一种结合强度高的镍包铜复合带材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及复合金属带材技术领域，公开了一种结合强度高的镍包铜复合带材及其制备方法，从内至外包括棒状铜芯、过渡金属管和最外层的镍管；铜芯与过渡金属管间，过渡金属管与镍管间相互扩散；铜芯两端被镍管全封闭；过渡金属管为钛、锰、铬、银、镧中的一种；铜和镍加热时生成阻碍扩散的固溶体，原子间相互扩散时难度较大，从中加入与铜镍均易发生互扩散的过渡金属层，使不同金属层之间扩散难度大大降低，在加热后加压情况下，过渡金属与铜和镍间相互结合扩散，填充不同金属间的细微裂缝，令不同金属间结合强度大大增加。因特别设定的过渡金属材料和温度参数令镍包铜带材具有不同金属层间结合强度高的优点。层间结合强度高的优点。层间结合强度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种结合强度高的镍包铜复合带材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合金属带材
，尤其涉及一种结合强度高的镍包铜复合带材及其制备方法。

技术介绍

[0002]镍铜复合带广泛应用于电池、电器元件等领域。比如，软包电池、圆柱电池的极耳。极耳是从电池电极中牵引出来的导电体。传统的极耳使用的是镍带，该种极耳的导电性较差；改进后的极耳使用的是铜镀镍带材，其中镍层负责与电池电极焊接啮合，铜层则提供良好的导电性。这种元件虽然保证了导电性与焊接性能，但是由于铜的两侧并不是全部包覆镍层，一侧铜暴露在外面与电解液直接接触，导致电解液顺着铜层发生腐蚀。同时镍，铜金属层在轧制复合的过程中，在Cu和Ni之间形成了以Ni为基的扩散层间隙固溶体α，在扩散反应层α内，Cu原子以空位扩散机制从靠近Cu/α相界面一端向靠近α/Ni相界面一端扩散迁移，而Ni原子却极难进入扩散反应层α。在镍铜的扩散反应过程中Cu/α界面相当于原子输入端，α/Ni界面相当于原子输出端，扩散反应层α起到了输运原子的作用。这种现象导致了金属铜这一侧会产生大量的孔隙，同时镍原子极少扩散至铜侧，造成了因铜镍层之间结合强度低、导电性下降。
[0003]如中国专利CN201710744998.X公开了二元假合金与含过渡金属的合金界面结合的方法及结合件，用铜掺杂钨和过滤金属包括镍经高压和1000度烧结以增强结合力，结合强度的增强效果根据所用金属材料和温度参数的设定的不同而不同。

技术实现思路

[0004]根据现有技术中镍包铜复合带材结合强度增强的制备工艺缺乏的问题，本专利技术提供一种结合强度高的镍包铜复合带材，具有不同金属层间结合强度高的优点；本专利技术还提供一种结合强度高的镍包铜复合带材的制备方法，制备得到的镍包铜复合带材具有不同金属层间结合强度高的优点。
[0005]本专利技术以以下技术方案实现：
[0006]一种结合强度高的镍包铜复合带材，所述复合带材从内至外包括棒状铜芯、过渡金属管和最外层的镍管；所述铜芯两端被镍管全封闭；所述铜芯与过渡金属管间、所述过渡金属管与镍管间的金属原子相互扩散；所述过渡金属管为钛、锰、铬、银、镧中的一种。
[0007]铜和镍由于加热时生成阻碍扩散的固溶性，原子间相互扩散时难度较大，从中加入与铜镍均易发生互扩散的过渡金属层，过渡金属与铜或镍间扩散难度大大降低，在加热后加压情况下，过渡金属与铜和镍间相互结合扩散，填充不同金属间的细微裂缝，令不同金属间结合强度大大增加；过渡金属的选择不同，加热退火温度选择不同，以达到过渡金属层与铜镍界面间出现的裂缝少，增强结合强度的目的。
[0008]优选的，所述铜芯直径等于过渡金属管内径，过渡金属管外径等于镍管内径；且过渡金属金属管的截面积小于或等于铜棒截面积20％，并小于或等于镍管截面积10％，合适
的铜镍管和过渡金属管的截面积比例，有利于保持电导率在适当范围；所述复合带材厚度为100～250μm，复合带材的厚度影响电导率。
[0009]一种结合强度高的镍包铜复合带材的制备方法，包括以下步骤：
[0010]1)将铜芯插入过渡金属管，包有过渡金属管铜芯再插入镍管成复合金属棒；
[0011]2)将步骤1)制成的复合金属棒冷锻成复合金属板，退火；
[0012]3)将步骤2)制成的复合金属板加热，并预冷轧一次；
[0013]4)将步骤3)预冷轧过的复合金属板一次性通过串联轧辊进行冷轧再退火并反复多次，得到镍包铜复合带材；
[0014]5)将步骤4)制成的镍包铜复合带材放入含表面活性剂的水中超声清洗。
[0015]制备结束后会对镍管包铜管的两端进行焊接，彻底封住，令铜两端无法被腐蚀；对导电起主要作用的是铜被镍包住的主体部分，用镍包裹铜令铜被腐蚀的可能大大下降，保持了复合带材的电导率和使用寿命，带材两端被焊接住后将空气与铜完全隔绝。
[0016]优选的，步骤1)中铜芯直径等于过渡金属管内径，过渡金属管外径等于镍管内径；且过渡金属金属管的截面积小于或等于铜棒截面积20％，并小于或等于镍管截面积10％。
[0017]优选的，步骤2)中制得的复合金属板厚度大于或等于3cm且小于或等于5cm。
[0018]优选的，步骤3)中所述冷轧温度小于复合金属板中任一金属的最低再结晶温度，且大于或等于所述最低再结晶温度
‑
50K。
[0019]优选的，步骤4)中冷轧温度小于复合金属板中任一金属的最低再结晶温度，且大于或等于最低再结晶温度
‑
50K(开尔文温度)；
[0020]优选的，步骤4)中所述这串联轧辊包括数幅相互平行排列的上下轧辊，每副上下轧辊之间间距依次递减量小于或等于该次轧制前复合金属板厚度的10％，串联轧制完成一次后带材的厚度变为轧制前的1/2，如此可防止轧制过程上裂缝的产生。
[0021]优选的，步骤2)和4)中退火温度大于或等于473K(开尔文温度)，升温速度为8～12K/min，保温时间为4h。
[0022]优选的，步骤2)和4)中退火温度和过渡金属元素与铜、镍之间电负性差距越大、原子半径差距越大、排列方式差异越大、扩散激活能越大、晶体缺陷密度越大，扩散难度越大，需要的温度就越高，保证不同金属原子间有足够的动力相互渗入。
[0023]优选的，当复合金属板厚度小于1mm时，串联轧辊间可不全处于同一平面，可节省空间，小于1mm的薄复合金属板通过全部串联轧辊后仍可保持平整，不易出现裂缝。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025](1)在铜镍间增加过渡金属层，由于界面间金属元素电负性差距降低，同样降低了界面金属间的扩散难度，细小裂缝随相互扩散填充消失，结合强度增强。
[0026](2)轧制过程中对不同过渡金属选择不同加热和退火温度参数，结合强度增强效果显著。
[0027](3)轧制过程中采用串联轧辊且每副上下轧辊间距依次减少的量小于或等于该次轧制前复合金属板厚度的10％，防止裂缝在轧制过程中产生。
[0028](4)金属各层间结合强度增强，使得复合带材电导率上升。
[0029](5)镍包裹在铜外，防止铜曝露在空气中腐蚀生锈。
[0030](6)过渡金属选择范围广，帮助生产商以多种选择来应对原材料价格上涨的情况。
[0031](7)工艺过程简化，用材简单，有利于工业化推广。
附图说明
[0032]图1轧制后的带材横截面示意图。
[0033]图2带材经过同一平面的轧棍示意图。
[0034]图3带材经过不同一平面的轧棍示意图。
具体实施方式
[0035]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的部分实施例，而不是全部。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]实施例1
[0037]一种结合强度高的镍包铜复合带材的制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结合强度高的镍包铜复合带材，其特征在于，所述复合带材从内至外包括棒状铜芯、过渡金属管和最外层的镍管；所述铜芯与过渡金属管间、所述过渡金属管与镍管间的金属原子相互扩散；所述过渡金属管为钛、锰、铬、银、镧中的一种。2.根据权利要求1所述的一种结合强度高的镍包铜复合带材，其特征在于，所述铜芯直径等于过渡金属管内径，过渡金属管外径等于镍管内径；且过渡金属金属管的截面积小于或等于铜棒截面积20％，并小于或等于镍管截面积10％；所述复合带材厚度为100～250μm。3.根据权利要求1～2任一所述的一种结合强度高的镍包铜复合带材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将铜芯插入过渡金属管，包有过渡金属管铜芯再插入镍管成复合金属棒；2)将步骤1)制成的复合金属棒冷锻成复合金属板，退火；3)将步骤2)制成的复合金属板加热，预冷轧一次；4)将步骤3)经预冷轧过的复合金属板一次性通过串联轧辊进行冷轧再退火并反复多次得到镍包铜复合带材；5)将步骤4)制成的镍包铜复合带材放入含表面活性剂的水中超声清洗。4.根据权利要求3所述的一种结合强度高的镍包铜复合带材的制备方法，其特征在于，步骤1)中铜芯直径等于过渡金属管内径，过渡金属管外径等于镍管内径；且过渡金属金属管的截面积小于或等于铜棒截面积20％，并小于或等于镍管截面积10％。5.根据权利要求3所述的一种结合强度高的镍包铜复合带材...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立，张衡，杨诚，何志远，
申请(专利权)人：湖南康达科新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：