固态铜材固液复合及拉拔组合制备双金属复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种固态铜材固液复合及拉拔组合制备双金属复合材料的方法；所述方法包括固液复合铸造制备双金属拉拔坯料的步骤、拉拔制备双金属复合材料的步骤。本发明专利技术特征在于利用表面锌层保护后固液连接的工艺手段，解决了传统焊接方法连接铜和其他材料时容易出现的氧化夹渣、吸气、热裂、成分偏析等一系列的问题，克服了铜材在高温下表面易形成氧化膜阻碍铜和其他材料之间冶金结合形成的难题，然后通过拉拔方法成型，破碎固液复合过程中界面上形成的中间化合物，提高了双金属复合材料以及基体材料的力学性能和物理性能。本发明专利技术方无需气体保护、复合技术简单、工艺条件宽泛易操作、工艺设备要求简单、界面结合强度高、导电性能好。

Method for preparing bimetal composite material by solid liquid composite and drawing of solid copper material

The invention discloses a method for solid copper solid-liquid composite and drawing preparation of double metal composite material; the method comprises the solid-liquid composite casting preparation of double metal drawing blank drawing steps, the preparation steps of double metal composite material. The invention is characterized in that the technology of zinc surface protection after solid-liquid connection, solves the oxidation prone connection of copper and other materials in the traditional welding methods of slag, suction, hot crack, segregation, etc. a series of problems, overcome the copper surface at a high temperature can easily form the oxide metallurgy between copper and other obstacles the material is formed by the combination of the problem, and then through the method of drawing forming, crushing intermediate compounds formed in the process of the solid-liquid interface compound, improved double metal composite materials and the mechanical properties of the matrix material and physical properties. The invention has the advantages of simple structure, easy operation, simple process and equipment requirements, high interfacial bonding strength and good electrical conductivity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于双金属复合材料的制备领域，具体是一种铜材固液复合铸造及拉拔组合制备双金属复合材料的方法，特别是一种通过固液复合铸造后拉拔组合工艺制备双金属复合材料的方法。
技术介绍
随着现代工业技术的发展，对材料综合性能的要求越来越高，在很多工况条件下，单一组元的金属材料已经很难满足要求。双金属复合材料是通过各种复合技术使两种性能不同的金属复合在一起而制备的一种新型复合材料。与单一组元的金属材料相比，双金属复合材料可以综合利用两种金属材料各自的物理化学特性，获得单一组元金属不能同时具有的综合性能，可以较好地满足工业与科技的快速发展对于材料越来越高的要求。铜材由于其优良的导电、导热性能，以及良好的力学性能，已经被广泛的开发和应用于个工业领域中。经调研发现，铜材与其他材料之间复合制备的双金属材料同样受到了越来越多的重视。如铜铝双金属复合材料综合了铜合金的高导电性能、高导热性能、低接触电阻以及铝的质轻、耐蚀等优点。铜铝双金属复合材料可以在减轻40％重量的前提下达到和铜材相差无几的高导电、导热率，同时价格只有铜材的60％。目前铜铝双金属复合材料产品主要有：铜包铝复合线材，铜铝复合接头材料以及铜铝复合板带。铜铝双金属复合材料已广泛应用于电力、电子、电器、汽车、能源等领域。另外，随着经济建设的快速发展，我国已经成为世界上最大的铜产品生产国也是最大的铜资源进口国，每年需要进口大量的铜资源，铜价格的不断上升影响了国内企业的经济效益。同类别双金属复合材料的使用可以很好优化资源配置，提高经济效益，具有非常广阔的应用前景。使用传统焊接方法制备双金属复合材料时，由于铜合金和铝合金之间物理性能如熔点、比热容、线膨胀系数等相差很大，同时两种金属的导热性都很好，所以焊接过程中经常出现氧化夹渣、吸气、热裂、成分偏析等一系列的问题。经对现有技术的检索发现，除焊接方法外铜铝间复合常见的方法按照材料状态的不同可以分为固液复合、固固复合及液液复合。对于固固连接方法，如拉拔，生产效率较高，不过由于铜和铝在大气环境下都非常容易氧化，尤其是高温条件下，两种金属之间都会形成致密的氧化膜，氧化膜的存在会严重阻碍两种金属之间的相互作用，恶化连接质量，不容易形成良好的冶金结合。对于液液连接则经常受到设备的限制，对于材料的外形、尺寸都有非常严格的要求，这也在一定程度上限制了铜铝双金属材料的推广和应用。固液复合受外形条件约束小、工艺设备要求简单，不过浇注温度较高时容易在界面上生成较厚的中间化合物，影响铜铝双金属复合材料的结合强度和物理性能。每一种方法都有其特有的优势，但又有一定的局限性。进一步对现有技术检索发现，研究人员开始通过两种复合方法组合在一起制备铜铝双金属复合材料以克服单一方法的不足。中国专利CN102626854A公布了一种爆炸加轧制生产全包铜铝复合排的方法。该技术利用爆炸焊接加轧制组合的方法制备了铜铝双金属复合材料，工艺中利用两种固固连接方法，表面没有特殊处理，所以两种金属界面上会存在氧化膜，同时对于材料的外形要求较高。中国专利CN101364459A公布了一种铜包铜母线排的生产方法及设备。该技术利用挤压和热轧组合的方法制备铜铝双金属复合材料，不过由于是利用两种固固连接方法，而且为了避免氧化膜的影响，在热处理过程中引入了惰性气体保护，对于设备及制备条件要求较高。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种铜材固液复合铸造及拉拔组合制备双金属复合材料的方法，解决现有复合技术连接铜材和其它材料时经常导致结合区域形成氧化夹渣、吸气、热裂、成分偏析的问题，同时解决氧化膜和中间化合物的存在严重影响两种金属之间的相互作用以及双金属复合材料的性能较低等一系列的问题，使两种合金之间形成冶金结合，具有优良的力学性能。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供一种固态铜材固液复合及拉拔组合制备双金属复合材料的方法，所述方法包括固液复合铸造制备双金属拉拔坯料的步骤、拉拔所述坯料制备双金属复合材料的步骤。优选地，固液复合铸造制备双金属拉拔坯料的步骤具体包括：处理预置：对待连接固态铜预置材料进行表面处理，处理后预置在模具型腔内；铸造结合：将液态待浇注材料浇注入所述模具型腔内，铸造形成双金属拉拔坯料。优选地，所述预置固态铜材料包括铜或/铜合金，具体包括纯铜、铸造铜合金、变形铜合金；所述浇注材料包括熔点低于或等于固态铜材料的金属或所述金属的合金；所述金属包括铝、镁、铜等。当浇注材料为铜材时，因为铜材的种类非常多，虽然都为铜材，但是可以选择不同种类的铜材，同样可以综合不同铜材之间不同的性能优势从而得到具有优良性能的双金属复合材料。优选地，处理预置的步骤中，所述表面处理具体指镀锌保护层；优选地，所述镀锌保护层的实现方式包括电镀、化学镀、热浸镀、热喷涂、气相沉积等；所述锌保护层的厚度为0.1～50μm。锌层太薄在浇注前会气化，表面继而氧化，不能起到保护作用。过厚锌层不能完全溶入到浇注材料中去，导致不能形成冶金结合。或者形成冶金结合界面处有锌聚集，锌的聚集会影响双金属复合材料的性能。优选地，铸造结合的步骤中，所述铸造的方法包括砂型铸造、金属型铸造、低压铸造、高压铸造、真空铸造、挤压铸造、离心铸造等。优选地，铸造结合的步骤中，所述浇注温度为450～1200℃；浇注温度低于450℃有可能造成充型困难，同时很难熔化表面锌层，不能形成冶金结合；高于1200℃可能会造成铜条的严重熔化，失去作为高性能预置材料的意义；进一步优选地，所述浇注温度为650～1200℃；更优选地，所述浇注温度为1150～1200℃。优选地，拉拔所述坯料制备双金属复合材料的步骤中，所述拉拔的方式包括直拔、连续直拔、盘拔、旋压、轧管加工方法中的一种或者几种的组合；拉拔的温度为-100～浇注材料熔点以下100℃；拉拔的缩径比为1/100～90/100；拉拔的缩径速度为10～400m/min。拉拔温度低于-100℃时，成型性能很差，在拉拔过程中会出现裂纹等缺陷。温度高于上限时浇注材料甚至固态铜预置材料有可能熔化。缩径比低于1/100，基本没有变形效果，对于中间化合物的破损效果很弱，得到的材料界面上会存在较厚的中间化合物，影响性能。缩径比高于90/100，对于设备/材料的成型性能要求很高，而且很容易出现裂纹等缺陷。缩径高于400m/min，变形速度较快，很容易出现裂纹等缺陷。而低于10m/min，生产效率较低。进一步优选地，所述拉拔的温度为200～500℃。优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态铜材固液复合及拉拔组合制备双金属复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括固液复合铸造制备双金属拉拔坯料的步骤、拉拔所述坯料制备双金属复合材料的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种固态铜材固液复合及拉拔组合制备双金属复合材料的方法，其特征在于，
所述方法包括固液复合铸造制备双金属拉拔坯料的步骤、拉拔所述坯料制备双金属复合
材料的步骤。
2.根据权利要求1所述的固态铜材固液复合及拉拔组合制备双金属复合材料的方
法，其特征在于，固液复合铸造制备双金属拉拔坯料的步骤具体包括：
处理预置：对待连接固态铜预置材料进行表面处理，处理后预置在模具型腔内；
铸造结合：将液态待浇注材料浇注入所述模具型腔内，铸造形成双金属拉拔坯料。
3.根据权利要求2所述的固态铜材固液复合及拉拔组合制备双金属复合材料的方
法，其特征在于，所述固态铜预置材料包括铜或/和铜合金；
所述浇注材料包括熔点低于或等于固态铜材料的金属或合金。
4.根据权利要求2所述的固态铜材固液复合及拉拔组合制备双金属复合材料的方
法，其特征在于，处理预置的步骤中，所述表面处理具体指镀锌保护层。
5.根据权利要求2所述的固态铜材固液复合及拉拔组合制备双金属复合材料的方
法，其特征在于，铸造结合的步骤中，所述铸造的方法包括砂型铸造、金属型铸造、低
压铸造、高压铸造、真空铸造、挤压铸造或离心铸造；
所述浇注温度为450～1200℃。
6.根据权利要求1所述的固态铜材固液复合及拉拔组...

【专利技术属性】
技术研发人员：王渠东，刘腾，刘国平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31