[發(fā)明專利]用于銅包鋁復合扁排性能調(diào)控的高頻感應退火裝置及工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310753315.9
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103695609A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設計）人: 謝建新;劉新華;張宏杰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學
• 主分類號: C21D1/26
• 分類號: C21D1/26;C21D1/42;C21D9/00;C22F1/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬層狀復合材料領(lǐng)域，涉及一種銅包鋁復合扁排界面層厚度與性能可調(diào)控的高頻感應退火裝置及工藝。

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背景技術(shù)

銅包鋁扁排是一種雙金屬層狀復合材料，具有低密度、低成本、易連接等優(yōu)點，可廣泛應用于配電母線槽、中高頻加熱設備、各種控制柜和冶金化工領(lǐng)域的匯流排等。銅包鋁導線或扁排一般是通過一定的復合技術(shù)（見：戴雅康，等．電線電纜，1997，(5)：25-28；謝建新，等．一種包復材料水平連鑄直接復合成形設備與工藝．中國發(fā)明專利：ZL200610112817.3．）先制備出銅包鋁復合坯料，再經(jīng)軋制、擠壓或拉拔等后續(xù)成形加工工藝，生產(chǎn)出一定斷面形狀和尺寸的產(chǎn)品。經(jīng)軋制或拉拔成形后，銅包鋁復合材料的抗拉強度和硬度升高，拉伸斷后伸長率明顯下降，電導率下降。在使用前需要進行去應力退火、以調(diào)控銅包鋁扁排的力學和導電性能。在大多數(shù)應用場合，希望獲得盡可能高的導電率，且對于需要彎曲加工等情形，對銅包鋁復合扁排的斷后伸長率要求較高，因而一般需要通過等溫退火熱處理提高銅包鋁復合材料的電導率和伸長率。退火溫度范圍在200～500℃（見：王秋娜，等．材料工程，2008，（7）：30～35．）。但另一方面，銅包鋁復合材料與單一金屬材料存在顯著不同之處，即，由于銅和鋁通過界面相互擴散，銅包鋁復合材料在退火熱處理過程中當退火溫度較高、保溫時間較長時，容易導致界面層厚度明顯增大，界面中生成硬而脆的金屬間化合物層，對銅包鋁復合材料的界面結(jié)合性能、宏觀力學性能和導電性能等產(chǎn)生不利影響。一般退火熱處理溫度越高，界面層厚度越大。研究表明：當銅/鋁界面金屬間化合物層厚度大于2μm后，界面的斷裂將從延性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔眩缑娼Y(jié)合強度顯著降低（見：Abbasi?M,?et?al.?Journal?of?Alloys?and?Compounds,?2001,?319(1-2):?233-241；Chen?C?Y,?et?al.?Materials?Transactions,?2006,?47(4):?1232-1239.）。對連鑄-軋制生產(chǎn)的銅包鋁扁排電爐等溫退火研究結(jié)果也表明，在250℃以下退火，界面結(jié)合強度隨溫度的升高而升高；300℃退火后界面處生成金屬間化合物，界面結(jié)合強度有所降低，但此時組織仍未發(fā)生再結(jié)晶，伸長率較低，難以滿足彎曲性能要求；當400℃退火1小時后，組織發(fā)生完全再結(jié)晶，伸長率明顯增大，但界面層厚度達到4μm以上，界面結(jié)合強度顯著降低?[見：吳永福.?矩形大斷面銅包鋁水平連鑄直接復合成形及加工工藝基礎(chǔ)[D].?北京：北京科技大學，2012.?]。

另一方面，感應連續(xù)退火廣泛應用于各種有色金屬管材、棒材和線材（為單一金屬產(chǎn)品）的中間退火或成品退火[見：張金利，等.?銅合金管材在線去應力處理方法及專用裝置.?中國發(fā)明專利，ZL02132633.9；南莉，等.?稀有金屬快報，?2008，(2):?28-30.]。由于目前單一金屬的退火產(chǎn)品斷面為圓形（圓管、圓棒、圓線）或接近于圓形（如斷面為方形、五邊形、六邊形棒材），因此感應加熱線圈的形狀為圓形，橫斷面溫度場均勻性控制容易。感應連續(xù)退火具有產(chǎn)品質(zhì)量均勻性和一致性好、退火速度快、生產(chǎn)效率高等有點。由于中頻感應電源設備容易實現(xiàn)大功率，有利于在退火時采用較高的走料速度，所以目前感應連續(xù)退火多采用中頻加熱方式，但中頻加熱速度較慢，對單一金屬影響較小，但由于銅包鋁扁排為雙金屬層狀復合材料，加熱時間較長容易形成較厚的界面層。此外，由于銅和鋁兩種金屬熔點和再結(jié)晶溫度相差較大，且產(chǎn)品為扁寬板型斷面，橫斷面溫度場均勻性控制難度大，傳統(tǒng)感應連續(xù)退火設備和工藝，難以應用于該類產(chǎn)品的連續(xù)退火。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有常規(guī)的等溫退火方法存在的上述問題，提供一種銅包鋁扁排快速感應退火方法，采用高頻感應加熱對銅包鋁扁排進行快速連續(xù)感應退火，通過快速短時加熱，顯著縮短銅包鋁扁排在高溫下的保溫時間，有效地抑制銅包鋁扁排界面層厚度明顯增大現(xiàn)象，從而使退火后的銅包鋁扁排同時獲得均勻細小的銅鋁再結(jié)晶組織、較大伸長率、較小的界面厚度和高的界面結(jié)合強度，有效解決退火后扁排軟化和界面結(jié)合強度降低、電導性能下降的難題。

為了達到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：