[發明專利]一種銅包鋁復合材料的低壓充芯制備工藝

有效

• 申請號: 201510363960.9
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN105033225B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 盛曉波;張望成;董寅生;儲成林;郭超
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B22D19/00
• 分類號: B22D19/00;B22D18/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 陳國強

技術領域

本發明屬于新材料領域，涉及一種銅包鋁復合材料的生產方法。

背景技術

銅包鋁復合材料是在鋁芯的外表面均勻地包覆銅層，使銅鋁兩種金屬在界面形成原子間結合而成為一個整體的雙金屬復合材料。它結合了銅良好導電性能和鋁低成本低密度的特點，極具發展前景。

根據實現復合前兩種金屬的狀態，銅包鋁復合材料的生產方法從整體上可以分為三類：固-固相復合法，固-液相復合法，液-液相復合法，其中固-固相復合主要包括軋制壓接法、靜液擠壓法、包覆焊接法等；固-液相復合主要有包覆層連續澆鑄法、直接澆鑄法；液-液相復合主要有充芯連鑄法。上述的每種工藝方法都有其優缺點。固-固相復合法材料利用率高，產品質量好，但連續化生產困難，生產效率低；液-液相復合法可以實現連續生產，但工藝參數控制難度大且工藝過程復雜；固-液相復合法：工序簡單，生產效率高，但是現有的固-液相復合法存在很多缺點，例如，包覆層連續澆鑄法對設備能力和廠房條件要求比較高，工藝參數難以控制。直接澆鑄法的產品質量不高，容易產生縮孔、氣孔等缺陷。

發明內容

本發明的目的是提供一種銅包鋁復合材料的低壓充芯制備工藝，以解決現有的固-液相復合法現階段存在的生產成本高、工序復雜、產品質量低的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種銅包鋁復合材料的低壓充芯制備工藝，包括以下步驟：

步驟一、對銅管內壁進行去油脂和去氧化皮處理，并在其內壁制備防氧化膜，然后將銅管烘干；

步驟二、將工業純鋁裝入坩堝電阻爐內熔化，待鋁液的熔煉溫度接近設定的熔化溫度時，將銅管放入電阻爐中預熱；

步驟三、將坩堝放入低壓充芯機，并將預熱后的銅管由石棉套保溫與低壓充芯機對接，密封；

步驟四、采用壓縮氣體進行充芯；

步驟五、增壓保壓，至銅管內鋁液完全凝固；

步驟六、卸壓，取下成品。

進一步的，所述步驟一中，制備防氧化膜采用的物質為氟鋯酸鉀，采用的方法為沉積法。

進一步的，制備防氧化膜的方法是：配制過飽和氟鋯酸鉀溶液并加熱到95℃，沉積3-6分鐘。

進一步的，所述步驟二中，工業純鋁的熔化溫度為720℃-780℃，銅管的預熱溫度為200℃-450℃。

進一步的，所述步驟四中，采用的壓縮氣體為空氣、氮氣或氬氣。

進一步的，充芯速度為300ml/min-600ml/min。

進一步的，所述步驟五中，增壓到0.3MPa-0.8MPa，保壓時間為60s-400s。

本發明的有益效果是：用壓縮氣體將鋁液壓入銅管凝固冷卻后獲得銅包鋁復合材料，工藝過程簡單，工藝參數便于控制；根據銅管直徑和壁厚，并選擇適當的鋁液充芯溫度和銅管預熱溫度，實現銅/鋁界面冶金結合并控制界面過渡層厚度與組成，一般不需要后續擴散熱處理；通過在銅管內壁涂防氧化膜，用惰性氣體保護鋁液，避免氧化，保證材料特別是銅/鋁結合面純凈無雜質；自下而上充芯，過程平穩，速度可控，有利于氣體排除，避免產生氣孔；通過增壓和保壓進行補縮，保證材料致密，避免收縮類缺陷；充芯完成后鋁液自升液管流回坩堝，沒有補縮冒口，鋁液利用率高；生產過程中不產生污染物；流程短，生產效率高，占地面積少，生產成本低。

附圖說明

圖1為低壓充芯機結構和原理示意圖。

圖中，1-壓桿、2.-排氣壓蓋、3-支座、4-筒蓋、5-升液管、6-鋁液、7-筒體外殼、8-保溫石棉、9-坩堝、10-澆口、11-三通閥、12-壓環、13-密封填料、14-銅管保溫筒、15-固定螺桿、16-銅管。

具體實施方式

參照圖1，首先對低壓充芯機結構和原理進行說明，低壓充芯機由下部密封性能良好的能承受一定壓力的坩堝保溫筒和上部銅管固定支架組成，外配鋁液熔煉爐和壓縮氣體供氣系統。

下部的坩堝保溫筒由筒體外殼7、坩堝9、升液管5、筒蓋4、三通閥11等部件組成，其中筒體外殼7是一個鋼制的壓力容器，能承受1.0-1.5MPa壓力的氣壓，內置鋁液坩堝9。坩堝9與外殼7之間填充保溫石棉8，以防止鋁液冷卻過快。保溫筒蓋4與坩堝保溫筒之間用石棉板密封圈密封，保溫筒蓋上安裝有升液管5，并作為上部銅管固定支架的安裝底座。進排氣道也開在保溫筒蓋上，通過三通閥11壓縮氣體的進出。三通閥11與供氣系統連接。