一种铜铝液熔合金母线的制备方法 |
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| 申请号 | CN201710011863.2 | 申请日 | 2017-01-08 | 公开(公告)号 | CN106683794A | 公开(公告)日 | 2017-05-17 |
| 申请人 | 美嘉科技(镇江)有限公司; | 发明人 | 刘绍民; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种 铜 铝 液熔 合金 母线 的制备方法，包括，除去铝棒表面 氧 化层和铜管内壁氧化物，对铜管预 热处理 ；将铝棒 熔化 ，通入惰性气体，加入稀土元素，高能超声处理；将铝棒熔化，并添加中间合金，快速冷却，制备半固态浆料，保温；将经预热铜管放入到液压机的凹模型腔中，再将半固态稀土铝液浆料定量浇注至凹模型腔中，液压机通过凹模型腔进行快速 挤压 成型 ，保温；多道次连续 轧制 ，置于空气中冷却。本发明所制得的铜铝液熔合金母线，其 力 学性能相较于市售同类产品，能稳定体现更优异的结合和拉伸性能；具有优异的 导电性 能，测定其导电率稳定高出同类产品；其制备方法节能环保，具有工业应用前景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种铜铝液熔合金母线的制备方法，其特征在于：包括， |
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| 说明书全文 | 一种铜铝液熔合金母线的制备方法技术领域[0001] 本发明属于电工合金领域，具体涉及一种铜铝液熔合金母线的制备方法。 背景技术[0004] 铜铝复合材料作为新型复合材料的一种，不仅具有铜的导电、导热率高、接触电阻低和外表美观等优点，也具有铝的质轻、耐腐、经济等优点。采用固相复合技术生产的铜铝复合板，还具有结合面过渡电阻和热阻抗低、耐蚀、耐用、延展性和成型性好等综合性能，可广泛用于电子、电器、电力、冶金设备、机械、汽车、能源和生活用具等各个领域。现有铜铝生产方法中，如浇注法、水平连铸法、挤压法、静液挤压法、套管拉拔法、包覆焊接法和轧制压接法，均难以制备断面尺寸较大、包覆铜层厚度薄且均匀以及铜铝结合界面达到完全冶金结合的高性能铜铝复合母线排。在力学性能和导电性能上，在现实中尚不能稳定体现良好地效果，满足市场的期待。 发明内容[0005] 本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。 [0006] 鉴于上述和/或现有铜铝液熔合金母线的技术空白，提出了本发明。 [0007] 因此，本发明其中的一个目的是解决现有技术中的不足，提供一种高性能的铜铝液熔合金母线的制备方法。 [0008] 为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种铜铝液熔合金母线的制备方法，包括，预处理，除去铝棒表面氧化层和铜管内壁氧化物，对铜管做预热处理；中间合金制备，将铝棒高温熔化，通入惰性气体，加入稀土元素，高能超声处理，制得中间合金；制备浆料，将铝棒高温熔化，添加中间合金，快速冷却，制备半固态浆料，保温；挤压制坯，将经预热铜管放入到液压机的凹模型腔中，再将半固态稀土铝液浆料定量浇注至凹模型腔中，液压机通过凹模型腔进行快速挤压成型，保温；轧制冷却，进行多道次连续轧制，放置于空气中冷却。 [0009] 作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述预热处理，其温度为500～600℃，时间为0.5～2h。 [0010] 作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述高温熔化，其温度为720～750℃。 [0011] 作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述制备浆料，其中，所述快速冷却，其冷却速度为15～25℃/min。 [0012] 作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述稀土元素，其添加量为铝棒质量的10～12％。 [0013] 作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述稀土元素包括镧铈合金颗粒，其粒径为50～100nm。 [0015] 作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述制备浆料，其中，所述保温，其温度为580～600℃。 [0016] 作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述挤压制坯，其中，所述保温，其温度为550～600℃，时间为1～2h。 [0017] 作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述多道次连续轧制，其中，单道次轧制压下率为15～40％，总轧制压下率为50～70％。 [0018] 本发明的有益效果： [0019] (1)本发明所提供的铜铝液熔合金母线的制备方法，可制备断面尺寸较大、包覆铜层厚度薄且均匀以及铜铝结合界面达到完全冶金结合的高性能铜铝复合母线排。 [0020] (2)本发明所制得的铜铝液熔合金母线，其力学性能相较于市售同类产品，能稳定体现更优异的结合和拉伸性能； [0021] (3)本发明所制得的铜铝液熔合金母线，具有优异的导电性能，测定其导电率稳定高出同类产品10％； [0022] (4)本发明所提供的制备铜铝液熔合金母线的的制备方法，节能环保，具有很好的工业应用前景。 具体实施方式[0023] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。 [0024] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。 [0025] 其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。 [0026] 实施例1： [0027] 预处理：除去铝棒表面氧化层和铜管内壁氧化物，对铜管做预热处理，其温度为500℃； [0028] 中间合金制备：将铝棒置于750℃高温熔化，通入N2惰性气体，加入12wt％粒径为＜100nm的镧铈合金颗粒，设置参数功率1300W，频率15kHz，温度720℃，高能超声处理15min； [0029] 制备浆料：将铝棒置于750℃高温熔化，并添加上述中间合金，快速冷却，制备半固态浆料，在580℃下，保温15min； [0030] 挤压制坯：将经预热铜管放入到液压机的凹模型腔中，再将半固态稀土铝液浆料定量浇注至凹模型腔中，液压机通过凹模型腔进行快速挤压成型，在580℃下，保温1.5h； [0031] 轧制冷却：进行多道次连续轧制，单道次轧制压下率为15％，总轧制压下率为60％，放置于空气中冷却5h。制得样品1。 [0032] 实施例2： [0033] 预处理：除去铝棒表面氧化层和铜管内壁氧化物，对铜管做预热处理，其温度为550℃； [0034] 中间合金制备：将铝棒置于720℃高温熔化，通入N2惰性气体，加入12wt％粒径为＜100nm的镧铈合金颗粒，设置参数功率1500W，频率25kHz，温度660℃，高能超声处理20min； [0035] 制备浆料：将铝棒置于750℃高温熔化，并添加上述中间合金，快速冷却，制备半固态浆料，在550℃下，保温15min； [0036] 挤压制坯：将经预热铜管放入到液压机的凹模型腔中，再将半固态稀土铝液浆料定量浇注至凹模型腔中，液压机通过凹模型腔进行快速挤压成型，在580℃下，保温2h； [0037] 轧制冷却：进行多道次连续轧制，单道次轧制压下率为15％，总轧制压下率为60％，放置于空气中冷却8h。制得样品2。 [0038] 实施例3： [0039] 预处理：除去铝棒表面氧化层和铜管内壁氧化物，对铜管做预热处理，其温度为600℃； [0040] 中间合金制备：将铝棒置于740℃高温熔化，通入SF6惰性气体，加入12wt％粒径为＜100nm的镧铈合金颗粒，设置参数功率1600W，频率20kHz，温度700℃，高能超声处理25min； [0041] 制备浆料：将铝棒置于750℃高温熔化，并添加上述中间合金，快速冷却，制备半固态浆料，在600℃下，保温15min； [0042] 挤压制坯：将经预热铜管放入到液压机的凹模型腔中，再将半固态稀土铝液浆料定量浇注至凹模型腔中，液压机通过凹模型腔进行快速挤压成型，在580℃下，保温1h； [0043] 轧制冷却：进行多道次连续轧制，单道次轧制压下率为20％，总轧制压下率为60％，放置于空气中冷却6h。制得样品3。 [0044] 实施例4： [0045] 取市售铜包铝母线为样品4，取上述实施例样品1、2、3。 [0046] 母线铜层剥离力测定：对样品外层铜做剥离操作。将母线固定在万能试验机上，在万能试验机作用下对所剥离部分施加力F，且所施加的力匀速增大，当所F的着力点移动速度稳定时，此时F近似于铜层的剥离力。 [0047] 母线拉伸性能测试：将母线按GB/T16865-1997加工成标准试棒，然后以2mm/min的拉伸速率在型号为WEW-1000D的电子万能试验机上进行拉伸性能测试。 [0048] 实验结果，如下表： [0049] [0050] [0051] 由结果可见，本发明所制得的铜铝液熔合金母线，在力学性能上，相比于普通市售铜包铝母线，体现出更加优异的效果。这是因为，液熔铝浸镀铜的超润湿现象和稀土元素的对晶粒的净化和细化作用相互正协同。 [0052] 经发明者研究发现，稀土元素作为一种表面活性物质，在高能超声作用下，降低铝液中晶核的表面张力，继而其形核几率和形核速率大大提高，与此同时，其扩散速率因为晶核的扩散激活能的提高而大大降低，宏观上，晶核长大即被阻止，换言说，稀土元素强力抑制了铝液中晶粒粒径增大。而在保温过程中，这一作用被进一步巩固和增强。 [0054] 另外，再加上稀土元素本身的固溶强化作用与晶粒细化作用共同影响下，故而巩固和加强了正协同效果，呈现出较佳的力学性能。 [0055] 实施例5： [0056] 取上述样品1、样品2、样品3、样品4，切成 试块，并进行热处理机制处理。对试样的铜层表面进行打磨，去除表面的氧化层，然后采用FD-101型数字涡流金属电导率测量仪进行电导率测量。采用Ms/m作为计量单位。 [0057] 实验结果，如下表： [0058] [0059] 由结果可见，本发明所制得的铜铝液熔合金母线，在导电性能上，相比于普通市售铜包铝母线，体现出更加优异的效果。这是因为，液熔铝浸镀铜的超润湿现象和稀土元素的对晶粒的净化和细化作用相互正协同。 [0060] 经发明者研究发现，稀土元素作为一种表面活性物质，在高能超声作用下，降低铝液中晶核的表面张力，继而其形核几率和形核速率大大提高，与此同时，其扩散速率因为晶核的扩散激活能的提高而大大降低，宏观上，晶核长大即被阻止，换言说，稀土元素强力抑制了铝液中晶粒粒径增大。而在保温过程中，这一作用被进一步巩固和增强。基于此，在进一步浸镀铜时，在富铝且铝的晶粒因为稀土被细化的前提下，就保证了稀土铝液同铜具有极佳的润湿性，一方面接触角接近0°，另一方面高强度的连接被构建，也即发生了“超润湿现象”。基于上述作用，稀土元素可在合金层均匀分布，继而其除杂作用使得固溶杂质散射效应降低从而提高合金的导电性能。 [0061] 由此可见，本发明所提供的铜铝液熔合金母线的制备方法，可制备断面尺寸较大、包覆铜层厚度薄且均匀以及铜铝结合界面达到完全冶金结合的高性能铜铝复合母线排；本发明所制得的铜铝液熔合金母线，其力学性能相较于市售同类产品，能稳定体现更优异的结合和拉伸性能；本发明所制得的铜铝液熔合金母线，具有优异的导电性能，测定其导电率稳定高出同类产品10％；本发明所提供的制备铜铝液熔合金母线的的制备方法，节能环保，具有很好的工业应用前景。 |
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