[發(fā)明專利]一種銅/鋁復(fù)合帶及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510092152.3
• 申請(qǐng)日: 2015-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN104669705B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王澤宇;王平;苗龍;龔瀟雨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): B32B15/01
• 分類號(hào): B32B15/01;B32B15/20;B21B1/24;C22C9/01
• 代理公司: 沈陽東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司21109
• 代理人: 粱焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種銅/鋁復(fù)合帶及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)金屬材料的性能要求越來越高、對(duì)材料結(jié)構(gòu)的改進(jìn)要求也越來越強(qiáng)烈，單一金屬材料已經(jīng)無法滿足這些需求，于是集不同材料的物理、化學(xué)、力學(xué)性能和價(jià)格差別于一體的新型復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生，這將更有效的利用材料的特性，并克服和彌補(bǔ)單一材料性能的不足，從而獲得綜合性能更加優(yōu)異的新材料。因此開發(fā)和制備這些具備優(yōu)異或特殊性能新材料的相關(guān)技術(shù)也就成了當(dāng)代冶金材料領(lǐng)域科技人員的研究重點(diǎn)，其中低成本、高性能的金屬復(fù)合材料的加工成型技術(shù)不僅受到工程技術(shù)人員的重視，并且被列入國家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)領(lǐng)域，今后必將從政策和資金兩個(gè)方面給予扶持。

中國是一個(gè)貧銅富鋁的國家，中國電工行業(yè)中載流導(dǎo)體材料年消耗銅材占全世界銅材消耗總量的近三分之一，因此銅材成為中國除了石油之外的另一重要的戰(zhàn)略資源。自上世紀(jì)90年代以來，隨著有色金屬資源短缺加劇，銅材價(jià)格大幅上漲，導(dǎo)致銅材生產(chǎn)企業(yè)及客戶的生產(chǎn)與使用成本大幅提高。因此在保證原有銅材使用性能基礎(chǔ)上，開發(fā)新型材料替代傳統(tǒng)材料成為國內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)的熱點(diǎn)，采用替代性復(fù)合材料進(jìn)而降低原料成本已經(jīng)成為國內(nèi)外銅材生產(chǎn)與應(yīng)用的一種發(fā)展趨勢(shì)。

金屬銅具有很好的導(dǎo)電性能和焊接性能，但資源稀缺，加工昂貴，金屬鋁導(dǎo)電性好，價(jià)格相對(duì)低廉，但鋁的焊接、滅弧、耐磨以及導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能等都比銅的差，在很多場合以鋁材直接替代銅材較困難，以銅包鋁形成銅包鋁的復(fù)合帶材，既可節(jié)省金屬銅的消耗，還能保持純銅材料所具有的延展性、導(dǎo)電性、可焊性、耐蝕性等特點(diǎn)。加上我國鋁資源很豐富，鋁的價(jià)格低于銅，其密度不到銅的1/3，這就意味著在重量相同的條件下，鋁材的長度是純銅材的3倍。特別是在通訊領(lǐng)域，有線電視信號(hào)和移動(dòng)通訊信號(hào)頻率較高，一般在500-800MHZ，由于“趨膚效應(yīng)”使高頻電流集中在導(dǎo)體的表面?zhèn)鬏敚?dāng)用純銅進(jìn)行信息傳輸時(shí)，中心部位的銅沒有起到主要傳輸信號(hào)的作用，所以用鋁材來部分替代中間層的銅材是非常理想的方法，可以大大節(jié)省我國較為缺乏并且價(jià)格昂貴的銅資源。實(shí)際上不止通信領(lǐng)域，以銅包鋁復(fù)合帶代替應(yīng)用面特別廣、需求量特別大的銅帶，在電力傳輸領(lǐng)域也將具有更廣泛的應(yīng)用前景，有望形成巨大的產(chǎn)業(yè)。開發(fā)適合工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的高效、低能耗復(fù)合技術(shù)，制備銅/鋁復(fù)合帶新型材料，無疑將會(huì)給我國迅速發(fā)展的電子、電力、機(jī)械制造等工業(yè)領(lǐng)域提供可供選擇的理想的新產(chǎn)品，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)于合理利用資源，保證國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的社會(huì)效益。所以此項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)己經(jīng)成為國內(nèi)外研究者努力的目標(biāo)。

銅/鋁兩種金屬冷軋復(fù)合后在界面上的結(jié)合僅僅是物理結(jié)合，并沒有達(dá)到冶金結(jié)合的程度，同時(shí)，由于兩種材料的不均勻變形，會(huì)在基體產(chǎn)生較嚴(yán)重的殘余應(yīng)力，對(duì)復(fù)合后性能影響很大。因此，為了提高復(fù)合帶的綜合性能，必須進(jìn)行軋后退火。通過退火，一方面可以使組元層間金屬相互擴(kuò)散，使結(jié)合面實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，從而提高結(jié)合強(qiáng)度；另一方面使基體內(nèi)部殘余應(yīng)力松弛，塑性得到恢復(fù)。但是，在銅/鋁復(fù)合及熱處理過程中，界面處的銅與鋁會(huì)相互作用，既能形成固溶體也能形成化合物。銅鋁間可以形成CuAl、CuAl2、Cu2Al4、Cu4Al9等多種硬而且脆的化合物，這些化合物生長速度很快，存在形式復(fù)雜，擴(kuò)散區(qū)無論產(chǎn)生哪種晶格類型的銅/鋁金屬間化合物，均會(huì)導(dǎo)致復(fù)合帶的結(jié)合強(qiáng)度降低，導(dǎo)電性能變差，因此這種過渡層不宜太厚。控制界面層厚度與控制界面化合物的形態(tài)與分布問題，歸根到底是控制擴(kuò)散問題，控制銅鋁間的擴(kuò)散，使其既達(dá)到冶金結(jié)合的目的，又保持其界面薄而均勻，實(shí)現(xiàn)復(fù)合帶既保持有一定強(qiáng)度，塑性又有很大的提高。

對(duì)于厚度在1.0mm左右的復(fù)合帶，其界面對(duì)復(fù)合材料的性能（主要是塑性）有著更加顯著的影響，復(fù)合材料界面的很多問題，諸如復(fù)合后界面形態(tài)的控制問題、界面化合物的抑制問題、界面與復(fù)合帶組織性能的關(guān)系問題、基體的回復(fù)、再結(jié)晶問題等等，現(xiàn)有熱處理技術(shù)并不能夠給予完美解決，使得復(fù)合薄帶在使用中由于塑性低，易于斷帶，而造成銅鋁冷軋復(fù)合薄帶應(yīng)用的巨大障礙。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的各種問題，本發(fā)明提供一種塑性高、成本低的銅/鋁復(fù)合帶及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種銅/鋁復(fù)合帶，表層為銅層，中間為鋁-硅合金層，底層為鋁層，各層厚度比為：1:0.02:2；各化學(xué)成分的重量百分比為：銅62.00%，硅0.05%，鋁37.95%。

所述銅/鋁復(fù)合帶總厚度為0.12-1.2mm，其界面結(jié)合為冶金結(jié)合。

一種銅/鋁復(fù)合帶的制備方法，包括以下工藝步驟：