本發(fā)明屬于雙金屬?gòu)?fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料的制備方法。

背景技術(shù)：

Al-Cu異種金屬的連接廣泛應(yīng)用于冶金、電力、化工、制冷和航空航天工業(yè)中，目前，主要采用熔鑄法、爆炸焊、攪拌摩擦焊等方法實(shí)現(xiàn)Al-Cu雙金屬的連接。但由于Al、Cu兩種金屬熔點(diǎn)相差424℃，線膨脹系數(shù)相差40％以上，導(dǎo)電率也相差70％以上，而且Al、Cu都是易被氧化的活潑金屬元素，在焊接過(guò)程中，兩種金屬不僅易形成金屬氧化物，還極易在界面處生成CuAl₂，Cu₄Al₉等金屬間化合物，這兩種硬脆相致使兩種金屬連接后的材料結(jié)合強(qiáng)度較低，界面電阻較大，而且使用過(guò)程中易生成裂紋，降低了其使用壽命。為了減少界面處金屬間化合物的生成，提高界面結(jié)合強(qiáng)度以及降低界面電阻，可在Al與Cu的界面處生成固溶體組織代替金屬間化合物，因此，要改變Al與Cu在高溫下的液固擴(kuò)散能力并提高金屬間化合物生成焓。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)制備的Al-Cu復(fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度低，使用過(guò)程中易生成裂紋的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料的制備方法，首先采用感應(yīng)熔煉制備CuZn合金，然后分別對(duì)鋁塊和CuZn合金進(jìn)行預(yù)處理，最后將預(yù)處理后的鋁塊和CuZn合金一起放置于熱壓磨具中進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，得到Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

CuZn合金的制備：將H62黃銅和純銅塊，通過(guò)感應(yīng)熔煉得到CuZn合金，其中H62黃銅和純銅塊的質(zhì)量比為1：3～37。

鋁塊預(yù)處理：將純鋁塊浸泡在濃度為5％氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿洗30～60s，再用酒精清洗。

CuZn合金的預(yù)處理：將CuZn合金采用酒精清洗。

真空熱壓燒結(jié)的具體過(guò)程為：將預(yù)處理的CuZn合金和Al一起放置于熱壓磨具，然后將熱壓模具放入真空熱壓燒結(jié)爐中，對(duì)真空熱壓燒結(jié)爐抽真空，當(dāng)燒結(jié)爐內(nèi)真空度達(dá)到6.67×10^-3Pa～6.67×10^-2Pa后開始加熱燒結(jié)20～40min，加熱溫度到560～660℃后保溫20～90min，加熱過(guò)程中給熱壓模具加壓2～6Mpa，待鋁和CuZn合金完成擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻，獲得高強(qiáng)度Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料的制備方法，通過(guò)向銅中加入Zn元素，改變銅的晶格常數(shù)以及其它性能，降低了純銅與鋁在界面處的液固擴(kuò)散能力，抑制CuAl₂、Cu₄Al₉金屬間化合物的產(chǎn)生，改善Al-CuZn雙金屬材料界面組織；利用鋁與銅在熔點(diǎn)上的差別，保證高溫條件下表面熔化的純鋁通過(guò)擴(kuò)散與固態(tài)CuZn合金形成良好的過(guò)渡界面，實(shí)現(xiàn)鋁和CuZn合金兩者冶金結(jié)合，形成的雙金屬導(dǎo)電材料除了具有鋁和銅各自優(yōu)越性能外，同時(shí)還具有較高的界面強(qiáng)度，其界面剪切強(qiáng)度可達(dá)60Mpa以上。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例3制備Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料界面結(jié)合區(qū)組織。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料的制備方法，首先制備不同鋅含量的CuZn合金，然后再分別對(duì)鋁塊和CuZn合金進(jìn)行預(yù)處理，最后將CuZn合金和鋁塊一起放置于熱壓磨具中進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，得到Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料。

具體步驟為：

步驟1，稱取質(zhì)量比為1：3～37的H62黃銅和純銅塊，將H62黃銅與純銅塊放入石墨坩堝中，然后將坩堝放入感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，對(duì)感應(yīng)熔煉爐抽真空，當(dāng)熔煉爐內(nèi)真空度達(dá)到3.0×10^-3Pa～3.0×10^-2Pa后開始加熱，當(dāng)感應(yīng)電流在20A以下時(shí)，每分鐘電流升高2A；當(dāng)電流超過(guò)20A時(shí)，每分鐘電流升高1A；當(dāng)電流升到28A時(shí)，進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為18min；保溫結(jié)束后，開始降溫，降溫速率控制在2A/min，直至電流降到最低，關(guān)閉電流。然后試樣隨爐冷卻或者取出試樣后水冷，得到CuZn合金；

步驟2，將純鋁浸泡在5％氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿洗30～60s，再用酒精清洗；將步驟1制備的CuZn合金采用酒精清洗；

步驟3，將預(yù)處理的CuZn合金和Al一起放置于熱壓磨具，然后將熱壓模具放入真空熱壓燒結(jié)爐中，對(duì)真空熱壓燒結(jié)爐抽真空，當(dāng)燒結(jié)爐內(nèi)真空度達(dá)到6.67×10^-3Pa～6.67×10^-2Pa后開始加熱燒結(jié)20～40min，加熱溫度到560～660℃后保溫20～90min，加熱過(guò)程中給熱壓模具加壓2～6Mpa，待鋁和CuZn合金完成擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻，獲得高強(qiáng)度Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料。

本發(fā)明在制備Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料時(shí)，Zn元素的加入，改變了純銅的晶格常數(shù)，降低了純銅與鋁的液固擴(kuò)散能力，抑制CuAl₂、Cu₄Al₉金屬間化合物的產(chǎn)生，改善Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料界面組織，實(shí)現(xiàn)Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料高強(qiáng)度冶金結(jié)合。

本發(fā)明Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料的制備方法，結(jié)合界面組織均勻，同時(shí)還具有較高的界面強(qiáng)度，其界面剪切強(qiáng)度最高可達(dá)60Mpa以上，其制備工藝簡(jiǎn)單可靠，綠色環(huán)保。

實(shí)施例1

稱取質(zhì)量比為1:37的H62黃銅和T2純銅，將H62黃銅與純銅塊放入石墨坩堝中，然后將坩堝放入感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，對(duì)感應(yīng)熔煉爐抽真空，當(dāng)熔煉爐內(nèi)真空度達(dá)到3.0×10^-3Pa后開始加熱，當(dāng)感應(yīng)電流在20A以下時(shí)，每分鐘電流升高2A；當(dāng)電流超過(guò)20A時(shí)，每分鐘電流升高1A；當(dāng)電流升到28A時(shí)，進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為18min；保溫結(jié)束后，開始降溫，降溫速率控制在2A/min，直至電流降到最低，關(guān)閉電流。然后試樣隨爐冷卻或者取出試樣后水冷，得到Zn含量為1％的CuZn合金。

制備Al-CuZn雙金屬導(dǎo)電材料，將純鋁加工成尺寸為Φ30mm×20mm圓柱體，同時(shí)，準(zhǔn)備尺寸大小為Φ30mm×30mm的CuZn合金；

將純鋁浸泡在5％氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿洗30s，再用酒精清洗；同時(shí)，將制備的CuZn合金采用酒精清洗后保存?zhèn)溆茫?/p>

將純鋁、CuZn合金放置于HVRY-2型高真空高溫?zé)釅簾Y(jié)爐內(nèi)的熱壓模具中，為了防止界面上出現(xiàn)氧化物，首先對(duì)HVRY-2型高真空高溫?zé)釅簾Y(jié)爐抽真空，當(dāng)真空熱壓爐內(nèi)真空度達(dá)到6.67×10^-2Pa后，加熱25min，溫度到600℃后保溫30min，加熱過(guò)程中給熱壓模具加壓3Mpa，待Al與CuZn合金完成擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻，即可獲得較高強(qiáng)度Al-CuZn雙金屬材料，界面剪切強(qiáng)度可達(dá)53MPa，且界面平整，沒(méi)有其他缺陷存在，達(dá)到了良好的連接。

實(shí)施例2

稱取質(zhì)量比為1:24的H62黃銅和純銅塊，將H62黃銅與純銅塊放入石墨坩堝中，然后將坩堝放入感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，對(duì)感應(yīng)熔煉爐抽真空，當(dāng)熔煉爐內(nèi)真空度達(dá)到3.0×10^-3Pa后開始加熱，當(dāng)感應(yīng)電流在20A以下時(shí)，每分鐘電流升高2A；當(dāng)電流超過(guò)20A時(shí)，每分鐘電流升高1A；當(dāng)電流升到28A時(shí)，進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為18min；保溫結(jié)束后，開始降溫，降溫速率控制在2A/min，直至電流降到最低，關(guān)閉電流。然后試樣隨爐冷卻或者取出試樣后水冷，得到Zn含量為1.5％的CuZn合金。

制備Al-CuZn1.5雙金屬導(dǎo)電材料，將純鋁加工成尺寸為Φ30mm×20mm圓柱體，同時(shí)，準(zhǔn)備尺寸大小為Φ30mm×30mm的CuZn1.5合金；

將純鋁浸泡在5％氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿洗35s，再用酒精清洗；同時(shí)，將制備的CuZn1.5合金采用酒精清洗后保存?zhèn)溆茫?/p>

將純鋁、CuZn1.5合金放置于HVRY-2型高真空高溫?zé)釅簾Y(jié)爐內(nèi)的熱壓模具中，為了防止界面上出現(xiàn)氧化物，首先對(duì)HVRY-2型高真空高溫?zé)釅簾Y(jié)爐抽真空，當(dāng)真空熱壓爐內(nèi)真空度達(dá)到5.0×10^-2Pa后，加熱20min，溫度到610℃后保溫35min，加熱過(guò)程中給熱壓模具加壓3.5Mpa，待Al和CuZn1.5完成擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻，即可獲得高強(qiáng)度Al-CuZn1.5雙金屬材料，界面剪切強(qiáng)度可達(dá)60MPa。

實(shí)施例3

稱取質(zhì)量比為1:11的H62黃銅和純銅塊，將H62黃銅與純銅塊放入石墨坩堝中，然后將坩堝放入感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，對(duì)感應(yīng)熔煉爐抽真空，當(dāng)熔煉爐內(nèi)真空度達(dá)到3.0×10^-3Pa后開始加熱，當(dāng)感應(yīng)電流在20A以下時(shí)，每分鐘電流升高2A；當(dāng)電流超過(guò)20A時(shí)，每分鐘電流升高1A；當(dāng)電流升到28A時(shí)，進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為18min；保溫結(jié)束后，開始降溫，降溫速率控制在2A/min，直至電流降到最低，關(guān)閉電流。然后試樣隨爐冷卻或者取出試樣后水冷，得到Zn含量為3％的CuZn合金。

制備Al-CuZn3雙金屬導(dǎo)電材料，將純鋁加工成尺寸為Φ30mm×20mm圓柱體，同時(shí)，準(zhǔn)備尺寸大小為Φ30mm×30mm的CuZn3合金；

將純鋁浸泡在5％氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿洗30s，再用酒精清洗；同時(shí)，將制備的CuZn3合金采用酒精清洗后保存?zhèn)溆茫?/p>

將純鋁、CuZn3合金放置于HVRY-2型高真空高溫?zé)釅簾Y(jié)爐內(nèi)的熱壓模具中，為了防止界面上出現(xiàn)氧化物，首先對(duì)HVRY-2型高真空高溫?zé)釅簾Y(jié)爐抽真空，當(dāng)真空熱壓爐內(nèi)真空度達(dá)到4.0×10^-2Pa后，加熱35min，溫度到560℃后保溫90min，加熱過(guò)程中給熱壓模具加壓2Mpa，待Al和CuZn3完成擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻，即可獲得高強(qiáng)度Al-CuZn3雙金屬材料，界面剪切強(qiáng)度可達(dá)65MPa，且界面平整，沒(méi)有其他缺陷存在，達(dá)到了良好的連接。

圖1為本實(shí)施例制備的Al-CuZn3雙金屬導(dǎo)電材料的結(jié)合界面組織，在圖1左側(cè)為純鋁(Al)，右側(cè)為CuZn3合金，中間層狀結(jié)構(gòu)為界面過(guò)渡層與兩側(cè)的純鋁和純銅緊密結(jié)合，且界面平整，沒(méi)有其他缺陷存在，達(dá)到了優(yōu)良的連接。

實(shí)施例4

稱取質(zhì)量比為1:5的H62黃銅和純銅塊，將H62黃銅與純銅塊放入石墨坩堝中，然后將坩堝放入感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，對(duì)感應(yīng)熔煉爐抽真空，當(dāng)熔煉爐內(nèi)真空度達(dá)到3.0×10^-3Pa后開始加熱，當(dāng)感應(yīng)電流在20A以下時(shí)，每分鐘電流升高2A；當(dāng)電流超過(guò)20A時(shí)，每分鐘電流升高1A；當(dāng)電流升到28A時(shí)，進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為18min；保溫結(jié)束后，開始降溫，降溫速率控制在2A/min，直至電流降到最低，關(guān)閉電流。然后試樣隨爐冷卻或者取出試樣后水冷，得到Zn含量為6％的CuZn合金。

制備Al-CuZn6雙金屬導(dǎo)電材料，將純鋁加工成尺寸為Φ30mm×20mm圓柱體，同時(shí)，準(zhǔn)備尺寸大小為Φ30mm×30mm的CuZn6合金；

將純鋁浸泡在5％氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿洗45s，再用酒精清洗；同時(shí)，將制備的CuZn6合金采用酒精清洗后保存?zhèn)溆茫?/p>

將純鋁、CuZn6合金放置于HVRY-2型高真空高溫?zé)釅簾Y(jié)爐內(nèi)的熱壓模具中，為了防止界面上出現(xiàn)氧化物，首先對(duì)HVRY-2型高真空高溫?zé)釅簾Y(jié)爐抽真空，當(dāng)真空熱壓爐內(nèi)真空度達(dá)到3.0×10^-2Pa后，加熱40min，溫度到640℃后保溫60min，加熱過(guò)程中給熱壓模具加壓6Mpa，待Al和CuZn6完成擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻，即可獲得高強(qiáng)度Al-CuZn6雙金屬材料，界面剪切強(qiáng)度可達(dá)67MPa，且界面平整，沒(méi)有其他缺陷存在，達(dá)到了良好的連接。

實(shí)施例5

稱取質(zhì)量比為1:3的H62黃銅和純銅塊，將H62黃銅與純銅塊放入石墨坩堝中，然后將坩堝放入感應(yīng)熔煉爐內(nèi)，對(duì)感應(yīng)熔煉爐抽真空，當(dāng)熔煉爐內(nèi)真空度達(dá)到3.0×10^-2Pa后開始加熱，當(dāng)感應(yīng)電流在20A以下時(shí)，每分鐘電流升高2A；當(dāng)電流超過(guò)20A時(shí)，每分鐘電流升高1A；當(dāng)電流升到28A時(shí)，進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為18min；保溫結(jié)束后，開始降溫，降溫速率控制在2A/min，直至電流降到最低，關(guān)閉電流。然后試樣隨爐冷卻或者取出試樣后水冷，得到Zn含量為9％的CuZn合金。

制備Al-CuZn9雙金屬導(dǎo)電材料，將純鋁加工成尺寸為Φ30mm×20mm圓柱體，同時(shí)，準(zhǔn)備尺寸大小為Φ30mm×30mm的CuZn9合金；

將純鋁浸泡在5％氫氧化鈉溶液中進(jìn)行堿洗50s，再用酒精清洗；同時(shí)，將制備的CuZn9合金采用酒精清洗后保存?zhèn)溆茫?/p>

將純鋁、CuZn9合金放置于HVRY-2型高真空高溫?zé)釅簾Y(jié)爐內(nèi)的熱壓模具中，為了防止界面上出現(xiàn)氧化物，首先對(duì)HVRY-2型高真空高溫?zé)釅簾Y(jié)爐抽真空，當(dāng)真空熱壓爐內(nèi)真空度達(dá)到6.67×10^-3Pa后，加熱30min，溫度到660℃后保溫20min，加熱過(guò)程中給熱壓模具加壓5Mpa，待Al-CuZn9完成擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻，即可獲得高強(qiáng)度Al-CuZn9雙金屬材料，界面剪切強(qiáng)度可達(dá)70MPa，且界面平整，沒(méi)有其他缺陷存在，達(dá)到了良好的連接。