固態(tài)銅材固液復合及拉拔組合制備雙金屬復合材料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于雙金屬復合材料的制備領域，具體是一種銅材固液復合鑄造及拉拔組合制備雙金屬復合材料的方法，特別是一種通過固液復合鑄造后拉拔組合工藝制備雙金屬復合材料的方法。
【背景技術】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，對材料綜合性能的要求越來越高，在很多工況條件下，單一組元的金屬材料已經很難滿足要求。雙金屬復合材料是通過各種復合技術使兩種性能不同的金屬復合在一起而制備的一種新型復合材料。與單一組元的金屬材料相比，雙金屬復合材料可以綜合利用兩種金屬材料各自的物理化學特性，獲得單一組元金屬不能同時具有的綜合性能，可以較好地滿足工業(yè)與科技的快速發(fā)展對于材料越來越高的要求。銅材由于其優(yōu)良的導電、導熱性能，以及良好的力學性能，已經被廣泛的開發(fā)和應用于個工業(yè)領域中。經調研發(fā)現(xiàn)，銅材與其他材料之間復合制備的雙金屬材料同樣受到了越來越多的重視。如銅鋁雙金屬復合材料綜合了銅合金的高導電性能、高導熱性能、低接觸電阻以及鋁的質輕、耐蝕等優(yōu)點。銅鋁雙金屬復合材料可以在減輕40%重量的前提下達到和銅材相差無幾的高導電、導熱率，同時價格只有銅材的60%。目前銅鋁雙金屬復合材料產品主要有:銅包鋁復合線材，銅鋁復合接頭材料以及銅鋁復合板帶。銅鋁雙金屬復合材料已廣泛應用于電力、電子、電器、汽車、能源等領域。另外，隨著經濟建設的快速發(fā)展，我國已經成為世界上最大的銅產品生產國也是最大的銅資源進口國，每年需要進口大量的銅資源，銅價格的不斷上升影響了國內企業(yè)的經濟效益。同類別雙金屬復合材料的使用可以很好優(yōu)化資源配置，提高經濟效益，具有非常廣闊的應用前景。
[0003]使用傳統(tǒng)焊接方法制備雙金屬復合材料時，由于銅合金和鋁合金之間物理性能如熔點、比熱容、線膨脹系數等相差很大，同時兩種金屬的導熱性都很好，所以焊接過程中經常出現(xiàn)氧化夾渣、吸氣、熱裂、成分偏析等一系列的問題。經對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，除焊接方法外銅鋁間復合常見的方法按照材料狀態(tài)的不同可以分為固液復合、固固復合及液液復合。對于固固連接方法，如拉拔，生產效率較高，不過由于銅和鋁在大氣環(huán)境下都非常容易氧化，尤其是高溫條件下，兩種金屬之間都會形成致密的氧化膜，氧化膜的存在會嚴重阻礙兩種金屬之間的相互作用，惡化連接質量，不容易形成良好的冶金結合。對于液液連接則經常受到設備的限制，對于材料的外形、尺寸都有非常嚴格的要求，這也在一定程度上限制了銅鋁雙金屬材料的推廣和應用。固液復合受外形條件約束小、工藝設備要求簡單，不過澆注溫度較高時容易在界面上生成較厚的中間化合物，影響銅鋁雙金屬復合材料的結合強度和物理性能。每一種方法都有其特有的優(yōu)勢，但又有一定的局限性。
[0004]進一步對現(xiàn)有技術檢索發(fā)現(xiàn)，研究人員開始通過兩種復合方法組合在一起制備銅鋁雙金屬復合材料以克服單一方法的不足。中國專利CN102626854A公布了一種爆炸加乳制生產全包銅鋁復合排的方法。該技術利用爆炸焊接加乳制組合的方法制備了銅鋁雙金屬復合材料，工藝中利用兩種固固連接方法，表面沒有特殊處理，所以兩種金屬界面上會存在氧化膜，同時對于材料的外形要求較高。中國專利CNlO1364459A公布了一種銅包銅母線排的生產方法及設備。該技術利用擠壓和熱乳組合的方法制備銅鋁雙金屬復合材料，不過由于是利用兩種固固連接方法，而且為了避免氧化膜的影響，在熱處理過程中引入了惰性氣體保護，對于設備及制備條件要求較高。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種銅材固液復合鑄造及拉拔組合制備雙金屬復合材料的方法，解決現(xiàn)有復合技術連接銅材和其它材料時經常導致結合區(qū)域形成氧化夾渣、吸氣、熱裂、成分偏析的問題，同時解決氧化膜和中間化合物的存在嚴重影響兩種金屬之間的相互作用以及雙金屬復合材料的性能較低等一系列的問題，使兩種合金之間形成冶金結合，具有優(yōu)良的力學性能。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供一種固態(tài)銅材固液復合及拉拔組合制備雙金屬復合材料的方法，所述方法包括固液復合鑄造制備雙金屬拉拔坯料的步驟、拉拔所述坯料制備雙金屬復合材料的步驟。
[0008]優(yōu)選地，固液復合鑄造制備雙金屬拉拔坯料的步驟具體包括:
[0009]處理預置:對待連接固態(tài)銅預置材料進行表面處理，處理后預置在模具型腔內；
[0010]鑄造結合:將液態(tài)待澆注材料澆注入所述模具型腔內，鑄造形成雙金屬拉拔坯料。
[0011]優(yōu)選地，所述預置固態(tài)銅材料包括銅或/銅合金，具體包括純銅、鑄造銅合金、變形銅合金;所述饒注材料包括恪點低于或等于固態(tài)銅材料的金屬或所述金屬的合金;所述金屬包括鋁、鎂、銅等。當澆注材料為銅材時，因為銅材的種類非常多，雖然都為銅材，但是可以選擇不同種類的銅材，同樣可以綜合不同銅材之間不同的性能優(yōu)勢從而得到具有優(yōu)良性能的雙金屬復合材料。
[0012]優(yōu)選地，處理預置的步驟中，所述表面處理具體指鍍鋅保護層；
[0013]優(yōu)選地，所述鍍鋅保護層的實現(xiàn)方式包括電鍍、化學鍍、熱浸鍍、熱噴涂、氣相沉積等;所述鋅保護層的厚度為0.1?50μπι。鋅層太薄在澆注前會氣化，表面繼而氧化，不能起到保護作用。過厚鋅層不能完全溶入到澆注材料中去，導致不能形成冶金結合。或者形成冶金結合界面處有鋅聚集，鋅的聚集會影響雙金屬復合材料的性能。
[0014]優(yōu)選地，鑄造結合的步驟中，所述鑄造的方法包括砂型鑄造、金屬型鑄造、低壓鑄造、尚壓鑄造、真空鑄造、擠壓鑄造、尚心鑄造等。
[0015]優(yōu)選地，鑄造結合的步驟中，所述澆注溫度為450?1200°C;澆注溫度低于450°C有可能造成充型困難，同時很難熔化表面鋅層，不能形成冶金結合;高于1200°C可能會造成銅條的嚴重熔化，失去作為高性能預置材料的意義；進一步優(yōu)選地，所述澆注溫度為650?1200°C ；更優(yōu)選地，所述澆注溫度為1150?1200°C。
[0016]優(yōu)選地，拉拔所述坯料制備雙金屬復合材料的步驟中，所述拉拔的方式包括直拔、連續(xù)直拔、盤拔、旋壓、乳管加工方法中的一種或者幾種的組合;拉拔的溫度為-100?澆注材料熔點以下100°C;拉拔的縮徑比為1/100?90/100;拉拔的縮徑速度為10?400m/min。拉拔溫度低于_100°C時，成型性能很差，在拉拔過程中會出現(xiàn)裂紋等缺陷。溫度高于上限時澆注材料甚至固態(tài)銅預置材料有可能熔化。縮徑比低于1/100，基本沒有變形效果，對于中間化合物的破損效果很弱，得到的材料界面上會存在較厚的中間化合物，影響性能?？s徑比高于90/100，對于設備/材料的成型性能要求很高，而且很容易出現(xiàn)裂紋等缺陷?？s徑高于400m/min，變形速度較快，很容易出現(xiàn)裂紋等缺陷。而低于10m/min，生產效率較低。進一步優(yōu)選地，所述拉拔的溫度為200?500°C。
[0017]優(yōu)選地，拉拔所述坯料制備雙金屬復合材料的步驟還包括對所得雙金屬復合材料進行拉拔后退火處理、收線。
[0018]優(yōu)選地，所述退火處理的溫度為100?澆注材料熔點以下100°C，退火處理的時間為5?300min。溫度低于100°C或者時間少于5min時，不能起到去除應力效果，并且銅和銅之間作用較弱，很難發(fā)生反應，導致銅鋁雙金屬復合材料的性能較差。溫度高于上限或者時間長于300min時，兩種金屬之間劇烈反應，中間化合物層厚度會很厚，中間化合物硬脆的性質會影響雙金屬復合材料的性能，或者，或者造成澆注材料甚至固態(tài)銅預置材料熔化，不能形成所需雙金屬復合材料。進一步優(yōu)選地，所述退火處理的溫度為100?500°C。
[0019]優(yōu)選地，拉拔所述坯料制備雙金屬復合材料的步驟還包括對所得雙金屬拉拔坯料進行拉拔前退火處理。
[0020]優(yōu)選地，所述退火處理