多层梯度镶嵌的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多层梯度镶嵌的复合材料及其制备方法，涉及复合金属材料的领域。多层梯度镶嵌的复合材料包括基层，沿竖直方向依次开设有截面均为梯形的第一嵌槽和第二嵌槽；内嵌层，设于第二嵌槽内；覆面层，设于第一嵌槽内；第二嵌槽远离第一嵌槽一侧的宽度小于第二嵌槽靠近第一嵌槽一侧的宽度；第一嵌槽远离第二嵌槽一侧的宽度大于第一嵌槽靠近第二嵌槽一侧的宽度；第一嵌槽靠近第二嵌槽一侧的宽度大于第二嵌槽靠近第一嵌槽一侧的宽度。在热轧复合过程中，垂直工作面方向的轧制力在本申请基层与内嵌层、基层与覆面层的侧向复合界面位置产生了平行工作面方向的分力，增强了侧向复合界面位置基层与内嵌层、覆面层之间的结合强度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
多层梯度镶嵌的复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合金属材料领域，尤其是涉及一种多层梯度镶嵌的复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]金属层状复合材料是将至少两种金属材料沿接触面牢固结合的复合金属材料，常用作电池极耳的组成部分或者发热元件，在电池、新能源汽车、电子消费等领域均有广泛的应用。
[0003]目前，相关技术中的金属层状复合材料通常为层叠式的金属层状复合材料。但是，层叠式的金属层状复合材料存在不同层级材料之间的结合强度低的问题，导致金属层状复合材料在折弯过程中容易出现开裂、分层问题。

技术实现思路

[0004]为了改善金属层状复合材料结合强度差的问题，本申请提供一种多层梯度镶嵌的复合材料及其制备方法。
[0005]第一方面，本申请提供的一种多层梯度镶嵌的复合材料采用如下的技术方案：一种多层梯度镶嵌的复合材料，包括：基层，所述基层沿竖直方向依次开设有第一嵌槽和第二嵌槽，所述第一嵌槽与所述第二嵌槽相通；内嵌层，所述内嵌层设于所述第二嵌槽内；覆面层，所述覆面层设于所述第一嵌槽内；所述第一嵌槽与所述第二嵌槽的截面均为梯形，其中，所述第二嵌槽远离所述第一嵌槽一侧的宽度小于所述第二嵌槽靠近所述第一嵌槽一侧的宽度；所述第一嵌槽远离所述第二嵌槽一侧的宽度大于所述第一嵌槽靠近所述第二嵌槽一侧的宽度；所述第一嵌槽靠近所述第二嵌槽一侧的宽度大于所述第二嵌槽靠近所述第一嵌槽一侧的宽度。
[0006]通过采用上述技术方案，基层开设梯形结构的第一嵌槽与第二嵌槽，第一嵌槽与第二嵌槽均是下窄上宽的镶嵌结合界面，在内嵌层与第二嵌槽复合、覆面层与第一嵌槽复合后，在热轧复合过程中，垂直工作面方向的轧制力在基层与内嵌层、基层与覆面层的侧向复合界面位置产生了平行工作面方向的分力，增强了侧向复合界面位置基层与内嵌层、覆面层之间的原子扩散效果，提供了更高的结合强度，有效提高了基层与内嵌层以及基层与覆面层之间的结合强度，并改善了复合材料在折弯过程中容易出现开裂、分层的问题。
[0007]可选的，所述基层为铁基合金，所述内嵌层为铜基合金，所述覆面层为镍基合金。
[0008]通过采用上述技术方案，基层采用铁基合金，铁基合金成本较低，同时具有较好的
刚性，能够预防复合材料发生褶皱变形等问题。内嵌层选用铜基合金，铜基合金用于改善复合材料的导电性能。覆面层采用镍基合金，镍基合金覆盖在铜基合金表面，不仅能够预防铜基合金中铜的氧化，还能够起到提升复合材料导电性能与防腐蚀性能的作用。
[0009]可选的，所述第一嵌槽与所述第二嵌槽的转角处均圆滑过渡，所述内嵌层与覆面层的转角处也圆滑过渡。
[0010]通过采用上述技术方案，第一嵌槽与第二嵌槽的转角处均圆滑过渡，内嵌层与覆面层的转角处也圆滑过渡，有利于内嵌层与第二嵌槽转角处的紧密结合以及覆面层与第一嵌槽转角处的紧密结合.同时，还能预防内嵌层与覆面层转角处过于尖锐划伤基层的问题。另外，内嵌层与覆面层的转角处圆滑过渡还有利于提高施工安全性，降低内嵌层与覆面层划伤操作人员的风险。
[0011]优选的，所述内嵌层与所述覆面层中，长底边与侧边所形成的角度大于0
°
小于60
°
，优选30
°‑
45
°
。
[0012]第二方面，本申请提供的上述任意一种多层梯度镶嵌的复合材料的制备方法采用如下的技术方案：一种多层梯度镶嵌的复合材料的制备方法，包括以下步骤：对基层、内嵌层以及覆面层进行热处理，使各组元层保持软态或半硬态；对处于软态或半硬态的基层进行开设第一嵌槽和第二嵌槽，对处于软态或半硬态的内嵌层与覆面层进行辊轧，使所述内嵌层与覆面层的厚度为基层厚度的10%
‑
25%；对开槽后的基层以及辊轧后的内嵌层与覆面层的表面进行除杂处理；将辊轧后的内嵌层嵌入基层的第二嵌槽中，在还原气氛下进行复合，获得内嵌层复合材料；将辊轧后的覆面层嵌入基层的第一嵌槽中，在还原气氛下进行复合，获得三合一复合材料；对三合一复合材料进行循环的退火处理和冷轧处理，得到多层梯度镶嵌的复合材料。
[0013]通过采用上述技术方案，对基层进行热处理之后，再进行开槽，既能够提高基层的开槽效率，还可以降低基层在开槽过程中受损的概率；对内嵌层以及覆面层进行热处理后再进行辊轧，能够将覆面层辊轧至薄片状，对提高内嵌层、覆面层与基层之间的嵌合稳定性具有促进作用。将内嵌层、覆面层与基层进行复合后，先进行退火处理，然后再进行冷轧，能够提高复合材料的延展性能，降低复合材料在冷轧过程中发生断裂或开裂分层的可能性。
[0014]可选的，所述基层选用铁基合金，所述内嵌层选用铜基合金，所述覆面层选用镍基合金；所述铁基合金包括2
‑
4wt%碳、1
‑
3wt%硅、0.2
‑
0.5wt%锰以及余量为铁；所述铜基合金包括1
‑
2wt%钼、1
‑
2wt%镍、0.3
‑
0.5wt%硅、0.2
‑
0.4wt%铬以及余量为铜；所述镍基合金包括6
‑
10wt%铬、4
‑
8wt%钼、1
‑
2wt%钨、0.1
‑
0.3wt%铌以及余量为镍。
[0015]通过采用上述技术方案，上述铁基合金具有刚性好、耐磨性好、成本低等优点，采用铁基合金做为基层，能够预防复合材料发生褶皱变形等问题，同时，还有利于延长复合材料的使用寿命。上述铜基合金具有较好的导电性能和耐腐蚀性能，同时强度高，采用铜基合
金作为内嵌层，在提高复合材料导电性能的同时能够提高复合材料的整体强度，对进一步延长复合材料的使用寿命具有促进作用；上述镍基合金具有较优的导电性能、耐腐蚀性能、抗氧化性能以及耐穿透性能，采用上述镍基合金作为覆面层，不仅能够预防铜基合金中铜的氧化，还能够起到提升复合材料导电性能与防腐蚀性能的作用，有利于提高复合材料的整体导电性能以及延长复合材料的使用寿命，同时还能减少复合材料在后续轧制过程中，内嵌层穿透覆面层，造成复合材料结构破坏的问题，可制备厚度更加薄的复合材料。
[0016]可选的，所述基层的热处理包括以下步骤：Sa1、升温至900
‑
1100℃，保温时间为1
‑
2h；Sa2、降温至500
‑
600℃，保温1
‑
2h；Sa3、降温至室温。
[0017]室温为18
‑
30℃均可。
[0018]可选的，升温速率与降温速率控制在3
‑
6℃/min。
[0019]经过上述方法制得的基层，有利于对基层进行开槽处理，同时，还可以改善基层的延展性，有利于降低复合材料在后续轧制过程中发生开裂或者断裂的可能性。
[0020]可选的，所述内嵌层热处理包括以下步骤：Sb1、升温至300
‑
500℃，保温1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层梯度镶嵌的复合材料，其特征在于：包括：基层（1），所述基层（1）沿竖直方向依次开设有第一嵌槽（11）和第二嵌槽（12），所述第一嵌槽（11）与所述第二嵌槽（12）相通；内嵌层（2），所述内嵌层（2）设于所述第二嵌槽（12）内；覆面层（3），所述覆面层（3）设于所述第一嵌槽（11）内；所述第一嵌槽（11）与所述第二嵌槽（12）的截面均为梯形，其中，所述第二嵌槽（12）远离所述第一嵌槽（11）一侧的宽度小于所述第二嵌槽（12）靠近所述第一嵌槽（11）一侧的宽度；所述第一嵌槽（11）远离所述第二嵌槽（12）一侧的宽度大于所述第一嵌槽（11）靠近所述第二嵌槽（12）一侧的宽度；所述第一嵌槽（11）靠近所述第二嵌槽（12）一侧的宽度大于所述第二嵌槽（12）靠近所述第一嵌槽（11）一侧的宽度；所述基层（1）为铁基合金，所述内嵌层（2）为铜基合金，所述覆面层（3）为镍基合金。2.根据权利要求1所述的一种多层梯度镶嵌的复合材料，其特征在于：所述第一嵌槽（11）与所述第二嵌槽（12）的转角处均圆滑过渡，所述内嵌层（2）与覆面层（3）的转角处也圆滑过渡。3.权利要求1
‑
2任意一项所述的一种多层梯度镶嵌的复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：对基层（1）、内嵌层（2）以及覆面层（3）进行热处理，使各组元层保持软态或半硬态；对处于软态或半硬态的基层（1）进行开设第一嵌槽（11）和第二嵌槽（12），对处于软态或半硬态的内嵌层（2）与覆面层（3）进行辊轧，使所述内嵌层（2）与覆面层（3）的厚度为基层（1）厚度的10%
‑
25%；对开槽后的基层（1）以及辊轧后的内嵌层（2）与覆面层（3）的表面进行除杂处理；将辊轧后的内嵌层（2）嵌入基层（1）的第二嵌槽（12）中，在还原气氛下进行复合，获得内嵌层（2）复合材料；将辊轧后的覆面层（3）嵌入基层（1）的第一嵌槽（11）中，在还原气氛下进行复合，获得三合一复合材料；对三合一复合材料进行循环的退火处理和冷轧处理，得到多层梯度镶嵌的复合材料。4.根据权利要求3所述的一种多层梯度镶嵌的复合材料的制备方法，其特征在于：所述铁基合金包括2
‑
4wt%碳、1
‑
3wt%硅、0.2
‑
0.5wt%锰以及余量为铁；所述铜基合金包括1
‑
2wt%钼、1
‑
2wt%镍、0.3
‑
0.5wt%硅、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈天来，李国烽，卢小东，李程飞，王国平，
申请(专利权)人：佛山通宝精密合金股份有限公司，
类型：发明
国别省市：