[發明專利]一種高性能銅包鋁復合材料特種成形加工方法

有效

• 申請號: 201610484177.2
• 申請日: 2016-06-28
• 公開（公告）號: CN106067332B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 劉新華;謝建新;付華棟
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01B5/02
• 分類號: H01B5/02;H01B1/02;H01B13/00;B21C37/04;C22F1/08;C22F1/04;C21D9/52
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于金屬層狀復合材料制備與成形加工領域，尤其是涉及一種高性能大斷面銅包鋁復合扁排的特種軋制成形加工方法。

背景技術

高性能雙金屬層狀復合材料在電氣、石油、航空航天等領域有著廣泛應用。例如，矩形大斷面的銅包鋁復合扁排由于綜合了純銅良好的導電性能、連接性能以及純鋁的低密度、低成本等優點，可在大電流傳輸領域如母線干線系統、輸配電系統、低壓成套開關設備、控制設備等行業代替純銅導電排。

已經公開報道的銅包鋁復合扁排的制備加工方法主要有以下幾種：

第一種方法采用鋁棒以及與鋁棒外徑尺寸相配合銅管，經拉拔或軋制復合，最后拉拔成所需外形尺寸的單根銅包鋁排（見：吳運忠．銅包鋁排生產方法．中國發明專利，200710011265 .1）。本方法存在著問題在于：其一，由于鋁棒和銅管必須采用間隙配合才能裝配在一起，而間隙在之后的加工中難以完全消除，所以很難避免在使用過程中產生間隙放電腐蝕，產品性能難以保證；其二，由于對銅管與鋁管的平直度難以保證，要生產較長的銅包鋁母排比較困難；其三，由于對銅管內表面和鋁芯表面在復合之前需進行復雜的清洗工序，且很難實現連續生產，所以生產效率低，生產成本高（見：胡捷，銅包鋁復合線材靜液擠壓加工工藝研究，新技術新工藝，2001，9：27-28）。

第二種方法是靜液擠壓法。靜液擠壓法可用于生產方形、矩形、管形以及截面形狀更為復雜的銅包鋁復合材料（見：謝建新等，材料加工新技術與新工藝，冶金工業出版社，2004，263-268；胡捷，銅包鋁復合線材靜液擠壓加工工藝研究，新技術新工藝，2001，9：27-28）。靜液擠壓法的優點在于：擠壓筒內的粘性介質顯著降低了坯料和擠壓筒與模具之間的摩擦力，大大改善了金屬流動的均勻性。靜液擠壓法的主要缺點在于：（1）成形非圓形截面的雙金屬包復材料時需將包覆層金屬和芯材金屬預加工為尺寸與模具精確配合的管材和棒材，并要對兩者進行一系列表面處理，以保證復合前的“清潔”界面，工藝流程較長（見：胡捷．銅包鋁復合線材靜液擠壓加工工藝研究，新技術新工藝，2001，9：27-28）；（2） 靜液擠壓工藝的設備復雜、設備投資大；（3） 靜液擠壓法的非生產性間隙時間長，生產效率低。

第三種方法先采用水平連鑄直接復合成形法（見：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．中國專利：ZL200610112817.3.）等工藝制備出圓形斷面的銅包鋁復合材料，然后再通過軋制、拉拔等工藝制備矩形斷面的銅包鋁復合母排（見：謝建新等．一種高性能銅包鋁矩形橫斷面復合導電母排及其制備工藝．中國專利： ZL200810057668.4）。這種方法采用水平連鑄直接復合成形法制備圓形斷面銅包鋁坯料，可避免坯料預成形以及表面處理的問題，提高了生產效率，縮短了工藝流程，而且連鑄復合屬于固-液復合，銅和鋁兩種金屬可在界面處形成冶金結合的界面，界面結合強度高（見吳永福等，連鑄直接成形矩形斷面銅包鋁復合材料界面及在軋制過程中的變化，中國有色金屬學報，2013，23(1): 191-200），為高性能銅包鋁復合扁排的生產提供了嶄新的途徑。但由于銅和鋁的加工變形能力差異較大，在圓形斷面坯料加工成扁平斷面扁平的過程中易由于變形的不協調而產生邊部開裂、界面開裂等缺陷，降低了產品的成材率；尤其是當銅包鋁扁排的斷面尺寸變大時帶來三個主要問題，一是由于扁排斷面尺寸變大，需要采用的銅包鋁坯料的尺寸也變大，從銅包鋁坯料加工成扁排時的加工變形量更大，現有的完全采用冷軋加工的方法，難以滿足變形量大幅增加的要求；二是由于銅、鋁兩種金屬在室溫下塑性變形能力不同而導致的銅包鋁復合材料在軋制成形過程中存在的變形不協調問題（兩種金屬流動的速度差距較大的問題）更加突出，從而使銅包鋁復合棒坯加工過程中的邊部開裂等問題更加嚴重；三是現有的僅采用平輥軋制的工藝，軋制變形過程中側邊處于自由變形狀態，也容易導致變形不協調，形成較高的側邊附加拉應力，引起邊部裂紋等缺陷，難以進行大變形量軋制加工。因此，如何提高大斷面銅包鋁棒坯軋制成形中銅、鋁的變形能力和變形協調性，解決大斷面銅包鋁坯料加工成形難題，成為提高高性能銅包鋁扁排產品生產的成材率，降低產品綜合成本的關鍵。

發明內容