專利名稱：不銹鋼-銀復(fù)合板材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不銹鋼-銀復(fù)合板材及其制備方法，屬于金屬材料加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，許多新興領(lǐng)域?qū)Σ牧系囊笠苍絹?lái)越高，純金屬或合金已很難完全滿足對(duì)其綜合性能的需要。異種金屬?gòu)?fù)合板材集不同金屬的物理、化學(xué)及力學(xué)性能于一體，具有比單一金屬材料更為優(yōu)異的綜合性能，已得到許多行業(yè)的重視和使用。目前，市場(chǎng)上常見(jiàn)的金屬?gòu)?fù)合板主要有鈦鋼復(fù)合板、鋁鋼復(fù)合板、銅鋼復(fù)合板、鎳鋼復(fù)合板等。雖然這些復(fù)合板材在許多方面具有較好的性能，但仍很難滿足在如高端電子電器、軍事、航空航天等領(lǐng)域中一些對(duì)導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能要求很高的部件中的使用。在所有金屬材料中，純銀具有最高的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，且具備優(yōu)異的延展性，能很好地滿足大部分特殊行業(yè)對(duì)導(dǎo)電和導(dǎo)熱的要求，但同時(shí)純銀的力學(xué)強(qiáng)度較差，且價(jià)格昂貴，特別是在一些含硫環(huán)境或較高溫度下容易受到腐蝕或氧化而損害其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。通過(guò)兩層不銹鋼板與中間銀板 進(jìn)行結(jié)合形成三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合板材能夠很好的解決這些問(wèn)題。不銹鋼-銀復(fù)合板材中的中間銀層主要作為導(dǎo)電和導(dǎo)熱層，外側(cè)兩層不銹鋼板可有效地防止銀層受外部環(huán)境的腐蝕，而不銹鋼較高的強(qiáng)度和剛度也能夠?qū)︺y層起到良好的固定、支撐和保護(hù)作用。此外，如果選用奧氏體不銹鋼和純銀制備復(fù)合板材，由于它們都具有很好的塑性及加工性能，該復(fù)合板能夠方便地進(jìn)行后續(xù)壓力加工，如沖壓、軋制等，通過(guò)塑性變形加工能夠制備出不同規(guī)格及形狀的樣品，可滿足不同的需求。通過(guò)不銹鋼-銀的復(fù)合，不僅彌補(bǔ)了單一銀層的不足，還能夠同時(shí)發(fā)揮兩種材料的性能優(yōu)勢(shì)，具有良好和廣闊的應(yīng)用前景。目前關(guān)于不銹鋼-銀兩種板材的三層復(fù)合還未見(jiàn)公開(kāi)報(bào)道，相關(guān)報(bào)道主要是將銀作為中間助焊層進(jìn)行不銹鋼與其他金屬的連接，最終板材也是利用不銹鋼與其他金屬的特性，而并不是為了發(fā)揮銀的良好性能，這些板材中銀層均較薄(通常只有微米量級(jí))，且隨著復(fù)合時(shí)間增加純銀的厚度不斷減小，并最終在銀層中形成了大量的中間化合物。例如在《鋁/鍍銀層/鋼的擴(kuò)散釬焊及界面化合物的生長(zhǎng)行為》(吳銘方、司乃潮、陳健，中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2010年20卷06期，1209-1213頁(yè))一文中提到了一種金屬?gòu)?fù)合材料，其構(gòu)成是用擴(kuò)散釬焊方法對(duì)6063鋁合金/鍍銀層/ICrlSNiOTi不銹鋼進(jìn)行焊接，同為以銀為中間層的三層板材的復(fù)合技術(shù)，但是其最終主要還是為了得到鋁-不銹鋼復(fù)合板，銀層僅僅是起到中間焊劑的作用，其厚度僅為IOym,且鍍銀層因參與共晶反應(yīng)及與Al生成Ag-Al金屬間化合物而逐漸減少。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明提供一種克服現(xiàn)有金屬?gòu)?fù)合板材導(dǎo)電導(dǎo)熱性能不佳以及純銀板力學(xué)強(qiáng)度差等不足，使中間銀層的高導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能在各種環(huán)境及條件下得以充分發(fā)揮的不銹鋼-銀復(fù)合板材及其制備方法。
技術(shù)方案:本發(fā)明的不銹鋼-銀復(fù)合板材，由兩層不銹鋼板和一層銀板組成，包括位于中間的純銀板和與純銀板兩側(cè)面連接的不銹鋼板，純銀板與不銹鋼板通過(guò)擴(kuò)散連接結(jié)合為一整體，不銹鋼-銀界面為金屬鍵結(jié)合，界面結(jié)合強(qiáng)度> 15MPa。為達(dá)到更好的連接效果及性能，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，對(duì)不銹鋼-銀復(fù)合板材的材質(zhì)進(jìn)行了優(yōu)選，其中不銹鋼板的材質(zhì)為304、304L、316、316L不銹鋼中的一種，純銀板的銀純度≥99.9%。304、304L、316、316L均為不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)。為達(dá)到更好的后續(xù)加工性能，作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)，對(duì)不銹鋼-銀復(fù)合板材的尺寸規(guī)格進(jìn)行了優(yōu)選，不銹鋼板的厚度為0.Γ2.5mm，純銀板的厚度為0.Γ .5mm。本發(fā)明不銹鋼-銀復(fù)合板材的制備方法包括如下步驟:
1)將經(jīng)拋光處理并去除了表面銹層、氧化層及油污的兩塊平整不銹鋼板，以及一塊經(jīng)拋光處理并去除了表面銹層、氧化層及油污的純銀板，按不銹鋼-銀-不銹鋼的順序疊放組成三明治結(jié)構(gòu)坯料；
2)將組合坯料在5X10_2Pa以下的真空環(huán)境中進(jìn)行熱壓擴(kuò)散連接，熱壓溫度為55(T800°C，壓力0.5 4MPa，保溫時(shí)間l 6h，熱壓完成后即得到不銹鋼-銀復(fù)合板材。為達(dá)到更好的界面結(jié)合質(zhì)量，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，不銹鋼-銀復(fù)合板材的制備方法在步驟2)中，在進(jìn)行熱壓擴(kuò)散連接之前，可先對(duì)組合治坯料進(jìn)行一個(gè)道次的冷軋制加工，軋制壓下量為組合坯料整體厚度的109Γ15%。本發(fā)明將三明治結(jié)構(gòu)的不銹鋼-銀-不銹鋼板材通過(guò)擴(kuò)散連接結(jié)合為一整體，利用兩側(cè)不銹鋼板材良好的強(qiáng)度、剛度及耐蝕性能，使中間銀層的高導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能在各種環(huán)境及條件下得以充分發(fā)揮。有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
I)本發(fā)明涉及的不銹鋼-銀復(fù)合板材，中間銀板具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，外層使用不銹鋼與銀層通過(guò)擴(kuò)展連接，具有較高的界面結(jié)合強(qiáng)度，能夠起到增強(qiáng)加固，以及耐腐蝕，耐磨損的保護(hù)作用。兩者的復(fù)合能克服單一材料功能上的缺失，極大發(fā)揮了兩種材料的優(yōu)良特性而不改變?cè)牧媳旧淼母鞣N性能指標(biāo)。此外，如選用奧氏體不銹鋼和純銀制備復(fù)合板材，由于兩種都具有很好的塑性及加工性能，該復(fù)合板能夠方便地通過(guò)后續(xù)壓力加工制備出不同規(guī)格及形狀的樣品，以滿足不同場(chǎng)合的需求。本發(fā)明制備的不銹鋼-銀復(fù)合板材在一些對(duì)導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能要求很高且服役環(huán)境較為苛刻的設(shè)備及零部件上有著良好的應(yīng)用潛力及巨大的價(jià)值。2)本發(fā)明的復(fù)合板材制備方法加工范圍廣，可生產(chǎn)不同厚度和尺寸規(guī)格的產(chǎn)品，并且具有生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染、加工工藝簡(jiǎn)單、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)。另外，在加工過(guò)程中還可采用在不同三明治坯料之間用陶瓷片相隔并疊加的方式一次性熱壓多片復(fù)合板材，可明顯提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，由于擴(kuò)散焊不使用焊劑，且是在真空環(huán)境中操作，消除了雜質(zhì)及高溫氧化對(duì)材料性能的不利影響。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，圖中I為純銀板，2為不銹鋼板。圖2a和圖2b分別為本發(fā)明實(shí)施例1中的復(fù)合板材橫截面上不銹鋼_銀界面區(qū)域的掃描電鏡(SEM)顯微形貌照片和界面兩側(cè)主要元素成分線掃描分布圖譜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式

對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明:
實(shí)施例1:
不銹鋼-銀復(fù)合板材，外側(cè)為兩層厚度均為0.4mm的304不銹鋼板，中間層為厚度
0.1mm、純度99.9%的純銀板，三層板材之間通過(guò)擴(kuò)散連接結(jié)合為一整體，不銹鋼_銀界面為金屬鍵結(jié)合，界面結(jié)合強(qiáng)度15 17MPa。該復(fù)合板材制備的具體步驟如下:
1)將兩塊0.4mm厚的304不銹鋼板表面進(jìn)行拋光處理，采用酸洗、堿洗、丙酮脫脂等方式去除表面銹層、氧化層及油污；采用相似方法對(duì)0.1mm厚、純度99.9%的銀板表面進(jìn)行拋光處理，并去除表面銹層、氧化層和油污。按不銹鋼-銀-不銹鋼的順序疊放組成三明治結(jié)構(gòu)組合坯料；
2)將組合坯料在5X10_2 Pa的真空環(huán)境下進(jìn)行熱壓擴(kuò)散連接，熱壓溫度為550°C，壓力
0.5MPa，保溫時(shí)間lh，熱壓完成后即得到不銹鋼-銀復(fù)合板材。圖2 (a)和圖2 (b)為該復(fù)合板材橫截面上不銹鋼-銀界面區(qū)域的掃描電鏡(SEM)顯微形貌照片及界面兩側(cè)主要元素線掃描分布圖譜，從圖中可以看出不銹鋼-銀界面結(jié)合緊密，結(jié)合處無(wú)縫隙，純Ag板中的Ag及不銹鋼板中主要的Fe、Cr元素都發(fā)生了跨界面的擴(kuò)散，表明此時(shí)已形成了良好的擴(kuò)散連接效果。實(shí)施例2:
不銹鋼-銀復(fù)合板材，外側(cè)兩層為厚度均為1.0mm的304L不銹鋼板，中間層為厚度
0.5mm、純度99.95%的純銀板，三層板材之間通過(guò)擴(kuò)散連接結(jié)合為一整體，不銹鋼-銀界面為金屬鍵結(jié)合，界面結(jié)合強(qiáng)度24 26MPa。該復(fù)合板材制備的具體步驟如下:
1)將兩塊1.0mm厚的304L不銹鋼板表面進(jìn)行拋光處理，采用酸洗、堿洗、丙酮脫脂等方式去除表面銹層、氧化層及油污；采用相似方法對(duì)0.5_厚、純度99.95%的銀板表面進(jìn)行拋光處理，并去除表面銹層、氧化層和油污。按不銹鋼-銀-不銹鋼的順序疊放組成三明治結(jié)構(gòu)組合坯料；
2)將組合坯料在2X10_2 Pa的真空環(huán)境下進(jìn)行熱壓擴(kuò)散連接，熱壓溫度為600°C，壓力
1.2MPa，保溫時(shí)間2h，熱壓完成后即得到本發(fā)明的不銹鋼-銀復(fù)合板材。實(shí)施例3:
不銹鋼-銀復(fù)合板材，外側(cè)兩層為厚度均為1.5mm的316不銹鋼板，中間層為厚度
0.9mm、純度99.95%的純銀板，三層板材之間通過(guò)擴(kuò)散連接結(jié)合為一整體，不銹鋼-銀界面為金屬鍵結(jié)合，界面結(jié)合強(qiáng)度33 36MPa。該復(fù)合板材制備的具體步驟如下:
1)將兩塊1.5mm厚的316不銹鋼板表面進(jìn)行拋光處理，采用酸洗、堿洗、丙酮脫脂等方式去除表面銹層、氧化層及油污；采用相似方法對(duì)0.9_厚、純度99.99%的銀板表面進(jìn)行拋光處理，并去除表面銹層、氧化層和油污。按不銹鋼-銀-不銹鋼的順序疊放組成三明治結(jié)構(gòu)組合坯料；
2)將組合坯料在IX10_2 Pa 的真空環(huán)境下進(jìn)行熱壓擴(kuò)散連接，熱壓溫度為700°C，壓力2.4MPa，保溫時(shí)間3h，熱壓完成后即得到本發(fā)明的不銹鋼-銀復(fù)合板材。實(shí)施例4:
不銹鋼-銀復(fù)合板材，外側(cè)兩層為厚度均為2.5mm的316L不銹鋼板，中間層為厚度1.5mm、純度99.9%的純銀板，三層板材之間通過(guò)擴(kuò)散連接結(jié)合為一整體，不銹鋼-銀界面為金屬鍵結(jié)合，界面結(jié)合強(qiáng)度54 57MPa。該復(fù)合板材制備的具體步驟如下:
1)將兩塊2.5mm厚的316L不銹鋼板表面進(jìn)行拋光處理，采用酸洗、堿洗、丙酮脫脂等方式去除表面銹層、氧化層及油污；采用相似方法對(duì)1.5_厚、純度99.99%的銀板表面進(jìn)行拋光處理，并去除表面銹層、氧化層和油污。按不銹鋼-銀-不銹鋼的順序疊放組成三明治結(jié)構(gòu)組合坯料；
2)將組合坯料在0.8X 10_2 Pa的真空環(huán)境下進(jìn)行熱壓擴(kuò)散連接，熱壓溫度為800°C，壓力4MPa，保溫時(shí)間1.5h，熱壓完成后即得到本發(fā)明的不銹鋼-銀復(fù)合板材。實(shí)施例5:
不銹鋼-銀復(fù)合板材，外側(cè)兩層為一層為厚度2.5mm的304不銹鋼板，另一層為厚度
1.8mm的304不銹鋼板，中間層為厚度1.0mm、純度99.95%的純銀板，三層板材之間通過(guò)擴(kuò)散連接結(jié)合為一整體，不銹鋼-銀界面為金屬鍵結(jié)合，界面結(jié)合強(qiáng)度54MPa。該復(fù)合板材制備的具體步驟如下:
1)將厚度為2.5mm和1.8mm的304不銹鋼板表面進(jìn)行拋光處理,采用酸洗、堿洗、丙酮脫脂等方式去除表面銹層、氧化層及油污；采用相似方法對(duì)1.0mm厚、純度99.95%的銀板表面進(jìn)行拋光處理，并去除表面銹層、氧化層和油污。按不銹鋼-銀-不銹鋼的順序疊放組成三明治結(jié)構(gòu)組合坯料；
2)將組合坯料在IX10_2 Pa的真空環(huán)境下進(jìn)行熱壓擴(kuò)散連接，熱壓溫度為680°C，壓力2MPa，保溫時(shí)間6h，熱壓完成后即得到本發(fā)明的不銹鋼-銀復(fù)合板材。實(shí)施例6:
不銹鋼-銀復(fù)合板材，其中外側(cè)兩層為一層為厚度2mm的304不銹鋼板，另一層為厚度
1.2mm的316不銹鋼板，中間層為厚度0.8mm、純度99.99%的純銀板，三層板材之間通過(guò)擴(kuò)散連接結(jié)合為一整體，不銹鋼-銀界面為金屬鍵結(jié)合，兩不銹鋼-銀界面中結(jié)合強(qiáng)度較小一面的強(qiáng)度為45 48MPa。該復(fù)合板材制備的具體步驟如下:
O將厚度為2.0mm的304與厚度1.2mm的316不銹鋼板表面進(jìn)行拋光處理，采用酸洗、堿洗、丙酮脫脂等方式去除表面銹層、氧化層及油污；采用相似方法對(duì)0.8mm厚、純度99.99%的銀板表面進(jìn)行拋光處理，并去除表面銹層、氧化層和油污。按不銹鋼-銀-不銹鋼的順序疊放組成三明治結(jié)構(gòu)組合坯料；
2)將組合坯料在IX 10_2 Pa的真空環(huán)境下進(jìn)行熱壓擴(kuò)散連接，熱壓溫度為600°C，壓力
3.5MPa，保溫時(shí)間5h，熱壓完成后即得到本發(fā)明的不銹鋼-銀復(fù)合板材。實(shí)施例7:
不銹鋼-銀復(fù)合板材，其中外側(cè)兩層為厚度在f 1.4mm的304L不銹鋼板，中間層為厚度0.5^0.9mm、純度99.9%的純銀板，三層板材之間通過(guò)擴(kuò)散連接結(jié)合為一整體，不銹鋼-銀界面為金屬鍵結(jié)合，界面結(jié)合強(qiáng)度63飛9MPa。
該復(fù)合板材制備的具體步驟如下:
1)將兩塊1.Γ1.4mm厚的316不銹鋼板表面進(jìn)行拋光處理，采用酸洗、堿洗、丙酮脫脂等方式去除表面銹層、氧化層及油污；采用相似方法對(duì)0.6^1.0mm厚、純度99.9%的銀板表面進(jìn)行拋光處理，并去除表面銹層、氧化層和油污。按不銹鋼-銀-不銹鋼的順序疊放組成三明治結(jié)構(gòu)組合坯料；
2)對(duì)組合坯料進(jìn)行一道次冷軋制加工，軋下量控制為組合坯料整體厚度的109Γ15%。3)將軋制后的坯料在0.7X IO-2 Pa的真空環(huán)境下進(jìn)行熱壓擴(kuò)散連接，熱壓溫度為730°C，壓力3MPa，保溫時(shí)間3.5h，熱壓完成后即得到本發(fā)明的不銹鋼-銀復(fù)合板材。上述實(shí)施例只是為說(shuō)明本發(fā)明所提供的一些選擇方案，而并非是對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在具體操作時(shí)，可參照實(shí)施例在合理范圍內(nèi)進(jìn)行規(guī)格或工藝的調(diào)整，從而達(dá)到所需要的生產(chǎn)或性能要求。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有實(shí)施方式予以窮舉，而這些屬于本發(fā)明技術(shù)方案所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi) 。
權(quán)利要求
1.一種不銹鋼-銀復(fù)合板材，由兩層不銹鋼板和一層銀板組成，其特征在于，該復(fù)合板材包括位于中間的純銀板(I)和與所述純銀板(I)兩側(cè)面連接的不銹鋼板(2)，所述純銀板(I)與不銹鋼板(2)通過(guò)擴(kuò)散連接結(jié)合為一整體，不銹鋼-銀界面為金屬鍵結(jié)合，界面結(jié)合強(qiáng)度彡15MPa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼-銀復(fù)合板材，其特征在于，所述不銹鋼板(2)的材質(zhì)為304、304L、316、316L不銹鋼中的任一種，純銀板(I)的銀純度彡99.9%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的不銹鋼-銀復(fù)合板材，其特征在于，所述不銹鋼板(2)的厚度為0.Γ2.5mm,純銀板(I)的厚度為0.Γ .5mm。
4.一種制備權(quán)利要求1所述不銹鋼-銀復(fù)合板材的方法，其特征在于，該方法的工藝步驟如下: 1)將經(jīng)拋光處理并去除了表面銹層、氧化層及油污的兩塊平整不銹鋼板(2)，以及一塊經(jīng)拋光處理并去除了表面銹層、氧化層及油污的純銀板(1)，按不銹鋼板-純銀板-不銹鋼板的順序疊放組成三明治結(jié)構(gòu)的組合坯料； 2)將所述組合坯料在5X10_2Pa以下的真空環(huán)境中進(jìn)行熱壓擴(kuò)散連接，熱壓溫度為550^8000C，壓力0.5^4MPa,保溫時(shí)間l 6h，熱壓完成后即得到所述的不銹鋼-銀復(fù)合板材。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備不銹鋼-銀復(fù)合板材的方法，其特征在于，所述步驟2)中，在進(jìn)行熱壓擴(kuò)散連接之前，先對(duì)組合坯料進(jìn)行一個(gè)道次的冷軋制加工，軋制壓下量為組合坯料整體厚度的1 0°/Γ15%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種不銹鋼-銀復(fù)合板材及其制備方法。該復(fù)合板材由中間的純銀板和與銀板兩側(cè)連接的不銹鋼板組成，不銹鋼板與銀板通過(guò)擴(kuò)散連接結(jié)合為一整體，不銹鋼-銀界面為金屬鍵結(jié)合，界面結(jié)合強(qiáng)度≥15MPa。制備復(fù)合板材時(shí)，先按不銹鋼-銀-不銹鋼的順序疊放組成三明治結(jié)構(gòu)組合坯料，然后對(duì)組合坯料進(jìn)行熱壓擴(kuò)散連接。本發(fā)明的復(fù)合板材中間銀層具有良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，外層不銹鋼板能夠起到增強(qiáng)加固以及防腐蝕和防磨損等保護(hù)作用，不銹鋼與銀板之間的界面結(jié)合效果良好，利于進(jìn)行后續(xù)加工。該復(fù)合板材制作工藝簡(jiǎn)單、操作方便，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，并且采用真空擴(kuò)散焊方法消除了雜質(zhì)及高溫氧化對(duì)材料性能的不利影響。
文檔編號(hào)B32B15/01GK103213344SQ2013101349
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者白晶, 楊秋蔓, 李林起, 李群, 薛烽, 周健 申請(qǐng)人:東南大學(xué)