[發明專利]一種銅/鐵雙金屬復合帶材和板材的制造方法

有效

• 申請號: 201410158778.5
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103934426B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 陳進耿;王群驕;崔建忠
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B22D13/00
• 分類號: B22D13/00;B32B15/01;B21B1/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司21109
• 代理人: 梁焱,陳磊

技術領域

本發明屬于金屬加工領域，特別涉及一種銅/鐵雙金屬復合帶材和板材的制造方法。

背景技術

雙金屬復合的現有技術主要包括軋制復合、擴散復合和爆炸復合等固相復合技術、以及熔合區含有疏松及微裂紋等缺陷的電子束焊接等焊接復合技術。銅/鐵雙金屬的復合技術中，由于銅合金與鐵合金的熱膨脹和熔點等物理性質以及防腐蝕等化學性質之間差異較大，其關鍵步驟在于后期軋制時或爆炸時銅、鐵金屬的接觸階段，存在成品率不穩定或者工藝困難的問題。例如對于三步式固相軋制復合技術，具體包括脫脂刷磨等復合表面預處理、軋制復合和擴散退火，經表面處理的清潔金屬表面在空氣中短時停留便很快生成再生氧化膜或吸附膜，尤其在雙金屬結合處多夾雜以及硬脆性化合物等缺陷，影響了雙金屬界面之間的結合強度以及材料的力學性能；在軋制復合時往往需要超過50%以上的一次大變形才能實現界面初結合，而一次大變形復合不僅對復合軋機強度、剛度以及電機能力提出較高的要求，同時對于鐵合金和銅合金這樣物理力學性能，特別是熔點相差懸殊的金屬，造成成材率不穩定，同時采用大變形軋制復合會使金屬嚴重加工硬化，將影響復合板再加工成形性能。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種銅/鐵雙金屬復合帶材和板材的制造方法，目的是通過對銅/鐵雙金屬復合材料進行軋制、剪切及熱處理，制造出銅/鐵雙金屬復合帶材和板材。

實現本發明目的的技術方案按照以下步驟進行：

（1）準備鐵合金原料：將鐵合金原料加工成圓桶狀，制成鐵桶并去除表面油污，采用硼酸鈉為熔劑對鐵桶表面處理凈化；

（2）準備銅合金原料：準備占全部原料重量25~75%的銅合金，并準備占銅合金原料總重量0.5~2%的碳質材料；

（3）將銅合金原料與碳質材料混合后放入鐵桶中，銅合金原料和碳質材料的總體積為鐵桶內部空間總體積的20~80%，將中心帶有圓孔的鐵蓋焊接固定在鐵桶上，圓孔與鐵桶內部連通，然后將鐵桶置于加熱爐中，加熱至1050~1350℃，保溫10~60min，在鐵桶內形成熔體；

（4）將裝有熔體的鐵桶置于離心機內，開啟離心機以400~1000rpm的速度旋轉，熔體逐漸冷卻至全部凝固成銅合金，銅合金中部形成液穴，構成雙金屬圓桶，然后將雙金屬圓桶放入鑄造砂中降溫至常溫，獲得雙金屬復合筒；

（5）將雙金屬復合桶沿桶對稱軸線方向切開，獲得兩個半圓桶，用軋機沿半圓桶的高度方向，對半圓筒反復軋制，控制總壓下率為60~99.7%，得到抗拉強度為480~680MPa，雙金屬層總厚度為0.09~8mm的銅/鐵雙金屬復合帶材，其中銅層厚度占總厚度的5~90%；

或者用軋機交替沿半圓桶的高度方向和直徑方向反復軋制，控制總壓下率為60~99.7%，得到抗拉強度為420~510MPa，雙金屬層總厚度為0.3~8mm的銅/鐵雙金屬復合帶材，其中銅層厚度占總厚度的5~90%。

所述的鐵合金選用Fe的重量含量≥65%的鐵合金。

所述的銅合金選用Cu的重量含量≥56%的銅合金。

所述的碳質材料選用木炭或石墨。

所述的鐵桶的壁厚為5~50mm。

所述的鐵蓋的材質選用Fe的重量含量65~99.9%的鐵合金。

與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是：

本發明在Cu合金原料中添加一定含量干燥的碳質材料，主要起的作用是制造還原性氣氛，防止鐵桶的內部嚴重氧化，減少氧化物夾雜的生成，保護合金性能，從而確保在鐵端與銅端的連接處進行緊密結合。

本發明通過對鐵桶進行油污清洗和表面熔劑處理，將高溫鐵桶放入離心機等，主要起兩個方面的作用：一是強化材料，通過離心作用減少并去除銅鐵界面連接處的氧化物夾雜，降低材料內部的氣體、疏松和雜質元素含量，提高材料的性能；二是增強結合，界面連接處氧化物夾雜的去除，使異種金屬間獲得最佳的結合強度，提高機械性能。采用中心處有小孔的鐵蓋焊封到鐵桶上，可以防止銅熔體高溫時滲出，小孔具有排氣、防爆的作用。

本發明制備的雙金屬板帶材區別于現有的一般復合產品，結合方式不再是以兩種異種板帶的面與面之間的靠兩金屬表面破裂等而互相鑲嵌的部分結合，而是銅原子與鐵原子的原子互相吸引的全面結合，這種結合是銅金屬在液態時通過離心力清洗并充分潤濕鐵合金的表面并獲得的，即可以先通過離心鑄造生產出銅/鐵雙金屬圓筒，而后僅通過切開、反復軋制、剪裁成品等簡單、易操作的金屬加工步驟，就能得到兩個面分別為鐵合金表面和銅合金表面的銅/鐵雙金屬復合板帶材。