一种异质金属相拼复合板带材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种异质金属相拼复合板带材及其制备方法，该复合板带材在沿所述复合板带材纵向上呈周期性间隔式设置有多个由异质金属组合所构成的相拼结合面，复合板带材包括各相拼结合面在内的各金属层之间的材料组织均已达到物理冶金键合的致密结合程度，复合板带材可连续地加工出满足最终成品需求的多个具有相同的异质金属材质组成及细节尺寸特征的相拼复合金属件。本发明专利技术彻底改变了现有技术中所有类型的复合金属板带材的结合面沿带材长度方向连续式分布的传统设计思想，更有利于在获得最佳材料综合应用特性(特别是焊接性能)的同时极大地降低相拼复合型元件的生产加工成本。

Heterogeneous metal phase composite plate strip and preparation method thereof

The invention discloses a heterogeneous metal patched composite plate strip and a preparation method thereof. The composite plate strip is periodically spaced along the longitudinal direction of the composite plate strip with a plurality of patched joint surfaces composed of heterogeneous metal combinations, and the composite plate strip is a material group among the metal layers including each patched joint surface. The texture has reached the dense bonding degree of physical metallurgical bonding. The composite sheet and strip can be continuously processed to meet the needs of final products. The invention completely changes the traditional design idea that the joint surfaces of all types of composite metal sheets and strips are continuously distributed along the length direction of the strips in the prior art, and is more conducive to obtaining the optimum comprehensive application characteristics of materials (especially welding performance) while greatly reducing the production and processing cost of the combined components.

【技术实现步骤摘要】
一种异质金属相拼复合板带材及其制备方法
本专利技术涉及金属材料
，具体涉及一种异质金属相拼复合板带材及其制备方法，可广泛应用于包括电力、电池、汽车、电子、建筑材料等许多工业领域的材料连接件及装饰用途。
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，如电芯极耳用于连接极片和外引端、多个单体电芯间的不同材质的正负极连接、汽车轻量化设计中的钢铝连接等，因此，异种金属的连接技术受到产业界的高度重视。与此同时，各类的连接结构件的质量性能稳定性、生产效率及成本都提出了更高要求以满足终端产品制造过程自动化、智能化、规模化的发展要求。在同样的异质金属组合情况下，金属与金属间的相拼复合(即两相邻异质金属片或金属体在相接触的侧面(或截面)紧密结合，在大多数情况下各组成金属片的厚度或金属体的高度相同，但也有一些情况下(如两相邻异质金属件之间只有一个基准面相平齐)组合相拼的金属片或金属体厚度或高度并不相等)结构较异质金属间的叠层复合结构在焊接应用时具有显著比较优势。这是因为焊接时由于需要有较强热输入以保证焊接必须的能量，此时对叠层复合金属结构而言从表层所输入的热量传递必定穿越异质金属间的结合界面。一方面，材料间因膨胀系数差所导致的热应力使得焊接可靠性下降；另一方面，当构成叠层的异质金属组元属于容易形成金属间化合物类型时(注：从材料相图可知如铝/铜、铝/镍、铝/钢等的组合)，受焊接热影响难以避免地在异质金属界面附近生成破坏焊接结合的金属间化合物，即这些组合的异质金属实际难以直接通过焊接进行牢固连接(注：当然包括相拼焊接)。而相拼复合金属结构由于其复合界面与整个金属片厚度(或整个金属体的高度)方向大致平行，较容易实现焊接热量的传导途径，尽量避开复合界面区域。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，异质金属间的相拼复合结构件实质上是实现异质金属件之间可靠连接的最佳设计结构。此外，由于一些金属材料通过相拼组合在一起形成鲜明的色彩对比(如铜/铝、不锈钢/铜)，可作为建筑用的板材达到令人赏心悦目的装饰效果。中国专利文献CN102035080A公开了“一种采用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，该方案在工程实践方面已得到大量的成功验证，但该方案在规模化生产时成本难以下降影响了其更大规模的推广和应用。实践证明，受带材的主要生产设备轧机本身宽度的影响，毕竟最终零件的长度较宽度尺寸大，因此，只有当带材的主尺寸方向(即纵向与宽向)与最终零件的主方向分别等同一致时才具有最高的生产效率和相对最低的应用成本。大多情况下,侧面复合带材的宽度方向等同于最终零件的长度方向(即纵向)，而其带材纵向等同于最终零件的宽度方向，显然这无法与现已大规模生产的面复合(注：各等宽的材料组元叠层复合为面复合)金属带材的加工效率无法相比，因为后者这种带材的纵向和宽向大多情况下与最终零件的纵向和宽向分别等同。另外，上述侧面复合带材在大多情况下仅为两条或三条等厚异质金属在相邻接触的侧面结合(注：较其它复合结构的材料而言，侧面复合时异质金属间接触面积相对最小使得复合所需能量难以加入且带材侧面刚度容易失稳)，更多条的异质金属带在相邻接触的侧面结合技术加工难度则更为困难，这使得该种结构的侧面复合带材的生产效率很低：一般情况下只能通过纵向剪切得到1～2条连续卷带，而每一条卷带宽度按对应于最终单个侧面复合导电连接件的长度值进行分切，显然这无法与面复合金属带材的生产成本相比：后者可以在轧制完成后采用纵剪法一次性获得多条甚至数十条以上的窄带(注：窄带的宽度可视为单个最终零件的宽度)。实际上现有技术中镶嵌结构的复合金属带材也存在类似的问题：其镶嵌条数一旦超过3条，其生产成本及产品质量稳定性变差，这样使得材料生产效率难以提升从而影响其推广应用和生产成本的降低。近十年来以激光焊接、电子束焊接为代表的高能束连接技术在各工业应用领域特别是3D金属打印技术方面得到了前所未有的空前发展，但在发展中其应用瓶颈也非常明显难以突破：1)高能束焊接在某些异种金属材料组合的连接方面受到技术本身的限制无法实现，如铜/铝连接；2)无论是哪种高能束加工毕竟仍属于焊接技术，其快速热输入和快速冷却过程所形成的焊缝中难以避免如气孔、微裂纹等材料组织缺陷的出现，这些缺陷都会对最终产品的高可靠应用(如汽车)产生较大的质量风险和隐患；3)3D打印所采用的金属粉体要求达到球形度高、窄范围微米级尺寸的特点，因此3D打印金属粉体必须经过许多精确过程控制的工序才能得到，其成本往往是块状金属材料成本的几十甚至上百倍，导致3D打印的金属件成本居高不下；4)3D打印效率非常低且打印出来的金属件致密度差、韧性较低，不适用于大规模批量化类标准结构件的生产。
技术实现思路
针对现有技术中的以上明显不足，特别是推动相拼复合金属结构件的更大范围的推广应用，本专利技术突破层状复合金属板带材的传统设计思维提供了一种具有高效生产、质量稳定、设计灵活的异质金属相拼复合板带材及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种异质金属相拼复合板带材，在沿所述复合板带材纵向上呈周期性间隔式设置有多个由异质金属组合所构成的相拼结合面，所述复合板带材包括各相拼结合面在内的各金属层之间的材料组织均已达到物理冶金键合的致密结合程度，所述复合板带材可连续地加工出满足最终成品需求的多个具有相同的异质金属材质组成及细节尺寸特征的相拼复合金属件。所述复合板带材为单一金属材质件或由金属基复合材料所构成的材质件。另一方面，本专利技术还提供了一种异质金属相拼复合板带材制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：步骤一、将第一种组元金属所构成的板带坯料加工制成金属基板带坯；步骤二、制备不同于第一种组元金属材质及其组成特征的多个预制拼接金属件，使多个预制拼接金属件具有与金属基板带坯形成相匹配的直接相拼焊接特性；步骤三、将预制拼接金属件与金属基板带坯进行清洗去油处理，再将所制成的多个预制拼接金属件间隔设置于金属基板带坯上，并经相拼焊接处理制得初始预制带坯；步骤四、对步骤三中所制得的初始预制带坯进行一定变形率的塑形加工和热处理，使初始预制带坯中包括金属基板带坯和多个预制拼接金属件的各相拼结合面在内的各金属层结合面的材料组织致密化，制得复合板带材。进一步地，所述制备方法还包括步骤五，将复合板带材沿着纵向进行剪切分条处理后形成成品带材。所述步骤一中的第一种组元金属基板带坯上设有多个具有周期性间隔分布规律且与预制拼接金属件形状相匹配的定位孔和/或定位凹槽。所述步骤四中的对初始预制带坯进行50％以上总变形率的塑性加工变形及中间过程的扩散热处理。所述步骤三中的金属基板带坯与相应匹配的异质单一金属体难以直接相拼焊接时，在步骤二中所述预制拼接金属件的待焊接面处设有用于保证与金属基板带坯进行直接相拼焊接的过渡金属层；所述金属基板带坯与拼接金属件具有相匹配的机械性能特征，使得初始预制带坯具备后续良好的整体塑性加工能力。所述的设有过渡金属层的预制拼接金属件为具有在自身所构成的各异质金属结合面间形成物理冶金键合的整体相拼结构特征或整体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异质金属相拼复合板带材，其特征在于，在沿所述复合板带材纵向上呈周期性间隔式设置有多个由异质金属组合所构成的相拼结合面，所述复合板带材包括各相拼结合面在内的各金属层之间的材料组织均已达到物理冶金键合的致密结合程度，所述复合板带材可连续地加工出满足最终成品需求的多个具有相同的异质金属材质组成及细节尺寸特征的相拼复合金属件。

【技术特征摘要】
1.一种异质金属相拼复合板带材，其特征在于，在沿所述复合板带材纵向上呈周期性间隔式设置有多个由异质金属组合所构成的相拼结合面，所述复合板带材包括各相拼结合面在内的各金属层之间的材料组织均已达到物理冶金键合的致密结合程度，所述复合板带材可连续地加工出满足最终成品需求的多个具有相同的异质金属材质组成及细节尺寸特征的相拼复合金属件。2.根据权利要求1所述的异质金属相拼复合板带材，其特征在于，所述复合板带材为单一金属材质件或由金属基复合材料所构成的材质件。3.一种异质金属相拼复合板带材制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：步骤一、将第一种组元金属所构成的板带坯料加工制成金属基板带坯；步骤二、制备不同于第一种组元金属材质及其组成特征的多个预制拼接金属件，使多个预制拼接金属件具有与金属基板带坯形成相匹配的直接相拼焊接特性；步骤三、将预制拼接金属件与金属基板带坯进行清洗去油处理，再将所制成的多个预制拼接金属件间隔设置于金属基板带坯上，并经相拼焊接处理制得初始预制带坯；步骤四、对步骤三中所制得的初始预制带坯进行一定变形率的塑形加工和热处理，使初始预制带坯中包括金属基板带坯和多个预制拼接金属件的各相拼结合面在内的各金属层结合面的材料组织致密化，制得复合板带材。4.根据权利要求3所述的异质金属相拼复合板带材制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤五，将复合板带材沿着纵向进行剪切分条处理后形成成品带材。5.根据权利要求4所述的异质金属相拼复合板带材制备方法，其特征在于，所述步骤一中的第一种组元金属基板带坯上设有多个具有周期性间隔分布规律且与预制拼接金属件形状相匹配的定位孔和/或定位凹槽。6.根据权利要求5所述的异质金属相拼复合板带材制备方法，其特征在于，所述步骤四中的对初始预制带坯进行50％以上总变形率的塑性加工变形及中间过程的扩散热处理。7.根据权利要求6所述的异质金属相拼复合板带材制备方法，其特征在于，所述步骤三中的金属基板带坯与相应匹配的异质单一金属体难以直接相拼焊接时，在步骤二中所述预制拼接金属件的待焊接面处设有用于保证与金属基板带坯进行直接相拼焊接的过渡金属层；所述金属基板带坯与预制拼接金属件具有相匹配的机械性能特征，使得初始预制带坯具备后续良好的整体塑性加工能力。8.根据权利要求7所述的异质金属相拼复合板带材制...

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