一种金属复合片生产方法与流程

本发明涉温控保护器件生产研发技术领域，特别涉及一种金属复合片生产方法。

背景技术：

现有技术中，传统的金属复合片主要是由两层具有不同膨胀系数的金属片组成，又称为双金属复合片。在特殊需要时，双金属复合片中间设置有铜片层，以减少其调节电路中的电阻。双金属复合片被广泛用于自动化电器元件中，例如空气开关、自动断路器、热继电器、汽车电器、家用电器等，起到电路过热保护的作用。

双金属复合片的原理是利用两片具有不同膨胀系数的金属片固定粘覆在一起，当环境温度上升或其本身温度上升时，由于两金属片的膨胀量不同，双金属复合片就会向膨胀量较小的一面弯曲，从而接通触点或触发保护机构动作，达到安全保护的目的。有特定需要的，还可在两金属片之间复合一层铜(即中间铜层)，用于较大的电流，调节金属复合片整体电阻值。

传统的双金属复合片为了提高灵敏度，扩大弯曲度，通常都要求两金属片的膨胀系数相差越大越好，因为其差值越大，弯曲比(K值)越大，例如高膨胀层(又称主动层)膨胀系数18-20，低膨胀层(又称被动层)膨胀系数1-2。但两片金属的膨胀系数相差较大的话，受热膨胀时，高膨胀面强力扩张，对低膨胀面带来很大的压力，从而受到很大的阻力，从而影响了双金属复合片的变形弯曲，影响双金属复合片变形弯曲以接通触点或触发保护机构时产生的推力，不能够保证稳定的变形性能和推力。

此外，现有技术中，对于传统的双金属复合片，用户需要不同的比弯曲(K值)时，通过调整高膨胀层、低膨胀层的化学成分(镍含量)来改变其比弯曲(K值)，由于国内钢种较少，金属冶炼工艺复杂，而且含镍金属成本较高，因此该方法制造管理麻烦，制造费用和加工费用成本较高。

因此，如何提高金属复合片变形性能和推力的稳定性，以及如何降低金属复合片的制造费用和加工成本，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种金属复合片生产方法，可有效降低金属复合片的制造费用和加工成本。并且，利用本发明提供的生产方法制得的金属复合片，不仅降低了制造费用和加工成本，而且提高了金属复合片变形性能的稳定性，以及受热变形时产生推力的稳定性，使其受热移位时更加稳定均匀。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种金属复合片生产方法，包括以下步骤：

步骤一：选择用于依次叠加构成所述金属复合片的多个金属片，多个所述金属片包括膨胀系数依次降低的主动层金属片、中间层金属片和被动层金属片；

步骤二：在保证每层所述金属片的膨胀系数分别维持预设范围的前提下，通过调整每层所述金属片在所述金属复合片中的厚度占比，令所述金属复合片达到预设的比弯曲和预设的电阻率。

优选地，在上述生产方法中，所述步骤一中：所述中间层金属片为单层金属片，其材质为无镍不锈钢或铁，所述中间层金属片在所述金属复合片中的厚度占比为20％至50％；

所述步骤二中：所述主动层金属片的膨胀系数的所述预设范围是18至20或26至28，所述第中间层金属片的膨胀系数的所述预设范围是14至16、9至12或11至12，所述被动层金属片的膨胀系数的所述预设范围分别是1至2或1至3(被动层金属片的膨胀系数优选设置为2)。

优选地，在上述生产方法中，所述步骤一中：所述中间层金属片包括第一中间层和第二中间层，粘接构成所述金属复合片时，所述主动层金属片、所述第二中间层、所述第一中间层和所述被动层金属片依次叠加；

其中，所述第一中间层的材质为无镍不锈钢或铁，所述第二中间层的材质为无镍不锈钢，所述主动层金属片、所述第二中间层、所述第一中间层和所述被动层金属片的膨胀系数依次降低。

优选地，在上述生产方法中，所述步骤一中：

所述被动层金属片的化学成分为含镍36％，含锰小于0.6％，其余为铁，所述被动层金属片的膨胀系数的所述预设范围是1至3；

所述第二中间层的化学成分为含镍0至1％，含锰5％至10％，含铬13％至18％，其余为铁，所述第二中间层的膨胀系数的所述预设范围是14至16。

优选地，在上述生产方法中，所述步骤一中：所述主动层金属片的化学成分为含镍20％，含锰6％，其余为铁；

所述主动层金属片的膨胀系数的所述预设范围是18至20。

优选地，在上述生产方法中，所述步骤一中：所述主动层金属片的化学成分为含镍10％，含锰72％，含铜18％，或者，所述主动层金属片的化学成分为含镍15％，含锰75％，含铜10％；

所述主动层金属片的膨胀系数的所述预设范围是26至27。

优选地，在上述生产方法中，所述步骤一中：所述第一中间层的化学成分为含镍0至1％，含锰0至1％，含铬16％至18％，其余为铁；

所述第一中间层的膨胀系数的所述预设范围是9至12。

优选地，在上述生产方法中，所述步骤一中：所述第一中间层的化学成分为含铬0至1％，其余为铁；

所述第一中间层的膨胀系数的所述预设范围是11至12。

优选地，在上述生产方法中，所述步骤二具体为：所述金属复合片中还设置有用于调整电阻率的中间铜层(纯铜T1或T2)，结合所述中间铜层的电阻率，在保证每层所述金属片的膨胀系数分别维持预设范围的前提下，调整每层所述金属片在所述金属复合片中的厚度占比，令所述金属复合片达到预设的比弯曲和预设的电阻率。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的金属复合片生产方法，通过控制每层金属片在整个金属复合片中的厚度占比，即可实现对金属复合片成品的比弯曲(K值)和电阻率进行调整的目的。从而可见，本发明可以只采用两种含镍金属片分别作为主动层和被动层，然后结合普通金属材质的金属片作为中间层金属片，无需研发或采购多种含镍金属，通过调整每层金属片的厚度占比，即可生产出多种具有不同比弯曲(K值)和不同电阻率的金属复合片成品，满足不同用户要求，代替现有技术中的多种牌号金属复合片使用。

与现有技术中通过调整金属片镍含量来调整金属复合片成品的比弯曲的方法相比，本发明提供的金属复合片生产方法，不仅简单易行，而且无需改变原材料(即选用的金属片)成分，可以继续使用已选用的金属片来生产不同比弯曲(K值)的金属复合片，满足不同用户的不同需求，实现多种用户的选择空间，有效降低了金属复合片的制造费用和加工成本。

此外，通过上述生产方法制得的金属复合片中，由于从被动层金属片到主动层金属片的多层金属片的膨胀系数依次增大，因此，受热时，从被动层金属片到主动层金属片的多层金属片的膨胀变形量是逐渐增大的，从而相邻金属片之间的复合面阻力(即相邻金属片之间粘结固连后，受热变形产生的相互作用力)是递增关系，从而避免了现有技术中膨胀系数相差较大的被动层和主动层直接叠加固连且受热变形时产生的复合面阻力大、变形稳定性差、推力不稳定等缺陷。本发明提供的金属复合片具有较好的变形稳定性，受热变形时产生的推力也更加稳定，即该金属复合片受热移位时变形和产生的推力均更加稳定均匀，可代替多种双金属复合片使用。

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为本发明具体实施例提供的金属复合片生产方法调整金属片厚度的方法流程图；

图2为本发明具体实施例提供的由三层金属片构成的金属复合片的结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的由四层金属片构成的金属复合片的结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的由五层金属片构成的金属复合片的结构示意图。

其中，1-被动层金属片，2-中间层金属片，3-主动层金属片，4-中间铜层，

21-第一中间层，22-第二中间层；

图2中向右的箭头表示金属复合片的弯曲方向，实线为变形前的金属复合片，虚线为变形后的金属复合片，图3和图4同上。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种金属复合片生产方法，可有效降低金属复合片的制造费用和加工成本。并且，利用本发明提供的生产方法制得的金属复合片，不仅降低了制造费用和加工成本，而且提高了金属复合片变形性能的稳定性，以及受热变形时产生推力的稳定性，使其受热移位时更加稳定均匀。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图4，图1为本发明具体实施例提供的金属复合片生产方法调整金属片厚度的方法流程图，图2为本发明具体实施例提供的由三层金属片构成的金属复合片的结构示意图，图3为本发明具体实施例提供的由四层金属片构成的金属复合片的结构示意图，图4为本发明具体实施例提供的由五层金属片构成的金属复合片的结构示意图。

本发明第一具体实施例提供了一种金属复合片生产方法，用于生产温控保护器中的金属复合片。该生产方法包括以下步骤：

步骤一：选择用于依次叠加构成金属复合片的多个金属片，多个金属片包括膨胀系数依次降低的主动层金属片3、中间层金属片2和被动层金属片1；

步骤二：在保证每层金属片的膨胀系数分别维持预设范围的前提下，通过调整每层金属片在整个金属复合片中的厚度占比，令金属复合片达到预设的比弯曲(即用户需要的比弯曲)和预设的电阻率(即用户需要的电阻率)。

其具体流程请参见图1。易知，通过上述方法得到符合用户需求的金属复合片后即可按照所得结果进行批量生产。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供的金属复合片生产方法，通过控制每层金属片在整个金属复合片中的厚度占比，即可实现对金属复合片成品的比弯曲(K值)和电阻率进行调整的目的。从而可见，本发明可以只采用两种含镍金属片分别作为主动层和被动层，然后结合普通金属材质的金属片作为中间层金属片，无需研发或采购多种含镍金属，通过调整每层金属片的厚度占比，即可生产出多种具有不同比弯曲(K值)和不同电阻率的金属复合片成品，满足不同用户要求，代替现有技术中的多种牌号金属复合片使用。

与现有技术中通过调整金属片镍含量来调整金属复合片成品的比弯曲的方法相比，本发明实施例提供的金属复合片生产方法，不仅简单易行，而且无需改变原材料(即选用的金属片)成分，可以继续使用已选用的金属片来生产不同比弯曲(K值)的金属复合片，满足不同用户的不同需求，实现多种用户的选择空间，有效降低了金属复合片的制造费用和加工成本。

此外，通过上述生产方法制得的金属复合片中，由于从被动层金属片1到主动层金属片3的多层金属片的膨胀系数依次增大，因此，受热时，从被动层金属片1到主动层金属片3每层金属片的膨胀变形量是逐渐增大的，从而相邻金属片之间的复合面阻力(即相邻金属片之间粘结固连后，受热变形产生的相互作用力)是递增关系，从而避免了现有技术中膨胀系数相差较大的被动层和主动层直接叠加固连且受热变形时产生的复合面阻力大、变形稳定性差、推力不稳定等缺陷。可见，本发明提供的金属复合片具有较好的变形稳定性，受热变形时产生的推力也更加稳定，即该金属复合片受热移位时变形和产生的推力均更加稳定均匀，可代替多种双金属复合片使用。

在具体实施例中，请参见图2，上述步骤一中的中间层金属片2可以为单层金属片，其材质为无镍不锈钢或铁(本文中所述的“铁”即含铁量约为100％的纯铁片)，其在金属复合片中的厚度占比为20％至50％(优选40％左右，以达到能够通过调整中间层金属片的厚度占比来调整金属复合片的比弯曲的目的)，此时金属复合片成品由三层金属片构成。生产时，在上述步骤二中，在保证每层所述金属片的膨胀系数分别维持在预设范围的前提下，通过调整主动层金属片3、中间层金属片2和被动层金属片1分别在所述金属复合片中的厚度占比，实现对金属复合片的比弯曲和电阻率的调整，直至达到预设值，满足不同用户要求。其中，主动层金属片3的膨胀系数的预设范围是18至20或26至28，第中间层金属片2的膨胀系数的预设范围是14至16、9至12或11至12，被动层金属片1的膨胀系数的预设范围分别是1至2或1至3。其中，被动层金属片的膨胀系数优选设置为2。

此外，在具体实施例中，上述步骤一中的中间层金属片2还可以由两层金属片构成，即中间层金属片2包括第一中间层21和第二中间层22，粘接构成金属复合片时，主动层金属片3、第二中间层22、第一中间层21和被动层金属片1依次叠加即可，具体请参见图3。其中，第一中间层21的材质为无镍不锈钢或铁，第二中间层22的材质为201无镍不锈钢。此时，金属复合片成品由四层金属片构成，并且，主动层金属片3、第二中间层22、第一中间层21和被动层金属片1的膨胀系数依次降低。生产时，通过调整主动层金属片3、第一中间层21、第二中间层22和被动层金属片1分别在所述金属复合片中的厚度占比，实现对金属复合片的比弯曲和电阻率的调整，直至达到预设值，满足不同用户要求。

下面，以包括主动层金属片3、第一中间层21、第二中间层22和被动层金属片1四层金属片的金属复合片的生产方法为例进行说明。选用上述四层金属片后，四层金属片未复合之前的厚度比例约为1:1:1:1，然后，根据用户实际需要的具体比弯曲(K值)，调整其中一层或多层金属片的厚度，以改变上述比例，直至达到最终要求的比弯曲(K值)。

例如，在保证金属复合片整体厚度基本不变，每层金属片的膨胀系数在预定范围内的前提下：

如果需要增加某金属复合片的比弯曲，则

减少被动层金属片1、第一中间层21、第二中间层22中一层金属片或多层金属片的厚度；

或，先减少被动层金属片1的厚度，再适当减少/增加第一中间层21或第二中间层22的厚度；

或，先减少第一中间层21或第二中间层22的厚度，再适当减少/增加被动层金属片1的厚度。

如果需要减小某金属复合片的比弯曲，则

增加被动层金属片1、第一中间层21、第二中间层22中一层金属片或多层金属片的厚度。

或，先增加被动层金属片1的厚度，再适当增加/减少第一中间层21或第二中间层22的厚度；

或，先增加第一中间层21或第二中间层22的厚度，再适当增加/减少被动层金属片1的厚度。

可以理解的是，当调整多层金属片的厚度时，本领域技术人可结合实际情况实施不同的调整方案，或进行多次调整，最终达到用户要求的具体比弯曲(K值)即可。由于具体调整方式和调整顺序，根据实际情况会有多种可能，并不局限于上述几种情况，因此，对于具体的调整方式和调整顺序，本发明不再一一列举。

本发明对于单层或多层金属片厚度调整的次序和具体过程不做具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行，但均属于本发明的保护范围。

可见，本发明具体实施例提供的生产方法，提供了一种通过调整金属片的厚度，来调整金属复合片需要的比弯曲(K值)的方法，不仅调整方法简单易行，而且无需改变原材料成分，可以继续使用已选用的金属材料来生产不同比弯曲(K值)的金属复合片，可以满足不同用户的不同需求，实现多种用户的选择空间。

进一步地，上述金属复合片生产方法中，还可以在上述金属复合片中设置用于调整电阻率的中间铜层4(纯铜T1或T2)。生产时，由于中间铜层4的电阻率较低，因此，在上述步骤二中，需要结合中间铜层4的电阻率，在保证每层金属片的膨胀系数分别维持预设范围的前提下，调整每层金属片在金属复合片中的厚度占比，令金属复合片达到预设的比弯曲和预设的电阻率。

在此需要说明的是，当中间层金属片2为铁时，或者中间层金属片2中的第一中间层21为铁时，可代替大部分铜或是完全取代中间铜层4使用(铁的电阻是主动层、被动层的1/7)，从而节省了大部分铜材，降低了金属复合片的制造成本。因此，本发明对于中间铜层4的设置与否不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需要进行设置。

下面以本发明几个具体实施例制得的金属复合片成品进行具体说明。

本发明第一具体实施例，通过上述金属复合片生产方法制得的金属复合片成品为牌号为1070的金属复合片，10为比弯曲，70为电阻率。该金属复合片由三层金属片构成，其结构请参见图2。其中，如表一所示，中间层金属片2为单层金属片，其材质为无镍不锈钢，厚度占比为43％；被动层金属片1的化学成分为含镍36％，含锰小于0.6％，其余为铁，厚度占比为32％；主动层金属片3的化学成分为含镍20％，含锰6％，其余为铁，厚度占比为25％。

表一

本发明二具体实施例，通过上述金属复合片生产方法制得的金属复合片成品为牌号为1270的金属复合片，12为比弯曲，70为电阻率。该金属复合片由三层金属片构成，其结构请参见图2。其中，如表二所示，中间层金属片2为单层金属片，其材质为无镍不锈钢，厚度占比为40％；被动层金属片1的化学成分为含镍36％，含锰小于0.6％，其余为铁，厚度占比为28％；主动层金属片3的化学成分为含镍20％，含锰6％，其余为铁，厚度占比为32％。

表二

本发明三具体实施例，通过上述金属复合片生产方法制得的金属复合片成品为牌号为1325的金属复合片，13为比弯曲，25为电阻率。该金属复合片由三层金属片构成，其结构请参见图2。其中，如表三所示，中间层金属片2为单层金属片，其材质为铁，厚度占比为40％左右；被动层金属片1的化学成分为含镍36％，其余为铁；主动层金属片3的化学成分为含镍20％，含锰6％，其余为铁。该金属复合片可满足直接加热式元件产品用户的需要，也可作用于非直接加热元件。

表三

本发明四具体实施例，通过上述金属复合片生产方法制得的金属复合片成品为牌号为1440的金属复合片，14为比弯曲，40为电阻率。该金属复合片由四层金属片构成，其结构参阅图3。其中，中间层金属片2包括第一中间层21和第二中间层22，第一中间层21的材质为铁，第二中间层22的材质为201无镍不锈钢。并且，被动层金属片1的化学成分为含镍36％，其余为铁；主动层金属片3的化学成分为含镍20％，含锰6％，其余为铁。并且，被动层金属片1、第一中间层21、第二中间层22和主动层金属片3依次叠加固连构成所述金属复合片，其膨胀系数分别为1至3、9至12、14至16、18至20。

表四

本发明还提供了第五具体实施例。在第五具体实施例中，通过上述金属复合片生产方法制得的金属复合片成品，由被动层金属片1、第一中间层21、第二中间层22和主动层金属片3四层金属片构成，并且，在第一中间层21和第二中间层22之间还设置有电阻率较低的中间铜层4(纯铜T1或T2)，其结构请参阅图4。其中，中间铜层4起到调节电阻值的作用，用于不同金属复合片中较大电流的不同需要。

此外，在本发明提供的上述具体实施例或其它具体实施例中，当金属复合片包括主动层金属片3、第二中间层金属片22、第一中间层金属片21和被动层金属片1四层金属片时，各金属片的化学成分均满足：

被动层金属片1的化学成分为：含镍36％，含锰小于0.6％，其余为铁，被动层金属片1的膨胀系数的预设范围是1至3(其中，被动层金属片的膨胀系数优选设置为2)；

第二中间层22的化学成分为：含镍0至1％，含锰5％至10％，含铬13％至18％，其余为铁，第二中间层22的膨胀系数的预设范围是14至16；

主动层金属片3的化学成分为含镍20％，含锰6％，其余为铁，主动层金属片3的膨胀系数的预设范围是18至20；或者，主动层金属片3的化学成分为含镍10％，含锰72％，含铜18％，主动层金属片3的膨胀系数的预设范围是26至27；或者，主动层金属片3的化学成分为含镍15％，含锰75％，含铜10％，主动层金属片3的膨胀系数的预设范围是26至27；(如此，能增加获得更多更大的5至24比弯曲和需要任意选择的电阻率，从而满足了更多的市场用户需求，基本覆盖了传统的金属复合片的各产品牌号)

第一中间层21的化学成分为含镍0至1％，含锰0至1％，含铬16％至18％，其余为铁，第一中间层21的膨胀系数的预设范围是9至12，或者，第一中间层21的化学成分为铁，其膨胀系数的预设范围是11至12。

综上，本发明实施例提供的金属复合片生产方法中，用于叠加构成金属复合片的金属片的材料主要化学成分如下表所示：

表五

现有技术中的双金属复合片，被动层金属片1的镍含量大都是36％～50％，而且炼钢品种繁多，制造管理麻烦，加工费成本高。与之相比，本发明实施例中采用的无镍不锈钢和铁，属于市场大类货，可随意采购，生产成本更加低廉。而且，而且本发明中镍含量最高的被动层金属片1的镍含量相对现有技术都要低很多，从而进一步地降低了生产成本。可见，本发明只用两个含镍钢种(即含镍量不同的主动层和被动层)，结合无镍不锈钢和/或铁，就可制造多种具有不同比弯曲(K值)的金属复合片，满足市场任意选择的需求。

此外，从整体来看，本发明第一具体实施例提供的金属复合片的总化学成分中的镍含量16.52％，可见，相对现有技术中的双金属复合片而言，本发明具体实施例提供的金属复合片不仅具有较好的变形稳定性、推力稳定性，而且镍含量较低，节省含镍量约50％，制造加工成本降低了50％。

最终需要说明的是，本发明技术使用条件、性能、计算公式参照国家标准GB/T4461-2007。

上文中所述的比弯曲(K值)是金属复合材料的主要性能。

比弯曲(K值)按公式计算为：

式中：

K——比弯曲，单位为每摄氏度(℃^-1)；

Δf——测量温度为T₁和T₂时试样的挠度差(f₂-f₁)，单位为毫米(mm)；

δ——试样厚度，单位为毫米(mm)；

L——试样测量长度，单位为毫米(mm)；

T₁——测量初始温度，单位为摄氏度(℃)；

T₂——测量终了温度，单位为摄氏度(℃)。

下面为本发明第四具体实施例提供的两个金属复合片样品分别都在中、低温升条件下进行实验的实验过程和实验数据。(该金属复合片样品包括膨胀系数不同且按膨胀系数大小依次叠加固连的四层金属片，即被动层金属片1、第一中间层21、第二中间层22和主动层金属片3，不带铜层，最终达到的比弯曲K约等于14，电阻率为40。)

上述金属复合片样品的样条尺寸为长方形，宽10mm，厚度0.6mm至1.2mm，长度120mm，有效长度100mm，安装在固定的支架上，给环境温度升温，使样品受热弯曲变形，用卷动千分长尺测试变形距离，再用上述公式计算比弯曲(K值)。

两个金属复合片样品的实验数据如下表：

表六

表七

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。