一种轻质高强高导铜铝复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种轻质高强高导铜铝复合材料及其制备方法，该铜铝复合材料的制备方法为：首先在铜基体表面镀银层，然后将添加RE、Zr、Ti、B元素的微合金化的熔融态铝合金浇注到预热的铜基体镀银层上，凝固冷却到室温；最后热轧成板材。制备的铜铝复合材料铜铝界面结合良好，银层的存在提高了界面的导电性和结合强度；同时铝基体中微合金化元素的添加，提高了合金力学性能，又不会大幅度降低铝基体的导电性，最终制备的复合材料拥有高的强度和导电性能。该制备工艺操作简单、成本较低。所开发的铜铝复合材料应用于电力、电器、新能源汽车、航空航天飞行器等导电构件，特别是对材料的导电性能和力学性能要求较高的构件。能和力学性能要求较高的构件。能和力学性能要求较高的构件。

【技术实现步骤摘要】
一种轻质高强高导铜铝复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及异种金属复合材料及制备工艺
，具体的说是一种轻质高强高导铜铝复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]铜铝复合材料兼有铜优异的导电和加工性能、以及铝较低的密度和价格等特性，能够部分代替纯铜作为导电材料，减少我国铜资源的消耗。其在电力、电器、新能源汽车、航空航天等领域具有广阔的应用市场前景。
[0003]从公开报道的铜铝复合材料的制备工艺中可以看出，常用的铜铝复合方法是铜基体与铝基材的固固复合或固液复合。但是，采用固固复合(如焊接复合、爆炸复合、轧制复合、挤压复合等)工艺制备的铜铝复合材料，存在界面结合力差、制备成本高、生产效率低、产品质量不稳定等一系列的缺点。而最佳的制备方法是固态铜和熔融态铝通过固液铸造复合，其制备工艺简单、生产效率高、界面结合强度高；但现在已经开发出的铜铝复合材料及制备方法，存在不能同时兼有轻质、较高的导电性和力学性能的问题，其综合性能较差，如申请号为200810057668.4的中国专利通过增加铜铝复合材料中铜层的面积百分比来提高复合材料的导电率，不能达到减轻复合材料的密度、降低成本的目的；申请号为202111384057.2的中国专利将铜与熔融态的3003和8011铝合金进行复合，虽然提高了复合材料的力学性能，但是由于使用的是高合金化含量的铝合金基材，增加了铜铝铸造复合的难度，同时也降低了复合材料的导电性。
[0004]不仅如此，对于固态铜和液态铝通过铸轧复合制备铜铝复合材料，其在铸轧过程中，界面处容易形成复杂的铜铝金属间化合物，降低了复合材料的导电性和强度。如公开号为CN113026070A的中国专利提出了一种铜铝高温复合生产方法，通过在铜表面电镀Zn，然后再与半固态的铝复合，铝中补充加入微量的Fe、Si、Mn等微量元素，但是镀Zn层的存在不能改善界面的导电性，而Fe、Si、Mn等微量元素固溶在基体中虽然提高了铝基材的强度，但是也降低了其导电能力；申请号为201611256754.9的中国专利，通过在Cu基材表面热浸镀Al
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Si合金来避免Cu和Al的高温氧化，但是仍然不能改善界面的导电性；公开号为CN114807691A的中国专利，通过在所使用的铝溶体中添加了微量Mg、Si和稀土元素(0.05
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0.1％)来增加铝基材的强度，但是其加入的微量稀土元素主要是降低Mg、Si溶质元素的固溶度，增加纳米析出相密度，从而增加铝合金的强度和导电率，但是该铜铝复合材料的导电能力仍然没有得到明显改善。
[0005]因此，需要开发出一种同时拥有高的强度和导电性能的铜铝复合材料及制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有铜铝复合材料很难同时拥有高的导电性和强度的缺点，提供了一种轻质高强高导铜铝复合材料及制备方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案为：一种轻质高强高导铜铝复合材料，铜铝复合材料是由表面镀银层的铜基体与熔融态的微合金化铝通过固液铸轧的方法制备而成的；微合金化铝所包含组分的质量百分比为：Ti 0.01～0.2％，Zr 0.01～0.2％，RE 0.01～0.2％，余量为Al以及不可避免的杂质元素，各组分之和为100％；其中，Ti、Zr和RE的总质量百分比为0.2～0.5％。
[0008]进一步地，所述微合金化铝还包含质量百分比为0～0.04％的B。
[0009]进一步地，选用的RE为Sc、Er、Ce、Yb、La中的至少一种。
[0010]进一步地，所述铜基体为高纯无氧铜。
[0011]一种轻质高强高导铜铝复合材料的制备方法，主要包括如下步骤：S1、铜基体表面镀银层在干净的铜基体表面电镀一层厚度为0.01～0.1mm的银层，得到表面镀银层的铜基体；S2、制备熔融态的微合金化铝按照上述各组分的质量百分比计算并称取高纯铝、Al
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Zr中间合金、Al
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RE中间合金和Al
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Ti
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B中间合金作为原料，先将高纯铝在740
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780℃的熔炼炉中熔化，然后通入高纯氩气对其精炼0.5
‑
1h，除渣后，加入Al
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Zr、Al
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RE和Al
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Ti
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B中间合金，静置0.2～0.4h，控制熔体温度为680～710℃，即得到熔融态的微合金化铝；S3、铜铝铸造复合将表面镀银层的铜基体进行预热处理，将熔融态的微合金化铝浇铸在预热后的铜基体的镀银层表面，冷却至室温，得到铜铝复合铸板；S4、铜铝复合铸板的轧制将铜铝复合铸板加热至360～460℃并保温0.5～4h，之后热轧成板材，即得到轻质高强高导铜铝复合材料。
[0012]进一步地，步骤S1中，铜基体表面镀银层的具体步骤为：S11、将铜基体表面依次经过机械打磨、丙酮和蒸馏水超声清洗、干燥；S12、以Cu作为阴极，高纯Ag作为阳极，在电镀银液中，使用1～20A/m2的电流密度在铜基体表面电镀0.01～0.1mm厚的银层；S13、使用蒸馏水清洗并干燥。
[0013]进一步地，步骤S12中，所述的电镀银液由浓度为20～40g/L的硝酸银、浓度为20～40g/L的亚硫酸氢钾、浓度为100～200g/L的硫代硫酸氨组成，溶液PH为5.0～6.0，温度为20～35℃，硝酸银与亚硫酸氢钾的浓度比为1：1。
[0014]进一步地，步骤S3中，将表面镀银层的铜基体预热至300～450℃。
[0015]进一步地，制备的铜铝复合材料的抗拉强度≥225MPa，延伸率≥22％，电导率≥67％IACS。
[0016]进一步地，铜基体选用的是2mm厚的TU2铜板，铜铝复合铸板中铝层的厚度为200mm。
[0017]针对现有技术中铜铝复合材料界面处易形成较厚的铜铝金属间化合物进而降低了复合材料的力学性能和导电性，同时铝基材的强度低等缺点，本专利技术将经过镀银表面处
理的铜基体与熔融态的微合金化铝通过固液铸造复合的方法，制备出铜铝复合铸板，再经过热轧处理后，得到轻质高强高导铜铝层状复合材料。本专利技术的铜铝复合材料的设计准则和铜铝复合的技术原理主要包括以下两点：(1)在铜基体表面镀银层，既保护了铜基体的高温氧化，又抑制了Cu/Al界面处铜铝金属间化合物的产生，提高了界面结合强度；同时银层在界面处的扩散，提高了界面处的导电性；(2)在铝基体中添加RE、Zr、Ti、B元素，在凝固过程中形成的Al3(RE,Zr,Ti)、TiB2粒子能够明显细化铝基体；同时在铸板的热轧保温过程中，铝基体中会脱溶析出与基体共格的球形Al3(RE,Zr,Ti)粒子，作为弥散强化相，既提高了铝基体的力学性能，又不会大幅度降低铝基体的导电性；另外，微量RE、Zr、Ti、B元素的添加，不会增加铝基材的凝固温度区间，保持了Al基材优异的铸造性能。
[0018]本专利技术的具体优点和积极效果在于：1)、本专利技术通过在铜表面电镀银层，解决了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻质高强高导铜铝复合材料，其特征在于，铜铝复合材料是由表面镀银层的铜基体与熔融态的微合金化铝通过固液铸轧的方法制备而成的；微合金化铝所包含组分的质量百分比为：Ti 0.01~0.2%，Zr 0.01~0.2%，RE 0.01~0.2%，余量为Al以及不可避免的杂质元素，各组分之和为100%；其中，Ti、Zr和RE的总质量百分比为0.2~0.5%。2.根据权利要求1所述的一种轻质高强高导铜铝复合材料，其特征在于，所述微合金化铝还包含质量百分比为0~0.04%的B。3.根据权利要求1所述的一种轻质高强高导铜铝复合材料，其特征在于，RE为Sc、Er、Ce、Yb、La中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种轻质高强高导铜铝复合材料，其特征在于，所述铜基体为高纯无氧铜。5.一种轻质高强高导铜铝复合材料的制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：S1、铜基体表面镀银层在干净的铜表面电镀一层厚度为0.01~0.1mm的银层，得到表面镀银层的铜基体；S2、制备熔融态的微合金化铝按照权利要求1中各组分的质量百分比计算并称取高纯铝、Al
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Zr中间合金、Al
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RE中间合金和Al
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Ti
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B中间合金作为原料，先将高纯铝在740
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780℃的熔炼炉中熔化，然后通入高纯氩气对其精炼0.5
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1h，除渣后，加入Al
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Zr、Al
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RE和Al
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B中间合金，静置0.2~0.4...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢敬佩，王建，毛志平，马窦琴，梁婷婷，柳培，王爱琴，王文焱，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：