專利名稱：一種貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件短流程制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬層狀復(fù)合材料零部件制備領(lǐng)域，特別是提供了一種貴/廉金屬層
狀復(fù)合材料零部件短流程制備方法。
背景技術(shù)：
貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件(如滑環(huán)、換向片、觸頭等)由于充分結(jié)合了貴金 屬(如金、銀及其合金)優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、化學(xué)穩(wěn)定性等特點以及廉金屬(如銅及其合金) 力學(xué)性能好、資源豐富、材料成本低等特性，不但保證了零部件優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗 氧化、抗腐蝕等性能，提高了零件的整體強度，而且顯著減少了貴金屬用量，大幅度降低了 零部件生產(chǎn)成本，在高端微型精密儀器、微型電控儀表、無線電元件以及半導(dǎo)體器件等方面 應(yīng)用廣泛。 目前已經(jīng)公開報道的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件的制備方法一般是采用軋 制+擴散退火、電鍍+退火+軋制、爆炸復(fù)合+熱處理+軋制、滾焊復(fù)合+軋制+退火等 工藝成形貴/廉金屬層狀復(fù)合板材[陳燕俊.貴金屬層疊復(fù)合材料的制備工藝與界面研 究.浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2001 ;余前春，等.微異型接點帶制備方法的研究現(xiàn)狀.貴金 屬，2005，26(2) :72-74]，然后機加工制備貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件。但是，這些制備 方法都明顯地存在著一些不足(l)工藝較為復(fù)雜，周期長；(2)復(fù)合材料界面狀態(tài)的一致 性和均勻性較差，結(jié)合強度低；(3)需要采用機加工將復(fù)合材料加工成零部件，貴金屬浪費 嚴(yán)重，生產(chǎn)成本高。 瞬時液相擴散焊也稱接觸反應(yīng)釬焊或者擴散釬焊，如果生成低熔點的共晶體，也 稱為共晶反應(yīng)釬焊，是一種新型的焊接技術(shù)。瞬時液相擴散焊的重要特征是利用在某一溫 度下待焊異種金屬之間發(fā)生共晶反應(yīng)，形成一層極薄的液相薄膜，此薄膜潤濕并填充整個 界面間隙，隨后在保溫過程中通過液相和固相之間的擴散而逐漸凝固形成界面結(jié)合層。瞬 時液相擴散焊特別適用于異種金屬材料、耐熱合金和新材料(如陶瓷、復(fù)合材料、金屬間化 合物等材料)的焊接，具有對待焊表面質(zhì)量要求不高、焊接溫度低、時間短、精度高、殘余應(yīng) 力小、界面結(jié)合強度高、沒有明顯的界面和焊接殘留物等優(yōu)點。 因此，充分利用瞬時液相擴散焊技術(shù)的優(yōu)點，在此基礎(chǔ)上發(fā)展一種貴/廉金屬層 狀復(fù)合材料制備新技術(shù)，克服傳統(tǒng)貴/廉金屬層狀復(fù)合材料制備工藝的不足，并與后續(xù)能 精確控制產(chǎn)品形狀尺寸的精密模鍛技術(shù)相結(jié)合，短流程高效成形高質(zhì)量貴/廉金屬層狀復(fù) 合材料零部件，特別是小型或變截面貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件，具有十分重要的意 義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件短流程制備方法。采 用廉金屬為基體，貴金屬為覆層材料，借助貴金屬和廉金屬中的某些金屬元素在一定溫度 下發(fā)生反應(yīng)生成低熔點的共晶組織，形成結(jié)合強度高的界面過渡層，高效制備形狀尺寸精確控制的高質(zhì)量貴/廉金屬層狀復(fù)合坯料，并且無需進行退火處理，即可直接與后續(xù)精密 模鍛技術(shù)相結(jié)合，近終成形貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件，以便解決目前貴/廉金屬層狀 復(fù)合材料零部件制備中工藝復(fù)雜、周期長、貴金屬浪費嚴(yán)重、產(chǎn)品的界面狀態(tài)一致性和均勻 性較差、界面結(jié)合強度低、生產(chǎn)成本高等問題。 —種高性能貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件短流程制備方法，制備工藝步驟如 下 (i)根據(jù)i : i i : ioo的層厚比要求，機加工分別制備所需尺寸的貴金屬板坯
和廉金屬板坯； (2)采用機械或化學(xué)方法對上述板坯待焊表面進行處理，去除表面油污、氧化層及 其它雜質(zhì)； (3)將貴金屬板坯和廉金屬板坯疊在一起，用定位夾具對齊，然后用夾持夾具壓緊 貴/廉金屬疊合板坯，放入真空爐中，抽真空后，充入還原性氣體或惰性氣體保護，其中真 空度0. 1 100Pa ; (4)對貴/廉金屬疊合板坯進行瞬時液相擴散焊，加熱溫度為750 900°C ，保溫 時間為5 15min ; (5)隨爐降溫至450 70(TC后，取出水淬，得到高質(zhì)量的貴/廉金屬層狀復(fù)合材 料； (6)將干燥后的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料放入模具中，進行精密模鍛成形，最終制 備得到界面平直、結(jié)合強度高的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件。 本發(fā)明所述的貴金屬為純銀、金銀合金、銀合金；所述的廉金屬為純銅、銅合金。
本發(fā)明提供的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件短流程制備工藝的優(yōu)點在于
(1)貴/廉金屬層狀復(fù)合材料的界面平直，結(jié)合強度高； (2)在從坯料到成品的整個制備過程中無需對貴金屬進行機加工，貴金屬利用率 高； (3)可以高效制備形狀比較復(fù)雜的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件，流程和周期 短； (4)通過改變模具形狀可以成形多種形狀的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件，適 用范圍廣； (5)特別適用于制備小型或變截面貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行具體描述，有必要在此指出的是本實施例只用于對 本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可 以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整。
實施例1 : 尺寸為15X 1. 2X2. 5mm的純銀/純銅層狀復(fù)合材料零部件的制備。 (1)機加工分別制備10. 7 X 1. 2 X 0. 5mm的純銀板坯和10. 7 X 1. 2 X 3mm的純銅板
坯； (2)用砂紙對上述板坯待焊表面進行處理，去除表面油污、氧化層及其它雜質(zhì)；
/純銅f
15min ;
(3) 將純銀板坯和純銅板坯疊在一起，用定位夾具對齊，然后用夾持夾具壓緊純銀t合板坯，放入真空爐中，抽真空后，充入氬氣保護，其中真空度0. 1Pa ;
(4) 對純銀/純銅疊合板坯進行瞬時液相擴散焊，加熱溫度為75(TC，保溫時間為
(5) 隨爐降溫至78(TC后，取出水淬，得到高質(zhì)量的純銀/純銅層狀復(fù)合材料；
(6) 將自然風(fēng)干后的純銀/純銅層狀復(fù)合材料放入模具中，進行精密模鍛成形，最終制備得到界面平直、結(jié)合強度高的15 X 1. 2X2. 5mm純銀/純銅層狀復(fù)合材料零部件。
實施例2 : 尺寸為20X3X 1. 5mm的純銀/純銅層狀復(fù)合材料零部件的制備。 (1)機加工分別制備12. 5 X 3 X 0. 4mm的純銀板坯和12. 5 X 3 X 2mm的純銅板坯； (2)用砂紙對上述板坯待焊表面進行處理，去除表面油污、氧化層及其它雜質(zhì)； (3)將純銀板坯和純銅板坯疊在一起，用定位夾具對齊，然后用夾持夾具壓緊純銀
/純銅疊合板坯，放入真空爐中，抽真空后，充入氬氣保護，其中真空度10Pa ; (4)對純銀/純銅疊合板坯進行瞬時液相擴散焊，加熱溫度為770°C ，保溫時間為
10min j (5)隨爐降溫至60(TC后，取出水淬，得到高質(zhì)量的純銀/純銅層狀復(fù)合材料；
(6)將自然風(fēng)干后的純銀/純銅層狀復(fù)合材料放入模具中，進行精密模鍛成形，最終制備得到界面平直、結(jié)合強度高的20X3X 1. 5mm純銀/純銅層狀復(fù)合材料零部件。
實施例3 : 由尺寸為21X1. 2X2mm、10. 5 X 3 X 2mm的兩段構(gòu)成的純銀/純銅層狀復(fù)合材料零部件的制備。 (1)機加工分別制備由尺寸為14X1. 2X0. 5mm、7X3X0.5mm的兩段構(gòu)成的純銀
板坯和由尺寸為14X1.2X2. 5mm、7X3X2. 5mm的兩段構(gòu)成的純銅板坯； (2)用砂紙對上述板坯待焊表面進行處理，去除表面油污、氧化層及其它雜質(zhì)； (3)將純銀板坯和純銅板坯疊在一起，用定位夾具對齊，然后用夾持夾具壓緊純銀
/純銅疊合板坯，放入真空爐中，抽真空后，充入氬氣保護，其中真空度100Pa ; (4)對純銀/純銅疊合板坯進行瞬時液相擴散焊，加熱溫度為790°C ，保溫時間為
5min ; (5)隨爐降溫至45(TC后，取出水淬，得到高質(zhì)量的純銀/純銅層狀復(fù)合材料；
(6)將自然風(fēng)干后的純銀/純銅層狀復(fù)合材料放入模具中，進行精密模鍛成形，最終制備得到界面平直、結(jié)合強度高的由尺寸為21X1. 2X2mm、10. 5X3X2mm的兩段構(gòu)成的純銀/純銅層狀復(fù)合材料零部件。
實施例4 : 尺寸為15 X 1. 2X2. 5mm的AuAglO合金/純銅層狀復(fù)合材料零部件的制備。
(1)機加工分別制備10. 7 X 1. 2 X 0. 5mm的AuAglO合金板坯和10. 7 X 1. 2 X 3mm的純銅板坯； (2)用丙酮和酒精對AuAglO合金板坯待焊表面進行處理，用砂紙對純銅板坯待焊表面進行處理，去除表面油污、氧化層及其它雜質(zhì)； (3)將AuAglO合金板坯和純銅板坯疊在一起，用定位夾具對齊，然后用夾持夾具壓緊AuAglO合金/純銅疊合板坯，放入真空爐中，抽真空后，充入氬氣保護，其中真空度0. 1Pa ; (4)對AuAglO合金/純銅疊合板坯進行瞬時液相擴散焊，加熱溫度為850°C ，保溫時間為15min ; (5)隨爐降溫至65(TC后，取出水淬，得到高質(zhì)量的AuAglO合金/純銅層狀復(fù)合材料； (6)將自然風(fēng)干后的AuAglO合金/純銅層狀復(fù)合材料放入模具中，進行精密模鍛成形，最終制備得到界面平直、結(jié)合強度高的15X1. 2X2. 5mm AuAglO合金/純銅層狀復(fù)合
材料零部件。
實施例5 :尺寸為20X3X 1. 5mm的AuAglO合金/純銅層狀復(fù)合材料零部件的制備。 (1)機加工分別制備12. 5 X 3 X 0. 4mm的AuAglO合金板坯和12. 5 X 3 X 2mm的純銅
板坯； (2)用砂紙對AuAglO合金板坯待焊表面進行處理，用硝酸對純銅板坯待焊表面進行處理，去除表面油污、氧化層及其它雜質(zhì)； (3)將AuAglO合金板坯和純銅板坯疊在一起，用定位夾具對齊，然后用夾持夾具壓緊AuAglO合金/純銅疊合板坯，放入真空爐中，抽真空后，充入氬氣保護，其中真空度lOPa ; (4)對AuAglO合金/純銅疊合板坯進行瞬時液相擴散焊，加熱溫度為870°C ，保溫時間為12min ; (5)隨爐降溫至55(TC后，取出水淬，得到高質(zhì)量的AuAglO合金/純銅層狀復(fù)合材料； (6)將自然風(fēng)干后的AuAglO合金/純銅層狀復(fù)合材料放入模具中，進行精密模鍛成形，最終制備得到界面平直、結(jié)合強度高的20 X 3 X 1. 5mmAuAg10合金/純銅層狀復(fù)合材
料零部件。 實施例6 : 由尺寸為14X1.2X2. 5mm、 10X3.4X2. 5mm的兩段構(gòu)成的AuAglO合金/純銅層狀復(fù)合材料零部件的制備。 (1)機加工分別制備由尺寸為8. 75X1. 2X0. 8mm、6. 25X3. 4X0. 8mm的兩段構(gòu)成的AuAglO合金板坯和由尺寸為8. 75X1. 2X3. 2mm、6. 25X3. 4X3. 2mm的兩段構(gòu)成的純銅板坯； (2)用丙酮和酒精對AuAglO合金板坯待焊表面進行處理，用硝酸對純銅板坯待焊表面進行處理，去除表面油污、氧化層及其它雜質(zhì)； (3)將AuAglO合金板坯和純銅板坯疊在一起，用定位夾具對齊，然后用夾持夾具壓緊AuAglO合金/純銅疊合板坯，放入真空爐中，抽真空后，充入氬氣保護，其中真空度lOOPa ; (4)對AuAglO合金/純銅疊合板坯進行瞬時液相擴散焊，加熱溫度為900°C ，保溫時間為lOmin ; (5)隨爐降溫至70(TC后，取出水淬，得到高質(zhì)量的AuAglO合金/純銅層狀復(fù)合材料； (6)將自然風(fēng)干后的AuAglO合金/純銅層狀復(fù)合材料放入模具中，進行精密模鍛成形，最終制備得到界面平直、結(jié)合強度高的由尺寸為14X1. 2X2. 5mm、10X3. 4X2. 5mm的兩段構(gòu)成的AuAglO合金/純銅層狀復(fù)合材料零部件。
權(quán)利要求
一種高性能貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件短流程制備方法，其特征在于制備工藝步驟如下(1)根據(jù)1∶1～1∶100的層厚比要求，機加工分別制備所需尺寸的貴金屬板坯和廉金屬板坯；(2)采用機械或化學(xué)方法對上述板坯待焊表面進行處理，去除表面油污、氧化層及其它雜質(zhì)；(3)將貴金屬板坯和廉金屬板坯疊在一起，用定位夾具對齊，然后用夾持夾具壓緊貴/廉金屬疊合板坯，放入真空爐中，抽真空后，充入還原性氣體或惰性氣體保護，其中真空度0.1～100Pa；(4)對貴/廉金屬疊合板坯進行瞬時液相擴散焊，加熱溫度為750～900℃，保溫時間為5～15min；(5)隨爐降溫至450～700℃后，取出水淬，得到高質(zhì)量的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料；(6)將干燥后的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料放入模具中，進行精密模鍛成形，最終制備得到界面平直、結(jié)合強度高的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件；所述的貴金屬為純銀、金銀合金、銀合金；所述的廉金屬為純銅、銅合金。
全文摘要
一種貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件短流程制備方法，屬于金屬層狀復(fù)合材料零部件制備領(lǐng)域。工藝步驟為1)機加工分別制備所需尺寸的貴金屬板坯和廉金屬板坯；2)采用機械或化學(xué)方法對板坯待焊表面進行處理，去除油污、氧化層及其它雜質(zhì)；3)將貴金屬板坯和廉金屬板坯疊在一起、對齊，然后壓緊貴/廉金屬疊合板坯，放入真空爐中，抽真空后，充入還原性氣體或惰性氣體；4)對貴/廉金屬疊合板坯進行瞬時液相擴散焊，加熱溫度為750～900℃，保溫時間為5～15min；5)隨爐降溫至450～700℃后，取出水淬，得到高質(zhì)量的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料；6)將貴/廉金屬層狀復(fù)合材料放入模具中，進行精密模鍛成形。本發(fā)明材料界面平直、結(jié)合強度高，貴金屬利用率高；生產(chǎn)流程和周期短、適用范圍廣。
文檔編號B23K20/00GK101704181SQ20091023726
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者劉雪峰, 王璞, 謝建新, 高小麗 申請人:北京科技大學(xué)