜带厚度占比为15%，铝基体晶粒尺寸0.5μm；铜铝之间界面层厚度0.4μm；

具体步骤如下：

（1）将含钛为0.1%的电解低钛铝合金锭熔化成铝合金液，然后将温度为680~700℃铝合金液经滤网浇注入布流铸嘴；

（2）将t2铜板带进行去脂、脱油，之后再通过打磨辊进行打磨，产生硬而脆的表面硬化层，并经上辊轮进入铸轧机，铸轧复合前，设置上轧辊的异步转速：异步铸轧复合时上、下轧辊的异速比为1:1.05，上、下轧辊均为水冷辊轮，并将上、下辊轮预热至160~200℃；利用异步铸轧上、下工作辊的速度差，使半熔态铝合金液相互拖拽、并与异种金属铜板带产生搓轧，可在铜铝复合过程的铸轧区的前端营造铝合金熔体的扰动、在铸轧后端产生搓轧和变形协同效应，快速凝固形成晶粒细小的组织；

（3）将半熔态的铝合金液在布流铸嘴边界处与铜板带开始接触，通过控制调节水流量使上、下轧辊本体温度保持在160~200℃，随着上下轧辊的转动经过铸轧区，铸轧区的长度为130mm，走带速度为3.0m/min；

与铜板带接触的上轧辊的表面粗糙度为ra0.8μm，下轧辊的粗糙度为ra0.4μm，利用上、下轧辊的粗糙度不同、双辊异步铸轧的速度差，使铜板带与铝合金熔体之间产生摩擦剪切力，可在铜铝复合过程的铸轧区的前端营造铝合金熔体的扰动、在铸轧后端产生搓轧和变形协同效应，进一步去除铜板带表面的氧化膜；同时在异步铸轧的“搓轧”变形区的大剪切作用下，加速表面破裂，产生大量裂口有利于基体的新鲜金属流出，然后利用铸轧机的压力使界面金属想成金属键连接，界面区域因摩擦剪切作用产生的变形热加速铜、铝原子扩散，并将铝表面刚刚凝固的、含有氧化膜的晶粒破碎压进入铝基层中，制得晶粒细小、冶金结合良好的铜铝复合薄板带。

本发明的方法可解决普通铸轧铜铝复合板材中存在的铜铝过渡层过厚、铝层晶粒粗大、界面结合强度低的问题，且工艺简单、节能、经济效果明显。

实施例2

一种制备超细晶铜铝复合薄板带的异步铸轧方法，原料为半熔态的电解法制备的低钛铝合金液和t2铜板带，电解低钛铝合金具有细晶组织遗传性，采用异步铸轧的方法将铝合金液和铜板带冶金结合制成晶粒细小的复合薄板带，本发明的制备方法省去了传统复合法先制备出厚的复合板带，经多道次轧制+中间退火制成薄板带的工艺过程，缩短了制备流程，降低了生产成本，提高了经济效益，用异步铸轧法制备的铜铝复合薄板带铝基体晶粒细小，界面层厚度均匀，结合强度高。

所述复合薄板带的厚度为2mm，其中，铜带厚度占比为20%，铝基体晶粒尺寸2.0μm；铜铝之间界面层厚度0.5μm；

具体步骤如下：

（1）将含钛为0.12%的电解低钛铝合金锭熔化成铝合金液，然后将温度为680~700℃铝合金液经滤网浇注入布流铸嘴；

（2）将t2铜板带进行去脂、脱油，之后再通过打磨辊进行打磨，产生硬而脆的表面硬化层，并经上辊轮进入铸轧机，铸轧复合前，设置上轧辊的异步转速：异步铸轧复合时上、下轧辊的异速比为1:1.2，上、下轧辊均为水冷辊轮，并将上、下辊轮预热至160~200℃；利用异步铸轧上、下工作辊的速度差，使半熔态铝合金液相互拖拽、并与异种金属铜板带产生搓轧，可在铜铝复合过程的铸轧区的前端营造铝合金熔体的扰动、在铸轧后端产生搓轧和变形协同效应，快速凝固形成晶粒细小的组织；

（3）将半熔态的铝合金液在布流铸嘴边界处与铜板带开始接触，通过控制调节水流量使上、下轧辊本体温度保持在160~200℃，随着上下轧辊的转动经过铸轧区，铸轧区的长度为115mm，走带速度为4.0m/min；

与铜板带接触的上轧辊的表面粗糙度为ra1.2μm，下轧辊的粗糙度为ra0.5μm，利用上、下轧辊的粗糙度不同、双辊异步铸轧的速度差，使铜板带与铝合金熔体之间产生摩擦剪切力，可在铜铝复合过程的铸轧区的前端营造铝合金熔体的扰动、在铸轧后端产生搓轧和变形协同效应，进一步去除铜板带表面的氧化膜；同时在异步铸轧的“搓轧”变形区的大剪切作用下，加速表面破裂，产生大量裂口有利于基体的新鲜金属流出，然后利用铸轧机的压力使界面金属想成金属键连接，界面区域因摩擦剪切作用产生的变形热加速铜、铝原子扩散，并将铝表面刚刚凝固的、含有氧化膜的晶粒破碎压进入铝基层中，制得晶粒细小、冶金结合良好的铜铝复合薄板带。

本发明的方法可解决普通铸轧铜铝复合板材中存在的铜铝过渡层过厚、铝层晶粒粗大、界面结合强度低的问题，且工艺简单、节能、经济效果明显。

实施例3

一种制备超细晶铜铝复合薄板带的异步铸轧方法，原料为半熔态的电解法制备的低钛铝合金液和t2铜板带，电解低钛铝合金具有细晶组织遗传性，采用异步铸轧的方法将铝合金液和铜板带冶金结合制成晶粒细小的复合薄板带，本发明的制备方法省去了传统复合法先制备出厚的复合板带，经多道次轧制+中间退火制成薄板带的工艺过程，缩短了制备流程，降低了生产成本，提高了经济效益，用异步铸轧法制备的铜铝复合薄板带铝基体晶粒细小，界面层厚度均匀，结合强度高。

所述复合薄板带的厚度为3mm，其中，铜带厚度占比为25%，铝基体晶粒尺寸3.0μm；铜铝之间界面层厚度0.6μm；

具体步骤如下：

（1）将含钛为0.08%的电解低钛铝合金锭熔化成铝合金液，然后将温度为680~700℃铝合金液经滤网浇注入布流铸嘴；

（2）将t2铜板带进行去脂、脱油，之后再通过打磨辊进行打磨，产生硬而脆的表面硬化层，并经上辊轮进入铸轧机，铸轧复合前，设置上轧辊的异步转速：异步铸轧复合时上、下轧辊的异速比为1:1.35，上、下轧辊均为水冷辊轮，并将上、下辊轮预热至160~200℃；利用异步铸轧上、下工作辊的速度差，使半熔态铝合金液相互拖拽、并与异种金属铜板带产生搓轧，可在铜铝复合过程的铸轧区的前端营造铝合金熔体的扰动、在铸轧后端产生搓轧和变形协同效应，快速凝固形成晶粒细小的组织；

（3）将半熔态的铝合金液在布流铸嘴边界处与铜板带开始接触，通过控制调节水流量使上、下轧辊本体温度保持在160~200℃，随着上下轧辊的转动经过铸轧区，铸轧区的长度为100mm，走带速度为5.0m/min；

与铜板带接触的上轧辊的表面粗糙度为ra1.6μm，下轧辊的粗糙度为ra0.6μm，利用上、下轧辊的粗糙度不同、双辊异步铸轧的速度差，使铜板带与铝合金熔体之间产生摩擦剪切力，可在铜铝复合过程的铸轧区的前端营造铝合金熔体的扰动、在铸轧后端产生搓轧和变形协同效应，进一步去除铜板带表面的氧化膜；同时在异步铸轧的“搓轧”变形区的大剪切作用下，加速表面破裂，产生大量裂口有利于基体的新鲜金属流出，然后利用铸轧机的压力使界面金属想成金属键连接，界面区域因摩擦剪切作用产生的变形热加速铜、铝原子扩散，并将铝表面刚刚凝固的、含有氧化膜的晶粒破碎压进入铝基层中，制得晶粒细小、冶金结合良好的铜铝复合薄板带。

本发明的方法可解决普通铸轧铜铝复合板材中存在的铜铝过渡层过厚、铝层晶粒粗大、界面结合强度低的问题，且工艺简单、节能、经济效果明显。

以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。