專利名稱：一種貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件冷壓復(fù)合成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬層狀復(fù)合材料零部件制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種貴/廉金
屬層狀復(fù)合材料零部件冷壓復(fù)合成形方法。
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(diǎn)以及廉金屬(如銅、鋁及其合金)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(qiáng)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(bào)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(kuò)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(diǎn)帶制備方法的研究現(xiàn)狀.貴金屬，2005，26(2) :72-74]，然后機(jī)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(zhǎng)；(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(qiáng)度低；(3)需要采用機(jī)加工將復(fù)合材料加工成零部件，貴金屬浪費(fèi)嚴(yán)重，生產(chǎn)成本高。 冷壓焊是在沒有外部熱源或電流作用以及填充劑或焊劑的條件下，通過在室溫下對(duì)工件施加壓力的方法，使金屬產(chǎn)生塑性變形，將連接部位界面上的氧化膜和其他雜質(zhì)擠出來，使純凈的金屬壓接到一定的原子間距(約4X10—8 6X10—8cm)形成晶格面，產(chǎn)生原子之間的結(jié)合，而實(shí)現(xiàn)固態(tài)焊接的一種方法。冷壓焊主要適用于硬度不高、塑性好的金屬薄板、線材、棒材和管材的連接。特別適宜于在焊接中不允許接頭升溫的產(chǎn)品；很多不會(huì)產(chǎn)生快速加工硬化或未經(jīng)嚴(yán)重硬化的塑性金屬如Cu、Al、Ag、Au、Ni、Zn、Cd、Ti、Pb及其合金，均適合冷壓焊；它們之間的任意組合，包括液相、固相不相溶的非共格金屬如Al與Pb、 Zn與Pb等的組合，也可進(jìn)行冷壓焊。因冷壓焊的焊接接頭不會(huì)產(chǎn)生軟化區(qū)、熱影響區(qū)和脆性金屬
中間相，因此接頭的結(jié)合強(qiáng)度、導(dǎo)電性能和耐腐蝕性都很好。但是，傳統(tǒng)的冷壓焊技術(shù)僅僅是一種材料連接技術(shù)，還不是一種復(fù)合材料的成形技術(shù)；并且，傳統(tǒng)的冷壓焊技術(shù)需要將連
接部位界面上的氧化膜和其他雜質(zhì)在壓力下產(chǎn)生塑性變形擠出來，導(dǎo)致出現(xiàn)焊接飛邊、毛剌，要進(jìn)行后續(xù)處理去除，存在著工藝復(fù)雜、周期長(zhǎng)，貴金屬浪費(fèi)嚴(yán)重、成本較高，復(fù)合材料界面的平直度較差，產(chǎn)品的形狀尺寸難以精確控制等問題。 因此，充分利用傳統(tǒng)冷壓焊技術(shù)和能精確控制產(chǎn)品形狀尺寸的精密模鍛技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，將二者在原理上相結(jié)合，合二為一，開發(fā)一種不產(chǎn)生飛邊和毛剌、復(fù)合材料界面平直、產(chǎn)品形狀尺寸精確控制的冷壓復(fù)合成形技術(shù)，克服傳統(tǒng)貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件制備工藝的不足，直接近終成形高質(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)合材料零部件冷壓復(fù)合成形方法， 解決目前貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件生產(chǎn)中工藝復(fù)雜、周期長(zhǎng)、貴金屬浪費(fèi)嚴(yán)重、產(chǎn)品 的界面尺寸均勻性較差、界面結(jié)合強(qiáng)度低、生產(chǎn)成本高等問題。
—種貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件冷壓復(fù)合成形方法，具體步驟如下 (i)根據(jù)i : i i : ioo的層厚比要求，機(jī)加工分別制備所需尺寸的貴金屬板坯
和廉金屬板坯； (2)對(duì)上述板坯進(jìn)行退火處理，退火溫度為260 550°C 、保溫時(shí)間為30 60min ; (3)用鋼刷對(duì)退火后的板坯待復(fù)合表面進(jìn)行處理； (4)將貴金屬板坯和廉金屬板坯上下疊合在一起，然后裝入模具內(nèi)； (5)對(duì)貴/廉金屬疊合板坯進(jìn)行冷壓復(fù)合成形，壓下速率為0. 1 2mm/min、壓下
率為65% 80% ; (6)取出已復(fù)合的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料，在450 55(TC氫氣保護(hù)下退火 1. 5 2. 5h ; (7)將退火后的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料按與(4)中貴金屬與廉金屬上下反向的 方式放入模具內(nèi)； (8)以壓下速率為O. 1 2mm/min對(duì)貴/廉金屬層狀復(fù)合材料進(jìn)行精密成形，直至 材料充滿模具型腔，即成形獲得界面平直、結(jié)合強(qiáng)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金、純銀、金合金、銀合金；所述的廉金屬為純銅、純鋁、 銅合金、鋁合金。 本發(fā)明采用廉金屬為基體，貴金屬為覆層材料，借助貴金屬和廉金屬在室溫下受 到壓力產(chǎn)生大的塑性變形，界面純凈金屬通過壓接產(chǎn)生原子之間的結(jié)合，并利用復(fù)合坯料 在成形過程中與模具接觸界面受力狀況對(duì)復(fù)合界面平直度的影響，在模具的約束下完成冷 壓復(fù)合成形，直接獲得界面平直、結(jié)合強(qiáng)度高、無飛邊和毛剌、產(chǎn)品形狀尺寸精確控制的貴/ 廉金屬層狀復(fù)合材料零部件。 本發(fā)明提供的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件冷壓復(fù)合成形方法的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)貴/廉金屬層狀復(fù)合材料的界面平直，結(jié)合強(qiáng)度高； (2)在從坯料到成品的整個(gè)生產(chǎn)過程中無需對(duì)貴金屬進(jìn)行機(jī)加工，貴金屬利用率 高； (3)可以直接近終成形形狀比較復(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(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)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(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例1 : 尺寸為30X3X 1. 8mm的銀/銅層狀復(fù)合材料零部件的成形。 (1)機(jī)加工分別制備6. 75X3X 1. 6mm的純銀板坯和6. 75X3X6. 4mm的純銅板
坯； (2)對(duì)上述板坯進(jìn)行退火處理，純銀板坯退火溫度為360°C 、保溫時(shí)間為30min，純
銅板坯退火溫度為55(TC、保溫時(shí)間為30min ; (3)用鋼刷對(duì)退火后的板坯待復(fù)合表面進(jìn)行處理； (4)先將純銅板坯裝入模具底部，然后再將純銀板坯放入模具內(nèi)，疊放在純銅板坯 上面； (5)對(duì)銀/銅疊合板坯進(jìn)行冷壓復(fù)合成形，壓下速率為2mm/min、壓下率為75% ;
(6)取出已復(fù)合的銀/銅層狀復(fù)合材料，在45(TC氫氣保護(hù)下退火2.5h;
(7)將退火后的銀/銅層狀復(fù)合材料反向(純銅基體在上、純銀覆層在下)放入模 具內(nèi)； (8)以壓下速率為O. lmm/min對(duì)銀/銅層狀復(fù)合材料進(jìn)行精密成形，直至材料充滿 模具型腔，即成形獲得界面平直、結(jié)合強(qiáng)度高的30 X 3 X 1. 8mm銀/銅層狀復(fù)合材料零部件。
實(shí)施例2 : 尺寸為13. 6X 1. 2X2. 5mm的AuAglO合金/銅層狀復(fù)合材料零部件的成形。
(1)機(jī)加工分別制備4. 2 X 1. 2 X 1. 5mm的AuAglO合金板坯和4. 2 X 1. 2 X 6. 6mm的 純銅板坯； (2)對(duì)上述板坯進(jìn)行退火處理，AuAglO合金板坯退火溫度為26(TC、保溫時(shí)間為 60min，純銅板坯退火溫度為45(TC、保溫時(shí)間為60min ;
(3)用鋼刷對(duì)退火后的板坯待復(fù)合表面進(jìn)行處理； (4)先將AuAglO合金板坯裝入模具底部，然后再將純銅板坯放入模具內(nèi)，疊放在 AuAglO合金板坯上面； (5)對(duì)AuAglO合金/銅疊合板坯進(jìn)行冷壓復(fù)合成形，制備AuAglO合金/銅層狀復(fù) 合材料，壓下速率為0. lmm/min、壓下率為65% ; (6)取出已復(fù)合的AuAglO合金/銅層狀復(fù)合材料，在55(TC氫氣保護(hù)下退火1. 5h ;
(7)將退火后的AuAglO合金/銅層狀復(fù)合材料反向(AuAglO合金覆層在上、純銅 基體在下)放入模具內(nèi)； (8)以壓下速率為2mm/min對(duì)AuAglO合金/銅層狀復(fù)合材料進(jìn)行精密成形，直至 材料充滿模具型腔，即成形獲得界面平直、結(jié)合強(qiáng)度高的13. 6X 1. 2X2. 5mmAuAg10合金/ 銅層狀復(fù)合材料零部件。
實(shí)施例3 : 由尺寸為15. 75X1. 2X2mm、9X3X2mm的兩段構(gòu)成的銀/銅層狀復(fù)合材料零部件 的成形。 (1)機(jī)加工分別制備由尺寸為10. 5X1. 2X0. 5mm、6X3X0. 5mm的兩段構(gòu)成的純 銀板坯和由尺寸為10. 5X1. 2X2. 5mm、6X3X2. 5mm的兩段構(gòu)成的純銅板坯；
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(2)對(duì)上述板坯進(jìn)行退火處理，純銀板坯退火溫度為300°C 、保溫時(shí)間為40min，純
銅板坯退火溫度為50(TC、保溫時(shí)間為40min ; (3)用鋼刷對(duì)退火后的板坯待復(fù)合表面進(jìn)行處理； (4)先將純銀板坯裝入模具底部，然后再將純銅板坯放入模具內(nèi)，疊放在純銀板坯 上面； (5)對(duì)銀/銅疊合板坯進(jìn)行冷壓復(fù)合成形，壓下速率為2mm/min、壓下率為70% ;
(6)取出已復(fù)合的銀/銅層狀復(fù)合材料，在50(TC氫氣保護(hù)下退火2h;
(7)將退火后的銀/銅層狀復(fù)合材料反向(純銀覆層在上、純銅基體在下)放入模 具內(nèi)； (8)以壓下速率為2mm/min對(duì)銀/銅層狀復(fù)合材料進(jìn)行精密成形，直至材料充滿模 具型腔，即成形獲得界面平直、結(jié)合強(qiáng)度高的由尺寸為15. 75X1. 2X2mm、9X3X2mm的兩 段構(gòu)成的銀/銅層狀復(fù)合材料零部件。
實(shí)施例4 : 由尺寸為19. 84X1. 5X2. 5mm、13. 76X2. 5X2. 5mm的兩段構(gòu)成的AuAglO合金/ 銅層狀復(fù)合材料零部件的成形。 (1)機(jī)加工分別制備由尺寸為12. 4X1. 5X0. 8mm、8. 6X2. 5X0. 8mm的兩段構(gòu)成 的AuAglO合金板坯和由尺寸為12. 4X 1. 5X3. 2mm、8. 6X2. 5X3. 2mm的兩段構(gòu)成的純銅板 坯； (2)對(duì)上述板坯進(jìn)行退火處理，AuAglO合金板坯退火溫度為28(TC、保溫時(shí)間為 35min，純銅板坯退火溫度為520。C、保溫時(shí)間為35min ;
(3)用鋼刷對(duì)退火后的板坯待復(fù)合表面進(jìn)行處理； (4)先將純銅板坯裝入模具底部，然后再將AuAglO合金板坯放入模具內(nèi)，疊放在 純銅板坯上面； (5)對(duì)AuAglO合金/銅疊合板坯進(jìn)行冷壓復(fù)合成形，壓下速率為0. lmm/min、壓下 率為72% ; (6)取出已復(fù)合的AuAglO合金/銅層狀復(fù)合材料，在48(TC氫氣保護(hù)下退火2. 2h ;
(7)將退火后的AuAglO合金/銅層狀復(fù)合材料反向(純銅基體在上、AuAg10合金 覆層在下)放入模具內(nèi)； (8)以壓下速率為0. lmm/min對(duì)AuAglO合金/銅層狀復(fù)合材料進(jìn)行精密成形，直 至材料充滿模具型腔，即成形獲得界面平直、結(jié)合強(qiáng)度高的由尺寸為19. 84X 1. 5X2. 5mm、 13. 76X2. 5X2. 5mm的兩段構(gòu)成的AuAglO合金/銅層狀復(fù)合材料零部件。
權(quán)利要求
一種貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件冷壓復(fù)合成形方法，其特征在于(1)根據(jù)1∶1～1∶100的層厚比要求，機(jī)加工分別制備所需尺寸的貴金屬板坯和廉金屬板坯；(2)對(duì)上述板坯進(jìn)行退火處理，退火溫度為260～550℃、保溫時(shí)間為30～60min；(3)用鋼刷對(duì)退火后的板坯待復(fù)合表面進(jìn)行處理；(4)將貴金屬板坯和廉金屬板坯上下疊合在一起，然后裝入模具內(nèi)；(5)對(duì)貴/廉金屬疊合板坯進(jìn)行冷壓復(fù)合成形，壓下速率為0.1～2mm/min、壓下率為65％～80％；(6)取出已復(fù)合的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料，在450～550℃氫氣保護(hù)下退火1.5～2.5h；(7)將退火后的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料按與(4)中貴金屬與廉金屬上下反向的方式放入模具內(nèi)；(8)以壓下速率為0.1～2mm/min對(duì)貴/廉金屬層狀復(fù)合材料進(jìn)行精密成形，直至材料充滿模具型腔，即成形獲得界面平直、結(jié)合強(qiáng)度高的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件；所述的貴金屬為純金、純銀、金合金、銀合金；所述的廉金屬為純銅、純鋁、銅合金、鋁合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬層狀復(fù)合材料零部件制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件冷壓復(fù)合成形方法。其特征是采用廉金屬為基體，貴金屬為覆層材料，借助貴金屬和廉金屬在室溫下受到壓力產(chǎn)生大的塑性變形，界面純凈金屬通過壓接產(chǎn)生原子之間的結(jié)合，并利用復(fù)合坯料在成形過程中與模具接觸界面受力狀況對(duì)復(fù)合界面平直度的影響，在模具的約束下完成冷壓復(fù)合成形，直接獲得界面平直、結(jié)合強(qiáng)度高、無飛邊和毛刺、產(chǎn)品形狀尺寸精確控制的貴/廉金屬層狀復(fù)合材料零部件。本發(fā)明材料界面平直、結(jié)合強(qiáng)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(hào)B23P15/00GK101704182SQ20091023726
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)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, 李曹兵, 王璞, 謝建新, 高小麗 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)