專利名稱：一種銅-鋼復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙金屬復(fù)合材料，具體而言為涉及一種在鋼材表面復(fù)合銅或者銅合金的方法。
背景技術(shù)：
銅及銅合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐磨性能，被廣泛的應(yīng)用于電力、電器、電子、傳熱、信息、汽車、家電等行業(yè)中；在世界 資源儲藏中，銅資源相對短缺，因此，以其它金屬替代銅不失為節(jié)約銅資源的一大策略；為了使金屬材料最大限度地發(fā)揮出其所具有的性能，其方法之一就是把性能不同的材料加以組合制成復(fù)合材料；銅-鋼復(fù)合材料就是在鋼表面復(fù)銅或銅合金以形成雙金屬復(fù)合材料，由于這種復(fù)合材料具有防腐蝕、抗磨損、導(dǎo)電導(dǎo)熱性優(yōu)良、美觀、成本低等優(yōu)點，在軍工、電子、造幣、炊具及建筑裝飾等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，其研究也越來越弓丨起國內(nèi)外的關(guān)注。目前制備銅-鋼復(fù)合材料的主要方法有熱軋復(fù)合法、冷軋復(fù)合法、爆炸復(fù)合法、反向凝固法、液-固相軋制法等；熱軋復(fù)合法出現(xiàn)于上世紀40年代，其基本原理是，在一定的溫度和軋機的強大壓力作用下實現(xiàn)異種材料的冶金結(jié)合；熱軋復(fù)合時界面容易結(jié)合，但必需注意加熱溫度和保溫時間的控制，以防有害金屬化合物的生成；熱軋復(fù)合法的優(yōu)點是對軋機的要求不高，容易得到大張復(fù)合板，缺點是工藝復(fù)雜，產(chǎn)品的厚度及層厚比難以控制，實際生產(chǎn)中常用于生產(chǎn)坯料；20世紀50年代，美國首先開始冷軋復(fù)合法的研究，并提出了以“表面處理-冷軋復(fù)合-擴散退火”為主要過程的三步法生產(chǎn)工藝，與熱軋復(fù)合法相比，冷軋復(fù)合時的首道次變形量要更大，一般要達到609Γ70%，甚至更高，但冷軋復(fù)合法可以實現(xiàn)多種組元的結(jié)合，并且可以生產(chǎn)復(fù)合帶卷，尺寸精確，效率高，因此是目前應(yīng)用最廣泛的方法之一 ；80年代末，東北大學(xué)對銅-鋼冷軋復(fù)合工藝進行了系統(tǒng)的研究，提出了異步軋制復(fù)合新工藝和在銅及其合金表面電鍍雙重易復(fù)膜冷軋復(fù)合新工藝，在首道次變形量為50%飛0%時，成功地實現(xiàn)了銅-鋼冷軋復(fù)合；爆炸復(fù)合法的基本原理是，利用炸藥爆炸時產(chǎn)生的高壓脈沖載荷實現(xiàn)異種材料的冶金結(jié)合，爆炸復(fù)合-軋制法是在爆炸復(fù)合法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是近年來生產(chǎn)銅/鋼復(fù)合板帶材廣泛采用的一種方法，其過程是先采用爆炸復(fù)合法制取厚的復(fù)合板坯，再根據(jù)不同的條件和要求熱軋或冷軋到所需的尺寸；爆炸復(fù)合法的突出優(yōu)點是可使性能相差懸殊的異種材料迅速而經(jīng)濟地結(jié)合在一起，生產(chǎn)產(chǎn)品的品種多、尺寸范圍廣，其致命弱點是炸藥爆炸時所產(chǎn)生的巨大聲響和沖擊波給人們心理和周圍環(huán)境帶來的刺激和污染。反向凝固法的基本過程是使一定厚度的薄母帶以一定的速度垂直通過一有一定高度和過熱度的金屬熔池，當(dāng)冷母帶被引入金屬熔池中時，其表面的溫度遠低干金屬液的溫度，因此金屬熔體在母帶上凝固生長；由于凝固層金屬液可以與母帶不同，因而此工藝也適用于生產(chǎn)復(fù)合材料；液-固相軋制法是東北大學(xué)在20世紀80年代末著手開發(fā)的一種復(fù)合新技術(shù)，目前已完成了不銹鋼/鋁復(fù)合帶材中試生產(chǎn)線的建設(shè)及鋼/銅復(fù)合帶材的實驗室研究工作；將液態(tài)金屬(銅或銅的合金)連續(xù)澆鑄在鋼帶上并使其與固態(tài)鋼帶同時進入軋機經(jīng)受變形，在壓力作用下實現(xiàn)界面的冶金結(jié)合；液-固相軋制復(fù)合技術(shù)是以液態(tài)金屬快速非平衡凝固及半凝固態(tài)直接塑性成形為特征的，能有效地控制異種金屬復(fù)雜界面反應(yīng)如擴散、溶解、新相的生成和生長等的方向和限度，進而可保證復(fù)合界面的良好結(jié)合；然而，上述兩種新型復(fù)合方法由于均存在鋼的高溫氧化問題，目前尚處于研發(fā)階段；鑄造法容易導(dǎo)致界面熔蝕、制造大型板形件時難以均勻結(jié)合、組織粗大且不均勻。本發(fā)明希望提出一種新型的復(fù)合方法，能 夠在不發(fā)生大的變形的條件下獲得有效的復(fù)合，同時不使銅板、鋼板的原有特性發(fā)生明顯變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種銅-鋼復(fù)合材料的制作方法，其原理是利用鋼和銅均能與低熔點的鋅或者鋅合金有效結(jié)合的特點，通過熱浸鍍方法在銅板、鋼板表面浸鍍上一層鋅，然后在氣體保護下加熱至高于鋅的熔點，在壓力作用下將兩種板材壓合在一起，通過保溫使板材表面液態(tài)薄鋅層的相互結(jié)合、擴散，從而實現(xiàn)鋼、銅的復(fù)合。—種銅-鋼復(fù)合材料的制備方法，其特征在于通過常規(guī)熱浸鍍鋅方法，在待復(fù)合的鋼板、銅板表面浸鍍一層鋅，將鍍鋅鋼板、銅板鍍鋅面相對在還原性氣體保護下加熱，然后連續(xù)軋制，保溫退火，從而獲得銅-鋼復(fù)合材料。所涉及的在待復(fù)合的鋼板、銅板表面浸鍍一層鋅，是指通過表面脫脂、除銹、上浸鍍液、烘干、浸鍍和冷卻步驟，在待復(fù)合的鋼板、銅板的一個表面上浸鍍一層厚度為3 10μπι的鋅或者鋅合金，非浸鍍面通過在浸鍍前噴涂水基或者醇基石墨涂料保護。所涉及的在還原性氣體保護下加熱，是指在含氫O. 2^0. 5vol%的靜態(tài)加氫氮氣保護下加熱到45(T550°C，并保溫5 IOmin。所涉及的連續(xù)軋制，是指待復(fù)合的鋼板、銅板在壓下量為5 10%的情況先后通過兩個軋輥軋制。所涉及的保溫退火，是指在55(T 600°C，保溫時間I. (Γ2. Oh。本發(fā)明所提出的銅-鋼復(fù)合材料的制作方法，具有如下特點
I、復(fù)合溫度低，對銅板、鋼板的原有特性影響小，處理過程能耗小。2、界面結(jié)合好，由于鋅層與銅板、鋼板有良好的結(jié)合，薄鋅層相互結(jié)合并進一步向銅板、鋼板中擴散后促進了鋼板與銅板的有效結(jié)合。3、工藝適應(yīng)性強，由于復(fù)合時鋼板、銅板壓下量小，因此適應(yīng)不同類型的銅及銅合金在鋼板上的復(fù)合。


圖I為銅-鋼復(fù)合材料的照片；圖2為銅-鋼復(fù)合材料界面的SEM照片。
具體實施例方式本發(fā)明可以根據(jù)以下實例實施，但不限于以下實例。在本發(fā)明中所使用的術(shù)語，除非有另外說明，一般具有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的含義。應(yīng)理解，這些實施例只是為了舉例說明本發(fā)明，而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。在以下的實施例中，未詳細描述的各種過程和方法是本領(lǐng)域中公知的常規(guī)方法。
實施例I
通過常規(guī)熱浸鍍鋅方法，將待復(fù)合的鋼板、銅板各一個表面脫脂、除銹、上浸鍍液、烘干，在450°C鋅液中浸鍍一層厚10 μ m的鋅，浸鍍前在非浸鍍面噴涂水基石墨涂料并烘干進行保護；將鍍鋅鋼板、銅板鍍鋅面相對在含氫O. 2 vol. %的靜態(tài)加氫氮氣保護下加熱到4500C，并保溫lOmin，然后在壓下量為5%的情況先后通過兩個軋輥軋制，在550°C保溫時間2. Oh從而獲得銅_鋼復(fù)合材料。圖I為銅-鋼復(fù)合材料的照片，圖2為銅-鋼復(fù)合材料界面的SEM照片；從圖中可以看出，銅-鋼界面結(jié)合良好，界面結(jié)合強度的檢測表明，銅-鋼復(fù)合材料界面的拉伸強度達 86MPa。實施例2
通過常規(guī)熱浸鍍鋅方法，將待復(fù)合的鋼板、銅板各一個表面脫脂、除銹、上浸鍍液、烘干，在440°C的鋅鋁合金(Zn-5wt%)熔體中浸鍍一層厚8 μ m的鋅鋁合金，浸鍍前在非浸鍍面噴涂水基石墨涂料并烘干進行保護；將鍍鋅鋁合金鋼板、銅板鍍鋅鋁合金面相對在含氫O. 3vol. %的靜態(tài)加氫氮氣保護下加熱到500°C，并保溫8min，然后在壓下量為5%的情況先后通過兩個軋輥軋制，在550°C保溫時間I. 5h從而獲得銅-鋼復(fù)合材料，分析表明，銅-鋼界面結(jié)合良好，銅-鋼復(fù)合材料界面的拉伸強度達90MPa。實施例3
通過常規(guī)熱浸鍍鋅方法，將待復(fù)合的鋼板、銅板各一個表面脫脂、除銹、上浸鍍液、烘干，在460°C鋅熔體中浸鍍一層厚3μπι的鋅，浸鍍前在非浸鍍面噴涂醇基石墨涂料保護；將鍍鋅鋼板、銅板鍍鋅面相對在含氫O. 5vol. %的靜態(tài)加氫氮氣保護下加熱到550°C，并保溫5min，然后在壓下量為10%的情況先后通過兩個軋輥軋制，在600°C保溫時間I. Oh從而獲得銅-鋼復(fù)合材料，分析表明，銅-鋼界面結(jié)合良好，銅-鋼復(fù)合材料界面的拉伸強度達95MPa0實施例4
通過常規(guī)熱浸鍍鋅方法，將待復(fù)合的鋼板、銅板各一個表面脫脂、除銹、上浸鍍液、烘干，在450°C鋅鋁合金(Zn-5wt%)熔體中浸鍍一層厚6 μ m的鋅鋁合金，浸鍍前在非浸鍍面噴涂醇基石墨涂料保護；將鍍鋅鋁合金鋼板、銅板鍍鋅鋁合金面相對在含氫O. 4vol. %的靜態(tài) 加氫氮氣保護下加熱到450°C，并保溫8min，然后在壓下量為8%的情況先后通過兩個軋輥軋制，在580°C保溫時間I. 5h從而獲得銅-鋼復(fù)合材料，分析表明，銅-鋼界面結(jié)合良好，銅-鋼復(fù)合材料界面的拉伸強度達92MPa。
權(quán)利要求
1.一種銅-鋼復(fù)合材料的制備方法，其特征在于通過常規(guī)熱浸鍍鋅方法，在待復(fù)合的 鋼板、銅板表面浸鍍ー層鋅，將鍍鋅鋼板、銅板鍍鋅面相對在還原性氣體保護下加熱，然后連續(xù)軋制，保溫退火，從而獲得銅-鋼復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種銅-鋼復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的在待復(fù)合的鋼板、銅板表面浸鍍ー層鋅，是指通過表面脫脂、除銹、上浸鍍液、烘干、浸鍍和冷卻步驟，在待復(fù)合的鋼板、銅板的ー個表面上浸鍍ー層厚度為3 10 μ m的鋅或者鋅合金，非浸鍍面通過在浸鍍前噴涂水基或者醇基石墨涂料保護。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種銅-鋼復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的在還原性氣體保護下加熱，是指在含氫O. 2^0. 5vol%的靜態(tài)加氫氮氣保護下加熱到45(T550°C，并保溫5 IOmin。
4.如權(quán)利要求I所述的ー種銅-鋼復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的連續(xù)軋制，是指待復(fù)合的鋼板、銅板在壓下量為5 10%的情況先后通過兩個軋輥軋制。
5.如權(quán)利要求I所述的ー種銅-鋼復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的保溫退火，是指在550 600°C，保溫時間I. 0 2· Oh。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙金屬復(fù)合材料，具體而言為涉及一種在鋼材表面復(fù)合銅或者銅合金的方法。本發(fā)明利用鋼和銅均能與低熔點的鋅或者鋅合金有效結(jié)合的特點，通過熱浸鍍方法在銅板、鋼板表面浸鍍上一層鋅，然后在氣體保護下加熱至高于鋅的熔點，在壓力作用下將兩種板材壓合在一起，通過保溫使板材表面液態(tài)薄鋅層的相互結(jié)合、擴散，從而實現(xiàn)鋼、銅的復(fù)合。
文檔編號B21B1/38GK102671942SQ20121005476
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者楊濤, 趙玉濤, 陳剛 申請人:江蘇大學(xué)