[發明專利]一種銅包鋁復合材料半固態成形方法

在審

• 申請號: 202010778925.4
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN112122377A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 肖寒;崔鋆昕;張雄超;陳磊;段志科;李永坤;周榮鋒
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B21C23/22
• 分類號: B21C23/22;B21C43/02;H01B13/00;C22F1/057;C22F1/08
• 代理公司: 昆明合盛知識產權代理事務所(普通合伙) 53210
• 代理人: 龍燕

本發明公開一種銅包鋁復合材料半固態成形方法，屬于半固態加工領域。本發明以銅材包裹鋁材，實現外層為銅，內層為鋁的材料復合工藝。先將銅材內壁和鋁材外壁相接觸的地方進行去氧化皮，添加螺紋或滑道，銅鋁復合后先施加冷擠壓，然后通過銅導熱導電的優勢在銅材外部加熱至鋁材半固態溫度區間，通過快速熱擠壓實現銅鋁材料復合，最后水淬冷卻。銅鋁復合材料與純銅材料相比保持了原來的導電導熱性能還降低了重量；本發明與傳統復合法相比不需要復雜的模具，操作簡便，生產效率高，生產安全性更好。

技術領域

本發明涉及一種銅包鋁復合材料半固態成形方法，屬于半固態加工領域。

背景技術

金屬半固態成形技術它最早在20世紀70年代由美國麻省理工學院的M.C.Flemings教授提出。金屬半固態漿料流動性和充型能力較好，金屬半固態成形技術將鑄、鍛的優點結合在一起，適用于各類精密零件的成形，也大大拓展了可成形的合金范圍，在航空航天、軍事、汽車領域得到了廣泛的應用。

近年來銅鋁復合材料的發展很快，主要產品種類有銅包鋁復合線材、銅鋁復合接頭材料、銅鋁復合板帶材等。

銅鋁復合材料的加工方法很多，大體可分為固-固相復合法和液-固相復合法兩大類。固-固相復合法包括：軋制復合、爆炸復合、擠壓拉拔復合等，液-固相復合法包括：充芯連鑄、雙結晶器連鑄等。銅鋁復合材料具有廣泛用途，研究和開發這類材料具有十分重要的經濟意義。目前工業化生產銅鋁復合材料的主要方法是軋制復合和擠壓-拉拔復合等。其中爆炸復合法缺點是機械化程度低、勞動條件差、有一定的危險性；軋制壓接法、連續擠壓包覆法對設備的要求高，因而成本也高；靜液擠壓法的工藝過程復雜，操作及維修困難；鋁線鍍銅法和包覆焊接法生產效率較低；充芯連鑄法需要復雜的模具，還必須要有精準的控制才能順利和穩定地制備銅包鋁雙金屬復合材料，操作要求極高，操作復雜，不適合大批量生產；雙結晶器連鑄法也需要精準的控制，操作復雜，如果開始下拉時溫度過高，金屬液在結晶器中不能形成一定厚度的坯殼，容易在結晶器出口處出現拉漏現象，如果溫度太低，則容易產生冷隔、拉斷等問題。拉坯速度的快慢影響結晶器內金屬液固界面的相對位置以及液穴的長度變化，如果拉速過快，結晶器出口處凝固坯殼太薄，容易產生拉漏事故。以上方法在制備材料的過程中不可避免地存在金屬間化合物的生成，影響其使用性能。

對于公開號為“CN104733133A”、名為“銅包鋁復合母線排制備工藝”先用小變形量拉拔目的是與銅鋁緊密接觸，這種復合方法與傳統擠壓拉拔復合類似，沒有螺紋滑道復合緊密，在后續加工中容易使銅鋁脫離。其次采用高溫加熱，使鋁棒外層微薄一層為半熔體復合，這種方法首先加熱溫度過高為600-900℃，應用具有局限性，只適用于熔點較高的紫銅或者固相線較高的銅合金，對于一些錫青銅并不適用。由于銅材良好的導熱性，鋁材具有良好的散熱性，所以加熱溫度過高很難保證外表面成半熔態而芯部還為固態，需要精準的操作，加大了工藝的復雜性。從專業角度來看，采用這種表層半熔體復合工藝，并未使鋁材達到半固態球化晶粒效果，并且由芯部到外表面，相鄰組織差異較大，相比完全半固態工藝制品的鋁材性能較差。此外該發明工藝過程在熱擠壓后還需要多次軋制，工藝流程長，工藝復雜，加大了控制工藝流程的難度，因此需要一種全新的固-半固態復合法，既滿足高質量銅包鋁復合工藝，又可以使鋁材以半固態制品成形，從而提升整體復合材料的各項性能。

發明內容

本發明的目在于提供一種銅包鋁復合材料半固態成形方法，解決傳統銅鋁復合方法操作復雜、操作精度要求極高、生產本高、危險性大、成品性能差等缺點。

本發明的技術方案是；首先是確定復合鋁材的半固態溫度區間，首先通過螺紋或者滑道進行簡單復合內鋁外銅，然后施加冷擠壓加工使鋁材儲備變形能，隨后加熱外層銅殼到鋁材的半固態溫度區間實現固-半固態法復合，同時也使鋁材成為半固態制品，最后再通過快速熱擠壓加固了銅鋁復合面的結合，具體步驟如下：

(1)對空芯銅材內壁和鋁材外表面去氧化皮處理，然后添加螺紋(管材類)或者滑道(板材類)；對銅鋁材料進行復合，內鋁外銅；