專利名稱：一種生產(chǎn)銅包鋁排的擠壓軋制復(fù)合法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅包鋁排的生產(chǎn)方法，這種銅包鋁排是一類用于導(dǎo)通大電流， 特別是用于多相電源連接的金屬復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
目前，銅包鋁排是一種新型雙金屬復(fù)合材料，經(jīng)濟適用、綠色環(huán)保、節(jié)約銅資 源，是替代現(xiàn)有銅排的理想材料，應(yīng)用前景十分廣闊，目前市場年需求量約在10~12 萬噸左右，隨著我國逐漸成為世界電子、日用消費品和電器產(chǎn)品制造業(yè)中心，國內(nèi) 市場對銅包鋁排的需求還將繼續(xù)增長，預(yù)計在五年之內(nèi)有可能達到15~20萬噸。該 產(chǎn)品采用獨特工藝技術(shù)制造，具有良好的力學(xué)和電學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于電力，通訊 等備用電源組合蓄電池的連接線排，母線槽，變壓器繞組，高、低壓開關(guān)柜，高、 中頻加熱設(shè)備，變電室進戶連接線排，起重機滑觸線，變壓器等行業(yè)。
目前生產(chǎn)銅包鋁型材的方法有以下幾種①較早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的方法是鋁 線鍍銅法，它是在鋁芯線表面電鍍銅層以獲得銅包鋁線的方法。這種方法較為簡便， 但是鍍層的成分不純、脆性大，并且鍍銅層與鋁芯線往往不同心，難以滿足同軸電 纜的使用要求，目前此方法已經(jīng)被淘汰。②軋制壓接法。將經(jīng)過清洗并加熱的兩 條銅帶從上下兩個方向包覆鋁芯線，利用軋輥施加的壓力將銅帶與鋁芯線壓接在一 起，然后將銅帶接縫的兩個凸耳切除形成線坯。將線坯進行拉拔獲得所需要直徑的 線材，再通過熱處理賦予線材所需性能。這種方法具有產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高及 環(huán)保等優(yōu)點，但是工藝比較復(fù)雜，涉及的工序比較多，軋壓設(shè)備投資大，因而生產(chǎn) 成本較高。國外大多采用縱包軋制法。③目前使用最多的是包覆焊接法，其工藝 原理是采用包覆焊接裝置，將經(jīng)過清洗的銅帶逐步形成圓管狀，包覆在清洗過的鋁 芯線周圍。采用氬弧焊將銅管的縱縫焊接起來形成線坯。然后通過拉拔和熱處理獲 得所需的線材直徑和性能。這種工藝模式相對較為簡單，設(shè)備不太復(fù)雜，所生產(chǎn)的 銅包鋁線質(zhì)量較好，為目前國內(nèi)主要的生產(chǎn)方法。④另外一種工藝方法為靜液擠 壓法，它是一種特殊的潤滑擠壓工藝，制備銅包鋁線材的基本原理是將大直徑紫銅 管坯和純鋁棒坯制成的復(fù)合坯料經(jīng)過靜液擠壓獲得線坯，利用高靜水壓力，和大加 工變形率作用實現(xiàn)銅、鋁之間的冶金結(jié)合。其工藝特點是在擠壓過程中，坯料周 圍充滿粘性介質(zhì)，壓力通過介質(zhì)作用在坯料上，坯料受到均勻的等靜水壓力，在擠 壓過程中沒有鐓粗變形，與擠壓軸、擠壓筒沒有接觸，變形區(qū)與擠壓模之間的摩擦控制在最小范圍內(nèi)，因此從表層到芯部都能夠保持較均勻變形。⑤液態(tài)鋁澆鑄法。 將包覆材料銅預(yù)制成壁厚均勻的銅管，然后對銅管內(nèi)部進行清洗，去除其表面的油 污及氧化層；之后在銅管內(nèi)壁鍍覆一層保護層；對銅管進行預(yù)處理，將其加熱至 500~700°C;在惰性氣體保護下，向銅管內(nèi)澆鑄芯部材料鋁的熔融金屬，澆注溫度 為鋁的熔點溫度，再將上述銅包鋁材經(jīng)過軋制、拉拔處理形成銅包鋁排。
綜上所述，銅包鋁型材的制備工藝基本上采用固相結(jié)合法，即通過塑性變形使 兩種金屬結(jié)合面接近到原子間距離，形成大量的結(jié)合點，經(jīng)過熱擴散處理，最終形 成界面的牢固結(jié)合。銅包鋁型材成型的核心要求是保證金屬間可靠的結(jié)合。以上各 種工藝方法存在的問題在于對坯料的清潔度要求很高，由線坯到成品總加工率較 低且需要多次退火，由于銅和鋁之間較大的力學(xué)性能差異，很容易導(dǎo)致小加工率拉 拔加工過程中產(chǎn)生界面局部開裂、包覆層與芯材的斷裂等缺陷，造成成品率和電導(dǎo) 率降低。而澆鑄液態(tài)金屬容易產(chǎn)生氣孔，疏松及成份不均，晶粒粗大，熱應(yīng)力等缺 陷。而本專利所述的銅包鋁制備工藝，克服了以上工藝的缺點，不但總加工率高， 且無需中間退火，極大的改善了加工過程中銅鋁界面局部開裂及包覆層與芯材斷裂 的情況；同時，因為是固相結(jié)合，也不存在固-液結(jié)合法所存在的缺陷，其成品率 及電導(dǎo)率都較高。所以，本方法不但工藝流程短，生產(chǎn)效率高，還可以節(jié)約有限資 源，降低成本。這不僅有利于銅包鋁復(fù)合材料生產(chǎn)行業(yè)的技術(shù)進步及相關(guān)產(chǎn)品的升 級換代，而且對于我國經(jīng)濟發(fā)展和社會進步也有著重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工藝簡單，操作方便的生產(chǎn) 銅包鋁排的擠壓軋制復(fù)合法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種生產(chǎn)銅包鋁排的擠壓軋制復(fù)合法，該方法包括如下步驟
第一步驟，選擇壁厚均勻的銅管及與銅管內(nèi)壁相過渡配合的鋁棒，將銅管內(nèi)表 面及鋁棒外表面清洗干凈，去除油污及氧化層；
第二步驟，將鋁棒壓入銅管內(nèi)形成復(fù)合坯料，兩端封堵嚴密，然后將復(fù)合坯料 加熱至400~540°C，保溫30 60分鐘，將擠壓模預(yù)熱至300°C ，保溫30分鐘，之后 通過臥式擠壓機擠壓出銅包鋁排半成品；
第三步驟，將上述半成品加熱至300~540°C，保溫30~60分鐘，然后進行1~2 道次的熱軋，及1 3道次的冷軋，軋制道次加工率控制在20~60%;
第四步驟，將第三步驟中制備出的銅包鋁排進行矯直、酸洗；
第五步驟，在一個大氣壓的氮氣保護下，對第四步驟中制備出的銅包鋁排進行擴散處理，溫度為200~550°C，保溫1 3小時；
第六步驟，將第五步驟中制備出的銅包鋁排拉制成最終產(chǎn)品。以達到銅包鋁排 的尺寸精度及使用強度要求。
本發(fā)明的優(yōu)點是我國銅資源緊缺，而鋁資源比較豐富，以鋁代替銅，開發(fā)銅
鋁復(fù)合材料及其制備加工技術(shù)與工藝，是節(jié)約銅資源、降低生產(chǎn)成本的重要途徑。 國內(nèi)外已有多家公司開始開發(fā)銅包鋁排的制備加工技術(shù)，但是都存在一定的問題， 而本發(fā)明的生產(chǎn)銅包鋁排的擠壓軋制復(fù)合法不但工藝流程短，生產(chǎn)效率高，還可以 節(jié)約有限資源，降低成本。這不僅有利于銅包鋁復(fù)合材料生產(chǎn)行業(yè)的技術(shù)進步及相 關(guān)產(chǎn)品的升級換代，而且對于我國經(jīng)濟發(fā)展和社會進步也有著重要的意義。


圖1為本發(fā)明的擠壓軋制復(fù)合法所制成的銅包鋁排成品示意圖。
具體實施例方式
實施例1:①選擇壁厚均勻的銅管及與銅管內(nèi)壁尺寸相過渡配合的鋁棒，然后用 15wt^ 30wt^的硫酸溶液浸泡銅管和鋁棒，經(jīng)一段時間浸泡后，用清水沖洗，擦干 后用鋼刷刷洗銅管內(nèi)壁和鋁棒外壁，去除其表面雜質(zhì)和氧化層。②將上述鋁棒壓入 銅管內(nèi)，兩端用銅管的端部封堵嚴密，制成復(fù)合坯料；之后將復(fù)合坯料加熱至300 °C，保溫60分鐘，將擠壓模預(yù)熱至30(TC，保溫30分鐘，然后擠壓成銅包鋁排。③ 將上述復(fù)合坯料加熱至540°C，保溫30分鐘，軋輥預(yù)熱至300'C，保溫30分鐘，進 行軋制。首先進行兩道次的熱軋，待復(fù)合坯料自然冷卻后再進行一道次的冷軋，道 次加工率控制在20%~60%之間。④對將上述半成品進行矯直和酸洗，使其基本達到 成品的尺寸要求。⑤在一個大氣壓的氮氣保護下，經(jīng)20(TC， 3小時的熱擴散處理， 使銅鋁間形成緊密的冶金結(jié)合層。⑥拉制成符合尺寸及使用要求的銅包鋁排。所制 成的銅包鋁排成品示意圖如圖1所示，在圖1中，銅包鋁排的外層為銅層1，內(nèi)層為 鋁芯2，銅層1包覆鋁芯2。
實施例2: Q選擇壁厚均勻的銅管及與銅管內(nèi)壁尺寸相過渡配合的鋁棒，然后用 15wt^ 30wtX的硫酸溶液浸泡銅管和鋁棒，經(jīng)一段浸泡時間后，用清水沖洗，擦干 后用鋼刷刷洗銅管內(nèi)壁和鋁棒外壁，去除其表面雜質(zhì)和氧化層。②將上述鋁棒壓入 銅管內(nèi)，兩端用銅管的端部封堵嚴密，制成復(fù)合坯料；之后將復(fù)合坯料加熱至480 'C，保溫50分鐘，將擠壓模預(yù)熱至300'C，保溫30分鐘，然后擠壓成銅包鋁排。③ 將上述復(fù)合坯料加熱至40(TC，保溫40分鐘，軋輥預(yù)熱至300'C，保溫30分鐘，進 行軋制。首先進行兩道次的熱軋，待復(fù)合坯料自然冷卻后再進行一道次的冷軋，道次加工率控制在20%~60%之間。④對將上述半成品進行矯直和酸洗，使其基本達到 成品的尺寸要求。⑤在一個大氣壓的氮氣保護下，經(jīng)40(TC， 2小時的熱擴散處理， 使銅鋁間形成緊密的冶金結(jié)合層。⑥拉制成符合尺寸及使用要求的銅包鋁排。所制 成的銅包鋁排成品示意圖如圖1所示，在圖1中，銅包鋁排的外層為銅層1，內(nèi)層為 鋁芯2，銅層1包覆鋁芯2。
實施例3:①選擇壁厚均勻的銅管及與銅管內(nèi)壁尺寸相過渡配合的鋁棒，然后用 15wtX 30wt^的硫酸溶液浸泡銅管和鋁棒，經(jīng)一段時間浸泡后，用清水沖洗，擦干 后用鋼刷刷洗銅管內(nèi)壁和鋁棒外壁，去除其表面雜質(zhì)和氧化層。②將上述鋁棒壓入 銅管內(nèi)，兩端用銅管的端部封堵嚴密，制成復(fù)合坯料；之后將復(fù)合坯料加熱至540 。C，保溫30分鐘，將擠壓模預(yù)熱至30(TC，保溫30分鐘，然后擠壓成銅包鋁排。③ 將上述復(fù)合坯料加熱至300。C，保溫60分鐘，軋輥預(yù)熱至20(TC，保溫30分鐘，進 行軋制。首先進行兩道次的熱軋，待復(fù)合坯料自然冷卻后再進行一道次的冷軋，道 次加工率控制在20%~60%之間。④對將上述半成品進行矯直和酸洗，使其基本達到 成品的尺寸要求。⑤在一個大氣壓的氮氣保護下，經(jīng)55(TC, l小時的熱擴散處理， 使銅鋁間形成緊密的冶金結(jié)合層。⑥拉制成符合尺寸及使用要求的銅包鋁排。所制 成的銅包鋁排成品示意圖如圖1所示，在圖1中，銅包鋁排的外層為銅層1，內(nèi)層為 鋁芯2，銅層1包覆鋁芯2。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)銅包鋁排的擠壓軋制復(fù)合法，其特征在于，該方法包括如下步驟第一步驟，選擇壁厚均勻的銅管及與銅管內(nèi)壁相過渡配合的鋁棒，將銅管內(nèi)表面及鋁棒外表面清洗干凈，去除油污及氧化層；第二步驟，將鋁棒壓入銅管內(nèi)形成復(fù)合坯料，兩端封堵嚴密，然后將復(fù)合坯料加熱至400～540℃，保溫30～60分鐘，之后通過臥式擠壓機擠壓出銅包鋁排半成品；第三步驟，將上述半成品加熱至300～540℃，保溫30～60分鐘，然后進行1～2道次的熱軋，及1～3道次的冷軋，軋制道次加工率控制在20～60％；第四步驟，將第三步驟中制備出的銅包鋁排進行矯直、酸洗；第五步驟，在一個大氣壓的氮氣保護下，對第四步驟中制備出的銅包鋁排進行擴散處理，溫度為200～550℃，保溫1～3小時；第六步驟，將第五步驟中制備出的銅包鋁排拉制成最終產(chǎn)品。
全文摘要
一種生產(chǎn)銅包鋁排的擠壓軋制復(fù)合法，包括第一步驟，選擇壁厚均勻的銅管及與銅管內(nèi)壁相過渡配合的鋁棒，并清洗干凈，去除油污及氧化層；第二步驟，將鋁棒壓入銅管內(nèi)形成復(fù)合坯料，將復(fù)合坯料加熱至400～540℃，保溫30～60分鐘，之后通過臥式擠壓機擠壓出銅包鋁排半成品；第三步驟，將上述半成品加熱至300～540℃，保溫30～60分鐘，然后進行熱軋及冷軋；第四步驟，將進行矯直、酸洗；第五步驟，在一個大氣壓的氮氣保護下，對銅包鋁排進行擴散處理，溫度為200～550℃，保溫1～3小時；第六步驟，將銅包鋁排拉制成最終產(chǎn)品。本發(fā)明的生產(chǎn)銅包鋁排的擠壓軋制復(fù)合法不但工藝流程短，生產(chǎn)效率高，還可以節(jié)約有限資源，降低成本。
文檔編號H01B13/00GK101645334SQ20081011791
公開日2010年2月10日 申請日期2008年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月5日
發(fā)明者于隆祥, 曹代河, 明 朱, 李子睿, 李彥利, 健 沈, 文 盛, 捷 胡, 舒旭東, 金其堅 申請人:北京有色金屬研究總院