一种以低碳钢为中间层的热双金属材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种以低碳钢为中间层的热双金属材料及其制备方法。所述热双金属材料为层状结构，包括主动层、被动层及夹设于主动层与被动层之间的中间层，所述主动层材料为铁镍锰合金FeNi20Mn6，中间层材料为低碳钢，被动层材料为铁镍合金FeNi36。本发明专利技术所述的热双金属材料，在各层材料的协同作用下，具有良好的温曲率、电阻率、焊接性能和耐腐蚀性，实现了成本低廉与耐腐蚀性之间的完美平衡；另外，本发明专利技术的制备方法，使层与层之间的结合强度较高，可保证结合界面平直、无裂纹现象出现。

A kind of thermal bimetal material with low carbon steel as interlayer and its preparation method

The present invention discloses a kind of thermal bimetal material with low carbon steel as intermediate layer and its preparation method. The thermal bimetal material is a layered structure, which comprises an active layer, a passive layer and an interlayer between the active layer and the passive layer. The active layer material is Fe Ni Mn alloy FeNi20Mn6, the intermediate layer material is low carbon steel, and the passive layer material is iron nickel alloy FeNi36. The invention discloses a thermal dual metal materials, the synergistic effect of each layer of material, has good temperature curvature, resistivity, weldability and corrosion resistance, low cost and achieve the perfect balance between corrosion resistance; in addition, the preparation method of the invention, the high bonding strength layer and layer the emergence of the interface can ensure the surface and no crack phenomenon.

【技术实现步骤摘要】
一种以低碳钢为中间层的热双金属材料及其制备方法
本专利技术涉及一种热双金属材料及其制备方法，具体说，涉及一种以低碳钢为中间层的热双金属材料及其制备方法，属于金属材料

技术介绍
热双金属材料是一种功能性的温度敏感材料，由两种或两种以上不同热膨胀系数的材料组成，其中主动层采用热膨胀系数较大的材料，被动层采用热膨胀系数较小的材料，它能根据温度变化而产生形状的变化，主要应用于温控器、低压电器和仪器仪表等领域，如：用于低压断路器的过载保护，当电流过载时，导致了材料温升使双金属片产生弯曲，从而使电路导通或断开。目前应用于低压电器上的热双金属材料通常为三层复合结构，包括主动层、被动层及位于主动层和被动层之间中间层，由于低压电器上的热双金属材料对材料的温曲率和电阻率一致性、耐腐蚀性和焊接性等方面均有较高要求，因此，目前的热双金属材料的中间层材料主要采用纯镍。目前此类以纯镍为中间层的热双金属材料，每年需求量约为2000吨，由于镍是价格昂贵的有色金属，导致生产成本很高，为了降低热双金属的生产成本，因此需要开发低成本的少镍或无镍的热双金属材料。中国专利CN201410265649.6中公开了一种热双金属片及其制造工艺，该热双金属片由主动层和被动层两层组成，主动层材料为镍铬合金，被动层材料为镍铁合金，主动层和被动层通过冷轧复合制成热双金属片。中国专利CN201410268058.4中公开了一种热双金属材料，该热双金属材料中包含以下金属成分：铝、锡、锰或锌其中的一种，该金属中还包含铁镍合金和有机化合物颗粒，其中所述有机化合物颗粒为碳化物和/或氮化物和/或硼化物的颗粒；所述的铁镍合金成分所占重量百分比分别为30.5％-50.5％。中国专利CN201510605022.5中公开了一种热双金属材料，该热双金属材料按重量百分含量包含以下成分：锡、锰或锌中的一种40-65％；铁镍合金20-35％；钴基高温合金5-16％；无机化合物颗粒10-30％。上述专利中虽然减少了纯镍的使用，降低了生产成本，但均非三层复合结构，其性能方面相较于三层复合结构的热双金属材料而言还存在一定的差距。中国专利CN201410157022.9中公开了一种可节省镍的层状热双金属材料，该热双金属材料包括低膨胀层、高膨胀层以及位于低膨胀层和高膨胀层之间的中间层，其中中间层不用纯镍，而是采用铜合金层与钢合金层的相互层状复合的合金组合层，合金组合层的层数为2-4层，合金组合层的厚度占热双金属材料总厚度的5％-40％，其中，铜合金层的材质为C11000或C10200或C10700的任一种，钢合金层的材质为SUS430或SUS304的任一种；该专利虽然节约了镍的用量，但是中间层采用的铜合金层与钢合金层价格依旧较为昂贵，生产成本还是较高。中国专利CN200810200901.X、CN200810041654.3、CN200810200898.1、CN200810200899.6中都分别公开了一种热双金属材料，均包括主动层、被动层及位于主动层与被动层之间的中间层，上述热双金属材料的中间层采用电工纯铁代替纯镍，节约了镍的用量，降低了生产成本。上述三层复合结构式的热双金属材料中，以电工纯铁或铜合金层与钢合金层的相互层状复合的合金组合层代替双金属材料使用的纯镍中间层，节约了镍的用量，虽然在一定程度上降低了生产成本，但是由于纯镍中间层的缺失，导致其耐腐蚀性能降低，而低压电器上使用的热双金属材料对耐腐蚀性能要求较高，这就导致上述热双金属材料无法满足应用需求。目前还没有以低碳钢为中间层的热双金属材料的相关报道，更加没有兼具成本低廉和耐腐蚀性好的以低碳钢为中间层的热双金属材料的相关报道。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题和需求，本专利技术的目的是提供一种成本低廉、耐腐蚀性好的以低碳钢为中间层的热双金属材料及其制备方法，以满足低压电器的应用需求。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种以低碳钢为中间层的热双金属材料，为层状结构，包括主动层、被动层及夹设于主动层与被动层之间的中间层，所述主动层材料为铁镍锰合金FeNi20Mn6，所述中间层材料为低碳钢，所述被动层材料为铁镍合金FeNi36。作为优选方案，在所述热双金属材料的总厚度中：主动层的厚度占35.5-45.5％，中间层的厚度占10.5-20.5％，被动层的厚度占39.5-49.5％。作为进一步优选方案，所述热双金属材料的总厚度为1.0-1.2mm(以1.1-1.14mm为佳)，其中：主动层的厚度占38.5-42.5％，中间层的厚度占13.5-17.5％，被动层的厚度占42-46％。作为优选方案，铁镍锰合金FeNi20Mn6的化学组成为：C≤0.03％，Si≤0.2％，P≤0.01％，S≤0.01％，Ni：21.5-22.5％，Mn：5.8-6.2％，Fe：余量，以上百分比均为质量百分比。作为优选方案，低碳钢的材质为SPCC低碳钢，其化学组成为：C≤0.03％，Si≤0.2％，Mn≤0.3％，P≤0.01％，S≤0.01％，Ni：21.5-22.5％，Cr：2.9-3.1％，Fe：余量，以上百分比均为质量百分比。作为优选方案，所述低碳钢为表面镀铜(以紫铜为佳)的低碳钢。作为优选方案，铁镍合金FeNi36的化学组成为：C≤0.03％，Si≤0.2％，Mn≤0.3％，P≤0.01％，S≤0.01％，Co≤0.2％，Cr≤0.2％，Ni：35-37％，Fe：余量，以上百分比均为质量百分比。一种制备本专利技术所述的以低碳钢为中间层的热双金属材料的方法，包括初轧、扩散退火和精轧，主动层材料、中间层材料和被动层材料进行初轧之前，需要对中间层的低碳钢材料预先进行表面电镀铜处理。作为优选方案，所述初轧的温度高于200℃、初轧的压下率大于80％；所述精轧为冷轧，精轧的压下率大于80％。作为进一步优选方案，本专利技术所述的以低碳钢为中间层的热双金属材料的制备包括如下步骤：1)原材料选用：选择铁镍锰合金FeNi20Mn6为主动层材料，选择低碳钢为中间层材料，选择铁镍合金FeNi36为被动层材料，且所选择的材料均为带材；2)清洗：对主动层材料、中间层材料和被动层材料的表面进行清洗处理；3)粗化：对主动层材料、中间层材料和被动层材料的表面进行粗化处理；4)镀铜：对经过粗化处理后的中间层材料进行表面电镀铜处理；5)烘干：将主动层材料、中间层材料和被动层材料在100-200℃、氮气气氛下进行烘干处理；6)初轧：将主动层材料、中间层材料和被动层材料在氨分解气氛下进行初轧处理，使三层材料复合为一整体，所述初轧的温度为200-400℃、压下率为80-98％；7)扩散退火：将初轧复合后的材料在700-1000℃下进行扩散退火处理；8)精轧：将扩散退火后的材料进行精轧处理，压下率为80-95％；9)拉弯矫直：通过拉弯矫直机对精轧后的材料进行拉弯矫直处理；10)分条：通过分条机将拉弯矫直后的材料切割成宽度相等的金属长带；11)冲压：将金属长带冲压成所要求形状的元件；12)稳定化退火：将冲压的元件在分解氨气氛下进行稳定化退火处理，退火温度为200-500℃，保温时间为60-180分钟，即得所述热双金属材料。作为更进一步优选方案，步骤6)中，初轧的温度为260-280本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以低碳钢为中间层的热双金属材料，其特征在于：为层状结构，包括主动层、被动层及夹设于主动层与被动层之间的中间层，所述主动层材料为铁镍锰合金FeNi20Mn6，所述中间层材料为低碳钢，所述被动层材料为铁镍合金FeNi36。

【技术特征摘要】
1.一种以低碳钢为中间层的热双金属材料，其特征在于：为层状结构，包括主动层、被动层及夹设于主动层与被动层之间的中间层，所述主动层材料为铁镍锰合金FeNi20Mn6，所述中间层材料为低碳钢，所述被动层材料为铁镍合金FeNi36。2.根据权利要求1所述的以低碳钢为中间层的热双金属材料，其特征在于，在所述的热双金属材料的总厚度中：主动层的厚度占35.5-45.5％，中间层的厚度占10.5-20.5％，被动层的厚度占39.5-49.5％。3.根据权利要求2所述的以低碳钢为中间层的热双金属材料，其特征在于：所述的热双金属材料的总厚度为1.0-1.2mm，其中：主动层的厚度占38.5-42.5％，中间层的厚度占13.5-17.5％，被动层的厚度占42-46％。4.一种制备权利要求1所述的以低碳钢为中间层的热双金属材料的方法，其特征在于：包括初轧、扩散退火和精轧，主动层材料、中间层材料和被动层材料进行初轧之前，需要对中间层的低碳钢材料预先进行表面电镀铜处理。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述初轧的温度高于200℃、初轧的压下率大于80％；所述精轧为冷轧、精轧的压下率大于80％。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以低碳钢为中间层的热双金属材料的制备包括如下步骤：1)原材料选用：选择铁镍锰合金FeNi20Mn6为主动层材料，选择低碳钢为中间层材料，选择铁镍合金FeNi36为被动层材料，且所选择的材料均为带材；2)清洗：对主动层材料、中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王名扬，杨琪，张超，
申请(专利权)人：上海松森特殊金属有限公司，上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31