一种相拼组合结构复合金属片的制备方法及其复合金属片技术

本发明专利技术公开了一种相拼组合结构型复合金属片的制备方法及其复合金属片，将至少两种以上的异质金属材料进行固相复合，获得非侧面复合结构型层状复合金属初坯料；对所得到的层状复合金属初坯料进行塑性成形加工、矫直和切割处理，制得非侧面复合结构型层状复合金属长条料；对所得到的非侧面复合结构型层状复合金属长条料采用切片式切割工艺，制得若干复合金属片坯；对复合金属片坯进行加工及表面处理形成复合金属片。将所制得的相拼金属片至少由两种以上的金属片通过相互接触的侧面以牢固的物理冶金键合方式紧密结合。本发明专利技术所提供的相拼复合型金属片具有更可靠的焊接特性，在保障整体构件优异导电、散热、减重和过渡连接等性能需要的同时显著降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种相拼组合结构复合金属片的制备方法及其复合金属片
本专利技术专利涉及一种相拼组合结构复合金属片的制备方法及其复合金属片，可广泛应用于电力、电池、汽车、电子等工业领域。
技术介绍
目前在电力、电池、汽车、电子等工业领域大量需要将不同材质的金属件进行配对连接，如母线汇流排、多个单体电芯正负极连接、汽车结构件、封装散热板等。例如，铝具有资源较为丰富、密度小、导电散热性较好等著特点，与此同时强度较低、难焊接(包括焊锡、与其它非铝金属焊接困难)限制了其更大规模的使用，因此通过过渡金属片实现铝质金属件与其它具有较高强度(如钢、不锈钢、钛)或更高导电性(如铜)或焊接性能好(如镍)等异质金属件的可靠连接设计变得非常重要和关键。仍以最常用的轻质金属(或称轻金属，主要包括铝、镁、钛、锂等)铝为例，目前铝与铜、钢结构件等材料的过渡连接大多采用叠层复合式结构如铝/钢、铝/铜接头材料，主要有摩擦焊、扩散焊、压力焊等方法。这些方法在性能稳定性、制造成本、环保安全性、生产效率等方面还存在一些至今还很难解决的问题，因此难以普遍推广。专利号20101010300705.7、专利号20101010300693.8、专利号20101010300694.2分别公开了铝与不锈钢、钛、铜制备(叠)层状复合材料的方案，其技术原理实质为铸轧复合工艺，铸轧过程中铝在凝固复合至其它材料表层将保持一段较长时间为液态(注：铝在660℃以上才能为液态)，因此可理解该方案为液－固复合法。而根据轻金属(如铝、镁、钛)与钢、铜等异质金属的大多数材料相图可知，层状界面附近所存在的热影响区会对结合强度产生显著的破坏作用：液－固复合过程中的较高温度和较长时间特点决定了这些轻金属液与不锈钢、铜等材料表面接触时非常容易通过相互扩散在界面附近生成较厚的金属间化合物，而金属间化合物的脆性及导电性差的特征使得上述专利所公开的这些技术方案很难获得界面结合强度高、导电性好的层状复合材料，因此如用该复合材料所制成的过渡接头应用可靠性并不高。另外，在同样的异质金属片组合情况下，金属片间的相拼复合(即两相邻异质金属片在相接触的侧面紧密结合，在大多数情况下各组成金属片厚度相同，但也有少数情况组成金属片不等厚)结构较金属片间的叠层复合结构在过渡接头设计方面具有显著的应用比较优势。焊接时由于热输入(如电阻焊、高能束焊过程所产生的热)的集中热传导方向大多情况下可视为垂直通过整个金属片厚度。对叠层复合金属结构而言即热量的传递必定穿越结合界面，由于铝与异质金属界面附近生成各种脆性、导电性差的金属间化合物，焊接热影响区难以避免地对复合界面产生破坏影响；而相拼复合金属结构由于其复合界面与金属片厚度方向大致平行，较容易实现焊接热量的传导途径避开复合界面区域，因此在一定条件下完全可以避免焊接热影响区对复合界面的潜在破坏。显然，异质金属片间的相拼(侧复)结构的过渡接头实质上是实现异质金属件之间可靠连接的最佳设计结构。因此专利号200910110705.8“一种侧面复合金属结构的导电连接片及其生产方法”提出了一种通过由不同金属所组成的侧面复合金属带材横向冲压出的导电连接片的方案，然而特别是对于类似像铝、镁、钛、锂等轻金属类材料与其它异质材料在热扩散条件下容易生成金属间化合物的组合，工程实践表明这类组合材料要直接制备出侧面复合结构的板带材的加工技术难度相当高：一方面采用连续高能束(如激光、电子束)直接作用于异质金属的相接触侧面时，瞬间高温扩散使得两种材料之间容易产生金属间化合物直接破坏界面的结合；另一方面即使采用轧制复合工艺，由于异质金属带材并排进入轧机时，相互接触的侧面主要是通过轧制变形区内限制材料宽展所产生的水平方向挤压力形成新鲜结合界面的，显然一般而言金属带材的宽度方向尺寸远大于厚度方向尺寸，此时侧面复合时带材水平方向的挤压力实际上容易在待结合界面出现刚度失稳现象，即界面结合所必须的能量难以引入，从而导致复合失败。这些都使得轻金属与其它材料组合的侧面复合金属带材及其导电连接片的制备和应用难以大规模推广。针对类似铝与其它金属(如钢、不锈钢)的过渡连接件现有应用及制备过程技术中的问题，本专利技术提出了一种具有生产效率高、加工成本较低、连接可靠性高的铝与其它非铝质金属件的过渡连接用复合金属片及其制备方法的技术解决方案。
技术实现思路
本专利技术涉及一种相拼组合结构的制备方法及其复合金属片，可系统全面地解决上述所提异质金属件过渡连接过程中的应用问题。所述技术方案如下所述：一方面，本专利技术提供了一种相拼组合结构复合金属片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1)将至少两种以上的异质金属材料进行固相复合，获得非侧面复合结构型层状复合金属初坯料；S2)对S1步骤所得到的层状复合金属初坯料进行塑性成形加工、矫直和切割处理，制得非侧面复合型层状复合金属长条料；S3)对经过S2步骤所得到的非侧面复合结构型层状复合金属长条料采用切片式切割工艺，制得若干复合金属片坯,该片坯呈现出各异质金属片在相邻接触的侧面拼接式结合的结构特征；S4)对S3步骤的复合金属片坯进行加工及表面处理形成复合金属片。本专利技术公开了所述S1-S3步骤中的非侧面复合结构型层状复合金属初坯料及长条料为包覆结构型复合金属、叠层结构型复合金属或镶嵌结构型复合金属的一种。(注：层状复合金属材料根据其材料间的空间位置构成方式主要分为包覆结构型、叠层结构型、镶嵌结构型、侧面结构型等几种类型)本专利技术公开了S2步骤所制得的包覆结构型复合金属长条料的等效外直径或厚度不小于1.6mm，且各异质金属包覆层厚度不小于0.4mm；所制得的叠层结构型复合金属长条料的总厚度不小于0.8mm，且各异质金属结合界面至该复合金属长条料的表面距离不小于0.4mm；所制得的镶嵌结构型复合金属长条料的总厚度不小于0.8mm，且各嵌材宽度不小于0.8mm,各嵌材与基材的结合底面至复合金属长条料表面的距离均不小于0.4mm。本专利技术公开了上述S1步骤中的所述固相复合方法为连续挤压法、包套挤压法、轧制复合法、预包覆结合拉拔法、爆炸复合法中的一种。本专利技术公开了经上述S2步骤所制得的层状复合金属长条料中的各异质金属间达到物理冶金键合程度，各层金属间结合界面处的金属间化合物厚度不大于5微米；经S3步骤中各复合金属片坯中的各异质金属之间结合界面处的金属间化合厚度不大于5微米。本专利技术公开了上述S3步骤优先采用带有冷却条件下的精密多线切割法进行切片，所切出的若干片坯均包含S2步骤制得的层状复合金属长条料中的各异质金属层,且所制得的复合金属片坯的厚度为0.1～8mm。本专利技术公开了上述S4步骤中所制得的复合金属片的各相邻异质金属结合界面设置于后续应用于焊接时所产生的热影响区外。本专利技术公开了采用上述制备方法及步骤所得到的具有相拼组合结构的复合金属片的特征在于：其至少包括两种以上的异质金属材料，各异质金属片之间通过物理冶金键合方式在彼此接触的侧面上牢固结合。另一方面，本专利技术还提供了具有相拼组合结构的的复合金属片，所述复合金属片中至少包括一种轻金属片，所述轻金属片与相邻金属片之间的结合界面处所形成的金属间化合物的厚度不大于5微米。进一步优先地，本专利技术公开具有相拼组合结构的的复合金属片，其特征在于，所述的轻金属片包括铝及铝合金、镁及镁合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相拼组合结构复合金属片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：S1)将至少两种以上的异质金属材料进行固相复合，获得非侧面复合结构型层状复合金属初坯料；S2)对S1步骤所得到的层状复合金属初坯料进行塑性成形加工、矫直和切割处理，制得非侧面复合结构型层状复合金属长条料；S3)对经过S2步骤所得到的非侧面复合结构型层状复合金属长条料采用切片式切割工艺，制得若干复合金属片坯,该片坯呈现出各异质金属片在相邻接触的侧面拼接式结合的结构特征；S4)对S3步骤的复合金属片坯进行加工及表面处理形成复合金属片。

【技术特征摘要】
1.一种相拼组合结构复合金属片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：S1)将至少两种以上的异质金属材料进行固相复合，获得非侧面复合结构型层状复合金属初坯料；S2)对S1步骤所得到的层状复合金属初坯料进行塑性成形加工、矫直和切割处理，制得非侧面复合结构型层状复合金属长条料；S3)对经过S2步骤所得到的非侧面复合结构型层状复合金属长条料采用切片式切割工艺，制得若干复合金属片坯,该片坯呈现出各异质金属片在相邻接触的侧面拼接式结合的结构特征；S4)对S3步骤的复合金属片坯进行加工及表面处理形成复合金属片。2.根据权利要求1所述相拼组合结构复合金属片的制备方法，其特征在于：所述S1-S3步骤中的非侧面复合结构型层状复合金属初坯料及长条料为包覆结构型复合金属、叠层结构型复合金属或镶嵌结构型复合金属中的一种。3.根据权利要求2所述相拼组合结构复合金属片的制备方法，其特征在于：所制得的包覆结构型复合金属长条料的等效外直径或厚度不小于1.6mm，且各异质金属包覆层厚度不小于0.4mm。4.根据权利要求2所述相拼组合结构复合金属片的制备方法，其特征在于：所制得的叠层结构型复合金属长条料的总厚度不小于0.8mm，且各异质金属结合界面至该复合金属长条料的表面距离不小于0.4mm。5.根据权利要求2所述相拼组合结构复合金属片的制备方法，其特征在于：所制得的镶嵌结构型复合金属长条料的总厚度不小于0.8mm，且各嵌材宽度不小于0.8mm,各嵌材与基材的结合底面至复合金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐卓辉，
申请(专利权)人：徐卓辉，沈翠珊，
类型：发明
国别省市：广东,44