一種銅包鋁復(fù)合材料的低壓充芯制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域，涉及一種銅包鋁復(fù)合材料的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]銅包鋁復(fù)合材料是在鋁芯的外表面均勻地包覆銅層，使銅鋁兩種金屬在界面形成原子間結(jié)合而成為一個整體的雙金屬復(fù)合材料。它結(jié)合了銅良好導(dǎo)電性能和鋁低成本低密度的特點，極具發(fā)展前景。
[0003]根據(jù)實現(xiàn)復(fù)合前兩種金屬的狀態(tài)，銅包鋁復(fù)合材料的生產(chǎn)方法從整體上可以分為三類:固-固相復(fù)合法，固-液相復(fù)合法，液-液相復(fù)合法，其中固-固相復(fù)合主要包括乳制壓接法、靜液擠壓法、包覆焊接法等；固-液相復(fù)合主要有包覆層連續(xù)澆鑄法、直接澆鑄法；液-液相復(fù)合主要有充芯連鑄法。上述的每種工藝方法都有其優(yōu)缺點。固-固相復(fù)合法材料利用率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，但連續(xù)化生產(chǎn)困難，生產(chǎn)效率低；液-液相復(fù)合法可以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，但工藝參數(shù)控制難度大且工藝過程復(fù)雜；固-液相復(fù)合法:工序簡單，生產(chǎn)效率高，但是現(xiàn)有的固-液相復(fù)合法存在很多缺點，例如，包覆層連續(xù)澆鑄法對設(shè)備能力和廠房條件要求比較高，工藝參數(shù)難以控制。直接澆鑄法的產(chǎn)品質(zhì)量不高，容易產(chǎn)生縮孔、氣孔等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種銅包鋁復(fù)合材料的低壓充芯制備工藝，以解決現(xiàn)有的固-液相復(fù)合法現(xiàn)階段存在的生產(chǎn)成本高、工序復(fù)雜、產(chǎn)品質(zhì)量低的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種銅包鋁復(fù)合材料的低壓充芯制備工藝，包括以下步驟:
[0007]步驟一、對銅管內(nèi)壁進行去油脂和去氧化皮處理，并在其內(nèi)壁制備防氧化膜，然后將銅管烘干；
[0008]步驟二、將工業(yè)純鋁裝入坩禍電阻爐內(nèi)熔化，待鋁液的熔煉溫度接近設(shè)定的熔化溫度時，將銅管放入電阻爐中預(yù)熱；
[0009]步驟三、將坩禍放入低壓充芯機，并將預(yù)熱后的銅管由石棉套保溫與低壓充芯機對接，密封；
[0010]步驟四、采用壓縮氣體進行充芯；
[0011]步驟五、增壓保壓，至銅管內(nèi)鋁液完全凝固；
[0012]步驟六、卸壓，取下成品。
[0013]進一步的，所述步驟一中，制備防氧化膜采用的物質(zhì)為氟鋯酸鉀，采用的方法為沉積法。
[0014]進一步的，制備防氧化膜的方法是:配制過飽和氟鋯酸鉀溶液并加熱到95°C，沉積3-6分鐘。
[0015]進一步的，所述步驟二中，工業(yè)純鋁的熔化溫度為720 V _780°C，銅管的預(yù)熱溫度為 200 0C -450 0C ο
[0016]進一步的，所述步驟四中，采用的壓縮氣體為空氣、氮氣或氬氣。
[0017]進一步的，充芯速度為300ml/min-600ml/min。
[0018]進一步的，所述步驟五中，增壓到0.3MPa-0.8MPa，保壓時間為60s_400s。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:用壓縮氣體將鋁液壓入銅管凝固冷卻后獲得銅包鋁復(fù)合材料，工藝過程簡單，工藝參數(shù)便于控制；根據(jù)銅管直徑和壁厚，并選擇適當(dāng)?shù)匿X液充芯溫度和銅管預(yù)熱溫度，實現(xiàn)銅/鋁界面冶金結(jié)合并控制界面過渡層厚度與組成，一般不需要后續(xù)擴散熱處理；通過在銅管內(nèi)壁涂防氧化膜，用惰性氣體保護鋁液，避免氧化，保證材料特別是銅/鋁結(jié)合面純凈無雜質(zhì)；自下而上充芯，過程平穩(wěn)，速度可控，有利于氣體排除，避免產(chǎn)生氣孔；通過增壓和保壓進行補縮，保證材料致密，避免收縮類缺陷；充芯完成后鋁液自升液管流回坩禍，沒有補縮冒口，鋁液利用率高；生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生污染物；流程短，生產(chǎn)效率高，占地面積少，生產(chǎn)成本低。
【附圖說明】
[0020]圖1為低壓充芯機結(jié)構(gòu)和原理示意圖。
[0021]圖中，1-壓桿、2.-排氣壓蓋、3-支座、4-筒蓋、5-升液管、6_鋁液、7_筒體外殼、8-保溫石棉、9-坩禍、10-澆口、11 -三通閥、12-壓環(huán)、13-密封填料、14-銅管保溫筒、15-固定螺桿、16-銅管。
【具體實施方式】
[0022]參照圖1，首先對低壓充芯機結(jié)構(gòu)和原理進行說明，低壓充芯機由下部密封性能良好的能承受一定壓力的坩禍保溫筒和上部銅管固定支架組成，外配鋁液熔煉爐和壓縮氣體供氣系統(tǒng)。
[0023]下部的坩禍保溫筒由筒體外殼7、坩禍9、升液管5、筒蓋4、三通閥11等部件組成，其中筒體外殼7是一個鋼制的壓力容器，能承受1.0-1.5MPa壓力的氣壓，內(nèi)置鋁液坩禍9。坩禍9與外殼7之間填充保溫石棉8，以防止鋁液冷卻過快。保溫筒蓋4與坩禍保溫筒之間用石棉板密封圈密封，保溫筒蓋上安裝有升液管5，并作為上部銅管固定支架的安裝底座。進排氣道也開在保溫筒蓋上，通過三通閥11壓縮氣體的進出。三通閥11與供氣系統(tǒng)連接。
[0024]上部的銅管固定支架由支座3、澆口 10、壓環(huán)12、固定螺桿15、排氣壓蓋2、壓桿I等部件組成，其中澆口 10與升液管5對接，并由保溫筒蓋4和支座3定位和固定，澆口下部和上部的坡度是分別為了鋁液回流道坩禍和銅管拆卸時帶出。支座安裝在保溫筒蓋上，銅管16與澆口 10對接，周圍填充密封填料13，并由壓環(huán)12壓實。銅管16外有銅管保溫筒14。銅管上口有一個帶有排氣槽的壓蓋2，防止充芯過程中鋁液溢出并使氣體順利排出。排氣壓蓋由壓桿和固定螺桿15固定。
[0025]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明:
[0026]實施例1
[0027]步驟一、對銅管內(nèi)壁進行去油脂和去氧化皮處理，配制過飽和氟鋯酸鉀溶液并加熱到95°C，倒入銅管內(nèi)靜置冷卻6分鐘后倒出，然后將銅管放入干燥箱內(nèi)烘干；
[0028]該過程中需要控制好靜置時間，靜置時間過短，沉積的氟鋯酸鉀膜不均勻不完整，防氧化效果差；靜置時間過長，氟鋯酸鉀膜太厚，當(dāng)鋁液進入銅管，氟鋯酸鉀受熱分解產(chǎn)生的氣體量大，可能導(dǎo)致產(chǎn)生氣孔缺陷。
[0029]步驟二、將工業(yè)純鋁裝入坩禍電阻爐內(nèi)熔化，熔化溫度為740°C ;將銅管放入電阻爐中預(yù)熱，預(yù)熱溫度為450 0C。
[0030]鋁液充芯溫度和銅管預(yù)熱溫度對銅/鋁界面反應(yīng)強度、界面層組織和界面結(jié)合強度產(chǎn)生關(guān)鍵影響，須根據(jù)材料尺寸和產(chǎn)品技術(shù)要求進行調(diào)整和嚴(yán)格控制。
[0031]步驟三、將坩禍放入低壓充芯機，并將預(yù)熱后的銅管由石棉套保溫與低壓充芯機對接，密封。
[0032]步驟四、打開三通閥用氮氣進行充芯，充芯速度為600ml/min。
[0033]充芯速度對氣體排出、鋁液收縮、鋁液流動性產(chǎn)生關(guān)鍵影響，須根據(jù)材料尺寸和產(chǎn)品技術(shù)要求進行調(diào)整和嚴(yán)格控制。
[0034]步驟五、增壓到0.3MPa保壓，至銅管內(nèi)鋁液完全凝固，保壓時間為60s。
[0035]保壓使鋁液在壓力下冷卻凝固，獲得致密凝固組織，防止縮孔、縮松等缺陷，須根據(jù)材料尺寸和產(chǎn)品技術(shù)要求進行調(diào)整和嚴(yán)格控制。
[0036]步驟六、卸壓，取下銅包鋁復(fù)合棒材。
[0037]實施例2
[0038]步驟一、對銅管內(nèi)壁進行去油脂和去氧化皮處理，配制過飽和氟鋯酸鉀溶液并加熱到95°C，倒入銅管內(nèi)靜置冷卻3分鐘后倒出，然后將銅管放入干燥箱內(nèi)烘干；
[0039]步驟二、將工業(yè)純鋁裝入坩禍電阻爐內(nèi)熔化，熔化溫度為780°C ;將銅管放入電阻爐中預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300 °C。
[0040]步驟三、將坩禍放入低壓充芯機，并將預(yù)熱后的銅管由石棉套保溫與低壓充芯機對接，密封。
[0041]步驟四、打開三通閥用空氣進行充芯，充芯速度為300ml/min。
[0042]步驟五、增壓到0.SMPa保壓，至銅管內(nèi)鋁液完全凝固，保壓時間為200s。
[0043]步驟六、卸壓，取下銅包鋁復(fù)合棒材。
[0044]實施例3
[0045]步驟一、對銅管內(nèi)壁進行去油脂和去氧化皮處理，配制過飽和氟鋯酸鉀溶液并加熱到95°C，倒入銅管內(nèi)靜置冷卻4分鐘后倒出，然后將銅管放入干燥箱內(nèi)烘干；
[0046]步驟二、將工業(yè)純鋁裝入坩禍電阻爐內(nèi)熔化，熔化溫度為720°C ;將銅管放入電阻爐中預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200 °C。
[0047]步驟三、將坩禍放入低壓充芯機，并將預(yù)熱后的銅管由石棉套保溫與低壓充芯機對接，密封。
[0048]步驟四、打開三通閥用氬氣進行充芯，充芯速度為450ml/min。
[0049]步驟五、增壓到0.5MPa保壓，至銅管內(nèi)鋁液完全凝固，保壓時間為400s。
[0050]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種銅包鋁復(fù)合材料的低壓充芯制備工藝，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一、對銅管內(nèi)壁進行去油脂和去氧化皮處理，并在其內(nèi)壁制備防氧化膜，然后將銅管烘干； 步驟二、將工業(yè)純鋁裝入坩禍電阻爐內(nèi)熔化，待鋁液的熔煉溫度接近設(shè)定的熔化溫度時，將銅管放入電阻爐中預(yù)熱； 步驟三、將坩禍放入低壓充芯機，并將預(yù)熱后的銅管由石棉套保溫與低壓充芯機對接，密封； 步驟四、采用壓縮氣體進行充芯； 步驟五、增壓保壓，至銅管內(nèi)鋁液完全凝固； 步驟六、卸壓，取下成品。2.如權(quán)利要求1所述的銅包鋁復(fù)合材料的低壓充芯制備工藝，其特征在于:所述步驟一中，制備防氧化膜采用的物質(zhì)為氟鋯酸鉀，采用的方法為沉積法。3.如權(quán)利要求2所述的銅包鋁復(fù)合材料的低壓充芯制備工藝，其特征在于:制備防氧化膜的方法是:配制過飽和氟鋯酸鉀溶液并加熱到95°C，沉積3-6分鐘。4.如權(quán)利要求1所述的銅包鋁復(fù)合材料的低壓充芯制備工藝，其特征在于:所述步驟二中，工業(yè)純鋁的熔化溫度為720°C -780°C，銅管的預(yù)熱溫度為200°C -450°C。5.如權(quán)利要求1所述的銅包鋁復(fù)合材料的低壓充芯制備工藝，其特征在于:所述步驟四中，采用的壓縮氣體為空氣、氮氣或氬氣。6.如權(quán)利要求1或5所述的銅包鋁復(fù)合材料的低壓充芯制備工藝，其特征在于:充芯速度為 300ml/min-600ml/min。7.如權(quán)利要求1所述的銅包鋁復(fù)合材料的低壓充芯制備工藝，其特征在于:所述步驟五中，增壓到0.3MPa-0.8MPa，保壓時間為60s_400s。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銅包鋁復(fù)合材料的低壓充芯制備工藝，其包括：對銅管內(nèi)壁進行去油脂和去氧化皮處理，并在其內(nèi)壁制備防氧化膜，然后將銅管烘干；再熔煉鋁液，待鋁液的熔煉溫度接近設(shè)定溫度時，對銅管進行預(yù)熱；然后將坩堝放入低壓充芯機并將銅管與低壓充芯機對接和密封；用壓縮氣體進行充芯、增壓和保壓；凝固后卸壓，取下銅包鋁棒產(chǎn)品。本方法工藝過程簡單，工藝參數(shù)易控制，生產(chǎn)效率高，占地面積少，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質(zhì)量高，環(huán)境協(xié)調(diào)性好。
【IPC分類】B22D18/04, B22D19/00
【公開號】CN105033225
【申請?zhí)枴緾N201510363960
【發(fā)明人】盛曉波, 張望成, 董寅生, 儲成林, 郭超
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月26日