專利名稱：覆鈦的銅匯流條及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種具有良好的耐腐蝕性和電導(dǎo)率的覆鈦的銅匯流條及其制備方法，該覆鈦的銅匯流條是通過在加壓和/或加熱條件下將具有優(yōu)越耐腐蝕性的鈦(或鈦合金)與具有較高電導(dǎo)率的銅(或銅合金)結(jié)合而得到的。
背景技術(shù)：
匯流條通過連接幾個(gè)電路而用作傳遞電能的介質(zhì)，并且組成具有較高電流容量的電力傳輸電路，如大型傳輸分配線路、電器導(dǎo)線或通信電纜，安裝在發(fā)電廠、大型建筑物、大型工廠、大型百貨公司、地鐵站、或新的機(jī)場(chǎng)中。匯流條的優(yōu)點(diǎn)是在導(dǎo)電體體積相同的條件下可以傳遞更多的電能，因此，匯流條近來也來越多地代替電纜在大容量分配系統(tǒng)中使用。
通常將具有較高電電導(dǎo)率的銅(Cu)、鋁(Al)或鍍銅鋁的材料用于匯流條。然而，銅或鋁材料的耐腐蝕性較差，因此，在生成氣體氯化物或二氧化硫氣體的嚴(yán)重腐蝕氣氛下，當(dāng)銅、鋁或銅鋁匯流條在電解槽或電鍍槽中使用時(shí)，匯流條很容易被腐蝕，從而縮短了匯流條的使用壽命。
同時(shí)，具有相對(duì)優(yōu)越耐腐蝕性的鈦(或鈦合金)能夠在腐蝕氣氛下維持較長(zhǎng)時(shí)間，但是由于鈦的電電導(dǎo)率太低，因此不能實(shí)現(xiàn)高效率的電解。
為了彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，人們開發(fā)了一種通過將具有相對(duì)較高電導(dǎo)率的銅與具有相對(duì)優(yōu)良耐腐蝕性的鈦結(jié)合而制得的覆鈦的銅匯流條。導(dǎo)電的覆鈦的銅匯流條是通過熱擠出法、軋制法、拉拔法(drawing)和爆炸壓制法制備的。一般地，將銅條插入到鈦管中，然后通過熱擠出法、軋制法、拉拔法、爆炸壓制法將銅條機(jī)械粘附到所述鈦管上。之后，得到的產(chǎn)品在650-850℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行退火處理，這樣，鈦外覆層與銅內(nèi)核之間的接觸界面能夠冶金結(jié)合，制得覆鈦的銅匯流條?？梢赃x擇性地將熔點(diǎn)較低的Ag-Cu-Sn基或Ag-Cu-Al基焊接填料嵌入到鈦外殼和銅條之間的界面中。接著將得到的產(chǎn)物在700℃下擠出，然后在650℃下進(jìn)行退火處理，制得覆鈦的銅匯流條。
但是，使用這些方法制備覆鈦的銅匯流條存在下述缺點(diǎn)在鈦管和銅條之間的界面上形成易碎的金屬間化合物，從而降低鈦管和銅條之間的結(jié)合強(qiáng)度。而且很難將Ag-Cu-Sn基或Ag-Cu-Al基焊接填料均勻地嵌入到鈦外殼和銅條之間的界面上。
另外，當(dāng)在空氣中對(duì)銅和鈦進(jìn)行加熱或熱處理時(shí)，由于銅和鈦的表面對(duì)氧的親合合力高，極易被氧化，因此不能得到的銅和鈦之間的有效結(jié)合。為了避免銅和鈦的氧化，必須在真空或惰性氣氛下對(duì)鈦和銅進(jìn)行加熱或熱處理，從而造成不便并增加成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有相對(duì)優(yōu)良的耐腐蝕性和電導(dǎo)率的覆鈦的銅匯流條及其制備方法。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的是通過使用涂覆技術(shù)和使不同種類金屬的界面冶金結(jié)合的技術(shù)制備覆鈦的銅匯流條，所述涂覆技術(shù)可以防止對(duì)氧具有高親合性的銅和鈦被氧化。
本發(fā)明是關(guān)于一種具有良好的耐腐蝕性和電導(dǎo)率的覆鈦的銅匯流條及其制備方法，該覆鈦的銅匯流條是通過將具有優(yōu)良耐腐蝕性的鈦(或鈦合金)與具有較高電導(dǎo)率的銅(或銅合金)結(jié)合而得到的。
根據(jù)本發(fā)明的覆鈦的銅匯流條具有許多優(yōu)點(diǎn)可以在嚴(yán)重的腐蝕氣氛中如電解池或電鍍池中使用較長(zhǎng)時(shí)間；具有優(yōu)良的傳導(dǎo)性能；在傳導(dǎo)過程中不會(huì)造成放電；顯示出良好的電解特性，具有較高的電流密度和效率。
為了實(shí)現(xiàn)依據(jù)本發(fā)明目的的如在此具體實(shí)施的及廣泛描述的這些或其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種具有較高耐腐蝕性和電導(dǎo)率的覆鈦的銅匯流條，該覆鈦的銅匯流條包括銅內(nèi)核、在所述銅內(nèi)核周圍的鈦包覆層、以及在所述銅內(nèi)核和鈦包覆層之間的界面反應(yīng)層。該匯流條的橫截面結(jié)構(gòu)為鈦包覆層/界面反應(yīng)層/銅內(nèi)核/界面反應(yīng)層/鈦包覆層。所述界面反應(yīng)層是由鈦和銅在銅內(nèi)核與鈦包覆層之間的界面上的相互作用而產(chǎn)生的。所述界面反應(yīng)層可以為固相反應(yīng)層，通過機(jī)械粘附和熱處理在銅與鈦之間進(jìn)行相互物質(zhì)傳遞而形成的；也可以是由低溫共晶反應(yīng)形成的熔融層；還可以是所述固相反應(yīng)層和熔融層的組合?？梢允褂免伜豌~的純金屬或合金。
依據(jù)本發(fā)明的覆鈦的銅匯流條可以進(jìn)一步包括中間結(jié)合物質(zhì)，所述中間結(jié)合物質(zhì)位于在鈦包覆層和銅內(nèi)核之間的界面反應(yīng)層(固相反應(yīng)層和/或熔融層)上。在這種情況下，所述匯流條的橫截面結(jié)構(gòu)可以為a)鈦包覆層/界面反應(yīng)層/中間結(jié)合物質(zhì)/界面反應(yīng)層/銅內(nèi)核/界面反應(yīng)層/中間結(jié)合物質(zhì)/界面反應(yīng)層/鈦包覆層；b)鈦包覆層/界面反應(yīng)層/中間結(jié)合物質(zhì)/銅內(nèi)核/中間結(jié)合物質(zhì)/界面反應(yīng)層/鈦包覆層；或c)鈦包覆層/中間結(jié)合物質(zhì)/界面反應(yīng)層/銅內(nèi)核/界面反應(yīng)層/中間結(jié)合物質(zhì)/鈦包覆層。所述界面反應(yīng)層可以為固相反應(yīng)層、焊接層或者二者的結(jié)合。
本發(fā)明還提供了另外一種具有良好電導(dǎo)率和耐腐蝕性的覆鈦的銅匯流條，該匯流條包括銅內(nèi)核、在所述銅內(nèi)核周圍的鈦包覆層、以及用于結(jié)合所述銅內(nèi)核和鈦包覆層的中間結(jié)合物質(zhì)。該匯流條的橫截面結(jié)構(gòu)為鈦包覆層/中間結(jié)合物質(zhì)/銅內(nèi)核。可以使用鈦和銅的純金屬或合金。
可以將具有與鈦和/或銅反應(yīng)的活性和良好塑性形變特性的物質(zhì)用作所述中間結(jié)合物質(zhì)，這樣鈦和銅的界面易于結(jié)合。
優(yōu)選地，所述中間結(jié)合物質(zhì)選自由金、銀、鉑、鋁、鋅、錫、釩、鎳以及含有這些元素中的一種作為主要成分的合金所組成的組中。所述中間結(jié)合物質(zhì)的形式可以為至少一種分層的薄管或薄片，或者為涂覆在鈦包覆層和/或銅內(nèi)核的一個(gè)表面或全部表面上的涂覆層。
所述薄管、薄片物質(zhì)或涂覆層的厚度可以為1微米至幾毫米，優(yōu)選為1-1000微米，考慮到用作中間結(jié)合物質(zhì)的金屬是價(jià)格很高的貴金屬，更優(yōu)選為1-5微米。
本發(fā)明還提供了具有良好電導(dǎo)率和耐腐蝕性的覆鈦的銅匯流條的制備方法，該方法包括將銅(或銅合金)內(nèi)核嵌入到鈦(或鈦合金)包覆層外殼中；將鈦包覆層和銅內(nèi)核進(jìn)行第一次機(jī)械粘附；通過在250℃-950℃℃的溫度下對(duì)粘附的鈦包覆層和銅內(nèi)核進(jìn)行第一次熱處理將鈦包覆層和銅內(nèi)核冶金結(jié)合；以及將熱處理的鈦包覆層和銅內(nèi)核進(jìn)行第二次機(jī)械粘附，得到所需尺寸。
在制備過程中，為了在鈦和銅的接觸界面引發(fā)二者之間的相互作用，使用擠出法、拉拔法和軋制法中的一種或幾種方法分別進(jìn)行第一次和第二次機(jī)械結(jié)合步驟。如果縮減百分率(或比例)太小，則鈦和銅沒有結(jié)合，然而如果縮減百分率(或比例)太大，則金屬會(huì)被破壞。因此，在進(jìn)行機(jī)械結(jié)合時(shí)，縮減百分率優(yōu)選為5-75％，更優(yōu)選為15-50％。
為了使鈦和銅進(jìn)行相互的物質(zhì)傳遞而在它們的界面處相互結(jié)合，第一次熱處理在250-850℃℃、在真空或惰性氣氛中進(jìn)行5-300分鐘，因此，在鈦和銅之間的界面上形成固相反應(yīng)層。如果第一次熱處理的溫度低于上述范圍，則在所述界面上很難發(fā)生物質(zhì)傳遞；然而，如果溫度高于上述范圍，則發(fā)生低溫共晶反應(yīng)，不能形成所述固相反應(yīng)層。加工時(shí)間隨著熱處理的溫度而變化。即，如果熱處理的溫度高，則反應(yīng)時(shí)間縮短；如果熱處理溫度低，則反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，熱處理可以在上述整個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行。
當(dāng)鈦和銅接觸并彼此反應(yīng)時(shí)，利用低溫共晶反應(yīng)，在該反應(yīng)中鈦和銅在低于各自熔融點(diǎn)(鈦1675℃，銅1084℃)溫度下熔融。第一次熱處理在高于鈦和銅875℃的最低共晶反應(yīng)溫度的溫度下進(jìn)行，從而鈦和銅即刻熔融，在它們的界面形成熔融層。因此，為了通過共晶反應(yīng)形成熔融層，第一次熱處理的溫度必須高于最低共晶反應(yīng)溫度；為了避免銅熔化以及發(fā)生任何不需要的反應(yīng)，第一次熱處理的溫度還必須低于銅的熔點(diǎn)。因此，第一次熱處理優(yōu)選在880-950℃的溫度下進(jìn)行，更優(yōu)選為880-920℃。反應(yīng)時(shí)間隨著熱處理的溫度而變化。如果熱處理的溫度高，則反應(yīng)時(shí)間縮短；如果熱處理溫度低，則反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)。反應(yīng)時(shí)間在1-30分鐘的范圍內(nèi)。
本發(fā)明還提供了具有良好電導(dǎo)率和耐腐蝕性的覆鈦的銅匯流條的制備方法，該方法包括將具有良好塑性形變性和耐氧化性的中間結(jié)合物質(zhì)嵌入到鈦(或鈦合金)包覆層與銅(或銅合金)內(nèi)核之間；將鈦包覆層、中間結(jié)合物質(zhì)和銅內(nèi)核進(jìn)行第一次機(jī)械粘附；通過在250-1000℃的溫度下對(duì)粘附的鈦包覆層、中間結(jié)合物質(zhì)和銅內(nèi)核進(jìn)行1-240分鐘的第一次熱處理將鈦包覆層、中間結(jié)合物質(zhì)和銅(或銅合金)內(nèi)核之間的界面冶金結(jié)合；以及將結(jié)合的鈦包覆層、中間結(jié)合物質(zhì)和銅內(nèi)核進(jìn)行第二次機(jī)械變形，得到所需尺寸。
為了增強(qiáng)界面結(jié)合，所述中間結(jié)合物質(zhì)必須具有與鈦(或鈦合金)以及銅(或銅合金)反應(yīng)的活性，并具有良好的塑性形變特性。所述中間結(jié)合物質(zhì)優(yōu)選選自由金、銀、鉑、鋁、鋅、錫、釩、鎳以及含有這些元素中的一種作為主要成分的合金所組成的組中。所述中間結(jié)合物質(zhì)的插入形式可以為至少一種分層的薄管或薄片，或者為涂覆在鈦包覆層和/或銅內(nèi)核的一個(gè)表面或全部表面上的涂覆層。可以通過選自敷金屬法、真空或化學(xué)沉積法、覆蓋法以及將鈦覆層管或銅內(nèi)核放置在熔化的中間結(jié)合物質(zhì)中的方法中的一種或幾種來涂覆中間結(jié)合物質(zhì)。所述薄管、薄片物質(zhì)或涂覆層的厚度可以為1微米至幾毫米，優(yōu)選為1-1000微米，更優(yōu)選為1-5微米。
可以選擇性地單獨(dú)使用或聯(lián)合使用擠出法、軋制法和拉拔法中的一種幾種進(jìn)行第一次和第二次機(jī)械變形，縮減百分率為5-75％，優(yōu)選為15-50％。如果縮減百分率(或比例)太小，則金屬和物質(zhì)之間的粘附不好，然而如果縮減百分率(或比例)太大，則金屬會(huì)被破壞。
根據(jù)所述中間結(jié)合物質(zhì)的類型，用于鈦、銅和中間結(jié)合物質(zhì)之間冶金結(jié)合的第一次熱處理的溫度可以不同，進(jìn)行第一次熱處理的溫度一般低于所使用的中間結(jié)合物質(zhì)的熔點(diǎn)。具體地，第一次熱處理在250-1000℃的溫度下進(jìn)行1-240分鐘。反應(yīng)時(shí)間隨著熱處理的溫度而變化。如果熱處理的溫度高，則反應(yīng)時(shí)間縮短；如果熱處理溫度低，則反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)。
如果熱處理的溫度低于250℃，則反應(yīng)不能很好地發(fā)生，相反如果溫度高于中間結(jié)合物質(zhì)的熔點(diǎn)，則中間結(jié)合物質(zhì)將熔化。因此，進(jìn)行熱處理的溫度高于250℃但低于中間結(jié)合物質(zhì)的熔點(diǎn)。
例如，如果使用鋁或鋁合金作為中間結(jié)合物質(zhì)，第一次熱處理可以在低于鋁的660℃熔點(diǎn)溫度下進(jìn)行10-120分鐘。如果使用金、銀、鉑或它們的合金作為中間結(jié)合物質(zhì)，熱處理可以在300-1000℃的溫度下進(jìn)行。
當(dāng)中間結(jié)合物質(zhì)以薄管或薄片的形式嵌入時(shí)，第一次熱處理在惰性或真空氣氛中進(jìn)行。如果將中間結(jié)合物質(zhì)施用到鈦和/或銅的表面，則第一次熱處理可以在空氣中進(jìn)行，也可以在惰性或真空氣氛中進(jìn)行。
在將匯流條加工成所需尺寸之后，本發(fā)明的制備方法還可以包括在200-800℃下對(duì)覆鈦的銅匯流條進(jìn)行1-240分鐘的第二次熱處理。
通過第二次熱處理，由于第二次機(jī)械變形而可能分離或不連續(xù)分布的界面反應(yīng)層或中間結(jié)合物質(zhì)能夠連接起來，并且避免在鈦與中間結(jié)合物質(zhì)間的界面上和/或中間結(jié)合物質(zhì)與銅的界面上生成具有較強(qiáng)脆性的金屬間化合物。
具體地，第二次熱處理在低于850℃的溫度下進(jìn)行，低于最低共晶反應(yīng)溫度，因此可以避免在鈦與中間結(jié)合物質(zhì)間的界面上和/或中間結(jié)合物質(zhì)與銅的界面上生成脆性的金屬間化合物。為了引發(fā)層間物質(zhì)傳遞，第二次熱處理在至少200℃或更高的溫度下進(jìn)行，因此可以將界面反應(yīng)層或中間結(jié)合物質(zhì)(在第二次機(jī)械變形時(shí)可能分離或不連續(xù)分布)恰當(dāng)?shù)亟Y(jié)合起來。
本發(fā)明的特征在于通過加熱或同時(shí)加熱和加壓，促進(jìn)了鈦包覆層與銅內(nèi)核之間或鈦包覆層、中間結(jié)合物質(zhì)與銅內(nèi)核之間的接觸界面上的物質(zhì)傳遞，因此使合金化并得到良好的結(jié)合。另外，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，通過使用具有與鈦和銅反應(yīng)的活性并易于塑性形變的中間結(jié)合物質(zhì)，在鈦與銅之間成功地實(shí)現(xiàn)了界面結(jié)合。
結(jié)合附圖，通過以下對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述及其它的目的、特征、內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。


以下附圖是為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，這些附圖并入作為說明書的組成部分，描述本發(fā)明的實(shí)施方式并與說明書一起來解釋本發(fā)明的原理。
其中圖1A是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的覆鈦的銅匯流條的剖視圖；圖1B是依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的覆鈦的銅匯流條的橫截面圖；圖1C是依據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例的覆鈦的銅匯流條的橫截面圖；圖1D是依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的覆鈦的銅匯流條的橫截面圖；圖1E是依據(jù)本發(fā)明的另外又一個(gè)實(shí)施例的覆鈦的銅匯流條的橫截面圖；圖2A是表示依據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施方式的覆鈦的銅匯流條的橫截面微觀結(jié)構(gòu)的圖片，該匯流條包括鈦包覆層、固相反應(yīng)層和銅內(nèi)核；
圖2B是表示依據(jù)本發(fā)明的第二種實(shí)施方式的覆鈦的銅匯流條的橫截面微觀結(jié)構(gòu)的圖片，該匯流條包括鈦包覆層、熔融層和銅內(nèi)核；圖2C是表示依據(jù)本發(fā)明的第三種實(shí)施方式的覆鈦的銅匯流條的橫截面微觀結(jié)構(gòu)的圖片，該匯流條包括鈦包覆層、固相反應(yīng)層、不連續(xù)的熔融層和銅內(nèi)核；圖3是表示依據(jù)本發(fā)明的第四種實(shí)施方式的覆鈦的銅匯流條的橫截面微觀結(jié)構(gòu)的圖片，該匯流條包括鈦包覆層、中間結(jié)合物質(zhì)和銅內(nèi)核；和圖4是表示依據(jù)本發(fā)明的第五種實(shí)施方式的覆鈦的銅匯流條的橫截面微觀結(jié)構(gòu)的圖片，該匯流條包括鈦包覆層、中間結(jié)合物質(zhì)和銅內(nèi)核。
具體實(shí)施例方式
圖1A-1E是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的覆鈦的銅匯流條的示意圖。
通過將鈦包覆層(1)和銅內(nèi)核(2)結(jié)合而形成的覆鈦的銅匯流條具有以下多種結(jié)構(gòu)a)如圖1A所示的三層結(jié)構(gòu)鈦包覆層(1)/固相層(4)/內(nèi)核(2)，其中，由銅和鈦的相互融合(傳遞)形成的固相反應(yīng)層在鈦包覆層(1)和銅內(nèi)核(2)之間的界面上連續(xù)地存在；b)如圖1B所示的三層結(jié)構(gòu)鈦包覆層(1)/熔融層(5)/內(nèi)核(2)，其中，由低溫共晶反應(yīng)形成的熔融層(5)在鈦包覆層(1)和銅內(nèi)核(2)之間的界面上連續(xù)地存在；c)如圖1C所示的結(jié)構(gòu)鈦包覆層(1)、固相層(4)、不連續(xù)的熔融層(5)、固相反應(yīng)層(4)和內(nèi)核(2)，其中，熔融層(5)不連續(xù)地分布；d)如圖1D所示的結(jié)構(gòu)鈦包覆層(1)、中間結(jié)合物質(zhì)(3)和內(nèi)核(2)；e)如圖1E所示的結(jié)構(gòu)鈦包覆層(1)、熔融層(5)、中間結(jié)合物質(zhì)(3)和內(nèi)核(2)。
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地說明，應(yīng)當(dāng)理解到這些實(shí)施例只是起到解釋說明的作用，本發(fā)明的范圍不限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1通過用具有優(yōu)良耐腐蝕性的鈦(純鈦或鈦合金)包覆金屬對(duì)具有良好電導(dǎo)率的銅(純銅或銅合金)進(jìn)行包覆，制備具有良好電導(dǎo)率和耐腐蝕性的覆鈦的銅匯流條。
將直徑為29毫米的銅內(nèi)核嵌入到外直徑為32毫米、厚度為1毫米的鈦管中，并使用拉拔裝置將外直徑拉拔為26毫米，由此將鈦包覆層和銅內(nèi)核完全地機(jī)械結(jié)合。對(duì)于銅內(nèi)核與鈦管之間的機(jī)械結(jié)合，還可以單獨(dú)或聯(lián)合使用擠出法或軋制法。
將機(jī)械結(jié)合的鍍鈦的銅匯流條在惰性氣體保護(hù)下在850℃下熱處理30分鐘，將機(jī)械結(jié)合的鈦包覆層和銅內(nèi)核冶金結(jié)合。
圖2A表示覆鈦的銅匯流條的橫截面微觀結(jié)構(gòu)，該匯流條在第一次拉拔之后在惰性氣體保護(hù)下在850℃下熱處理了30分鐘。如圖2A所示，經(jīng)歷了第一次拉拔和熱處理后，鈦包覆層和銅內(nèi)核之間的界面的截面微觀結(jié)構(gòu)為三層鈦包覆層(1)、固相反應(yīng)層(4)和銅內(nèi)核(2)。
實(shí)施例2將直徑為29毫米的銅內(nèi)核嵌入到外直徑為32毫米、厚度為1毫米的鈦管中，并使用拉拔裝置將外直徑拉拔為26毫米。將拉拔的鍍鈦的銅匯流條在惰性氣體保護(hù)下在880℃下熱處理2分鐘，將機(jī)械結(jié)合的鈦包覆層和銅內(nèi)核冶金結(jié)合。
圖2B表示覆鈦的銅匯流條的橫截面微觀結(jié)構(gòu)，該匯流條在第一次拉拔之后在惰性氣體保護(hù)下在880℃下熱處理了2分鐘。如圖2B所示，鈦包覆層和銅內(nèi)核的橫截面微觀結(jié)構(gòu)為三層鈦包覆層(1)、熔融層(5)和銅內(nèi)核(2)，并且顯示出鈦和銅很好地結(jié)合在一起。
實(shí)施例3通過進(jìn)行第一次拉拔以及隨后的熱處理制得覆鈦的銅匯流條，將該匯流條進(jìn)行再次拉拔，得到外直徑為24毫米的匯流條，然后在850℃下再熱處理30分鐘，得到結(jié)合良好的覆鈦的銅匯流條。制得的覆鈦的銅匯流條表現(xiàn)出良好的金屬結(jié)合。
另外，將實(shí)施例2的具有鈦包覆層(1)、熔融層(5)和銅內(nèi)核(2)三層結(jié)構(gòu)的覆鈦的銅匯流條進(jìn)行再次拉拔并在700℃再熱處理10分鐘，制得覆鈦的銅匯流條。圖2C表示制得的覆鈦的銅匯流條的橫截面微觀結(jié)構(gòu)。如圖2C所示，由于拉拔法，由脆性金屬間化合物形成的熔融層不連續(xù)分布，但是顯示出良好的金屬結(jié)合，所述金屬間化合物由低溫共晶反應(yīng)形成。
實(shí)施例4將極薄的鋁(或鋁合金)片作為中間結(jié)合物質(zhì)嵌入到鈦管和銅內(nèi)核之間，所述鈦管的外直徑為32毫米并且沒有雜質(zhì)，所述銅內(nèi)核的外直徑為29毫米，使用拉拔機(jī)進(jìn)行拉拔，制得外直徑為26毫米的覆鈦的銅匯流條。除了使用鋁(或鋁合金)作為中間結(jié)合物質(zhì)以外，還可以使用金(或金合金)、銀(或銀合金)、鉑(或鉑合金)、鋅(或鋅合金)、錫(或錫合金)或其它金屬的極薄的片或管。
為了將鈦包覆層與鋁中間結(jié)合物質(zhì)以及鋁中間結(jié)合物質(zhì)與銅內(nèi)核完全地結(jié)合，除了拉拔法之外，還可以單獨(dú)或聯(lián)合使用擠出法或軋制法。
第一次拉拔的覆鈦的銅匯流條在300℃下進(jìn)行30分鐘第一次熱處理，將鈦包覆層與鋁中間結(jié)合物質(zhì)之間的界面以及鋁中間結(jié)合物質(zhì)與銅內(nèi)核之間的界面結(jié)合。它們的界面冶金結(jié)合地很好。
圖3表示第一次拉拔和第一次熱處理完成后的覆鈦的銅匯流條的橫截面微觀結(jié)構(gòu)。如圖3所示，覆鈦的銅匯流條的橫截面微觀結(jié)構(gòu)為三層鈦包覆層(1)、中間結(jié)合物質(zhì)(3)和銅內(nèi)核(2)。
另外，將第一次拉拔和隨后熱處理的鍍鈦的銅進(jìn)行再次拉拔，制得外直徑為24毫米的覆鈦的銅匯流條。將再次拉拔的覆鈦的銅匯流條在300℃下再熱處理30分鐘，因此不能在鈦包覆層與鋁中間結(jié)合物質(zhì)之間的界面以及鋁中間結(jié)合物質(zhì)與銅內(nèi)核之間的界面上形成脆性的金屬間化合物。再次熱處理的溫度隨中間結(jié)合物質(zhì)的類型不同而變化。經(jīng)過第一次和第二次拉拔以及第一次和第二次熱處理之后，覆鈦的銅匯流條的橫截面微觀結(jié)構(gòu)顯示為三層鈦包覆層(1)、中間結(jié)合物質(zhì)(3)和銅內(nèi)核(2)。
特別在這個(gè)實(shí)施例中，為了制備具有良好電導(dǎo)率和耐腐蝕性的覆鈦的銅匯流條，將完全機(jī)械結(jié)合的覆鈦的銅匯流條在300℃在惰性氣體中維持30分鐘，由此通過物質(zhì)傳遞(融合)將鈦包覆層與鋁中間結(jié)合物質(zhì)之間的界面或鋁中間結(jié)合物質(zhì)與銅內(nèi)核之間的界面冶金結(jié)合。用于金屬結(jié)合的熱處理溫度隨中間結(jié)合物質(zhì)的類型不同而變化。
實(shí)施例5將金(或金合金)、銀(或銀合金)、鉑(或鉑合金)作為中間結(jié)合物質(zhì)涂覆在直徑為32毫米的鈦管表面或直徑為29毫米的銅內(nèi)核表面上，所述鈦管或銅內(nèi)核沒有雜質(zhì)，將銅內(nèi)核嵌入到鈦管中，使用拉拔機(jī)進(jìn)行第一次拉拔，制得外直徑為26毫米的覆鈦的銅匯流條。
為了將中間結(jié)合物質(zhì)涂覆在鈦包覆層或銅內(nèi)核表面上，可以單獨(dú)或聯(lián)合使用化學(xué)沉積法、電鍍法、覆蓋法和浸漬法。涂覆的金屬層的厚度為1-5微米。
為了將具有中間涂覆層的鈦包覆層與銅內(nèi)核、鈦包覆層與具有中間涂覆層的銅內(nèi)核、或者具有中間涂覆層的鈦包覆層與具有中間涂覆層的銅內(nèi)核完全粘附，除了拉拔法之外，還可以單獨(dú)使用或者混合使用擠出法或軋制法。
將由鈦、中間結(jié)合物質(zhì)和銅制成的第一次拉拔的覆鈦的銅匯流條在800℃下在惰性氣體中熱處理30分鐘，將中間結(jié)合物質(zhì)和銅內(nèi)核的界面冶金結(jié)合。熱處理的溫度隨中間結(jié)合物質(zhì)的類型不同而變化。
當(dāng)覆鈦的銅匯流條的具有良好耐氧化性的中間結(jié)合物質(zhì)涂覆層如金(或金合金)、銀(或銀合金)、鉑(或鉑合金)在鈦和銅內(nèi)核或鈦包覆管的表面時(shí)，可以在空氣中進(jìn)行熱處理，也可以在真空或惰性氣體中進(jìn)行熱處理。
圖4表示通過拉拔和隨后的熱處理制得的覆鈦的銅匯流條的橫截面微觀結(jié)構(gòu)。如圖4所示，第一次拉拔和熱處理后的覆鈦的銅匯流條的橫截面微觀結(jié)構(gòu)為三層鈦包覆層(1)、中間結(jié)合物質(zhì)(3)和銅內(nèi)核(2)。
將第一次拉拔和熱處理的覆鈦的銅匯流條進(jìn)行再次拉拔，形成外直徑為23毫米的覆鈦的銅匯流條，然后在300℃下再進(jìn)行30分鐘熱處理，制得界面結(jié)合狀態(tài)良好的覆鈦的銅匯流條。
如上所述，本發(fā)明提供了一種低成本制備具有良好電導(dǎo)率和耐腐蝕性的覆鈦的銅匯流條的方法，該方法用具有良好耐腐蝕性的鈦(純鈦或鈦合金)包覆具有良好電導(dǎo)率的銅(純銅或銅合金)。
特別地，本發(fā)明可以制備能在高度腐蝕的氣氛中長(zhǎng)期使用的匯流條，例如在產(chǎn)生氯氣或硫酸氣體的用于電鍍的電解池或電鍍池中長(zhǎng)期使用的匯流條。
因此，所述具有高電流密度和高頻率的覆鈦的銅匯流條可用于電解，而且所述覆鈦的銅匯流條具有良好的電導(dǎo)率和耐腐蝕性，其制備方法有助于與各種類型腐蝕物質(zhì)接觸的電解和金電鍍?cè)O(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，并延長(zhǎng)所述設(shè)備的使用壽命。
在不偏離本發(fā)明的主旨和實(shí)質(zhì)特點(diǎn)的前提下，本發(fā)明可以以幾種形式實(shí)施，應(yīng)當(dāng)理解的是，除非特別說明，上述的實(shí)施方式不局限于以上的詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)在隨附的權(quán)利要求限定的主旨和范圍內(nèi)理解本發(fā)明，因此在權(quán)利要求的范圍或等價(jià)范圍內(nèi)的所有改變或更改都包括在隨附的權(quán)利要求內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有良好耐腐蝕性和電導(dǎo)率的覆鈦的銅匯流條，該匯流條包括銅內(nèi)核；在所述銅內(nèi)核周圍的鈦包覆層；以及由鈦和銅在它們的界面上的相互作用形成的界面反應(yīng)層，所述界面反應(yīng)層為通過機(jī)械粘附和/或熱處理在銅與鈦之間進(jìn)行相互物質(zhì)傳遞而形成的固相反應(yīng)層，或者由低溫共晶反應(yīng)形成的熔融層，或者所述固相反應(yīng)層和熔融層的組合，其中，該匯流條的橫截面結(jié)構(gòu)為鈦包覆層/界面反應(yīng)層/銅內(nèi)核/界面反應(yīng)層/鈦包覆層，所述鈦和銅以純金屬或合金的形式使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的匯流條，該匯流條在鈦包覆層和銅內(nèi)核之間的界面上還包括中間結(jié)合物質(zhì)，所述中間結(jié)合物質(zhì)具有與鈦、銅或鈦和銅二者反應(yīng)的活性和良好的塑性形變特性和耐氧化性，其中，所述匯流條的橫截面結(jié)構(gòu)為鈦包覆層/界面反應(yīng)層/中間結(jié)合物質(zhì)/界面反應(yīng)層/銅內(nèi)核/界面反應(yīng)層/中間結(jié)合物質(zhì)/界面反應(yīng)層/鈦包覆層；鈦包覆層/界面反應(yīng)層/中間結(jié)合物質(zhì)/銅內(nèi)核/中間結(jié)合物質(zhì)/界面反應(yīng)層/鈦包覆層；或鈦包覆層/中間結(jié)合物質(zhì)/界面反應(yīng)層/銅內(nèi)核/界面反應(yīng)層/中間結(jié)合物質(zhì)/鈦包覆層。
3.一種具有良好的耐腐蝕性和電導(dǎo)率的覆鈦的銅匯流條，該匯流條包括銅內(nèi)核；在所述銅內(nèi)核周圍的鈦包覆層；以及在鈦包覆層和銅內(nèi)核之間的界面上的中間結(jié)合物質(zhì)，所述中間結(jié)合物質(zhì)具有與鈦、銅或鈦和銅二者反應(yīng)的活性和良好的塑性形變特性和耐氧化性，其中，該匯流條的橫截面結(jié)構(gòu)為鈦包覆層/中間結(jié)合物質(zhì)/銅內(nèi)核/中間結(jié)合物質(zhì)/鈦包覆層，所述鈦和銅以純金屬或合金的形式使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的匯流條，其中，所述中間結(jié)合物質(zhì)為選自由金、銀、鉑、鋁、鋅、錫、釩、鎳以及含有這些元素中的一種作為主要成分的合金所組成的組中，所述中間結(jié)合物質(zhì)為嵌入到鈦包覆層和銅內(nèi)核之間的界面中的薄管或薄片的形式，或者為在鈦包覆層或銅內(nèi)核的至少一個(gè)表面上形成的涂覆層的形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的匯流條，其中，所述薄管、薄片物質(zhì)或涂覆層的厚度為1-1000微米。
6.一種具有良好電導(dǎo)率和耐腐蝕性的覆鈦的銅匯流條的制備方法，該方法包括制備銅或銅合金內(nèi)核和鈦或鈦合金包覆層，以5-75％的縮減率將所述鈦或鈦合金包覆層和銅或銅合金內(nèi)核機(jī)械結(jié)合，通過在250-950℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行第一次熱處理，將所述鈦或鈦合金包覆層和銅或銅合金內(nèi)核冶金結(jié)合，以及將冶金結(jié)合的鈦包覆層和銅內(nèi)核機(jī)械變形，減小其尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，機(jī)械結(jié)合步驟和機(jī)械變形步驟是通過使用擠出法、拉拔法或軋制法進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，第一次熱處理在250-850℃、在真空或惰性氣氛中進(jìn)行5-300分鐘，在鈦或鈦合金包覆層和銅或銅合金內(nèi)核之間的界面上形成固相反應(yīng)層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，第一次熱處理在880-950℃的溫度下進(jìn)行1-30分鐘，在鈦或鈦合金包覆層和銅或銅合金內(nèi)核之間的界面上形成熔融層。
10.一種制備具有良好電導(dǎo)率和耐腐蝕性的覆鈦的銅匯流條的方法，該方法包括將具有良好塑性形變性和耐氧化性的中間結(jié)合物質(zhì)施用到鈦或鈦合金包覆層與銅或銅合金內(nèi)核之間；將鈦或鈦合金包覆層與中間結(jié)合物質(zhì)在它們的界面上進(jìn)行機(jī)械結(jié)合，將中間結(jié)合物質(zhì)與銅或銅合金內(nèi)核在它們的界面上進(jìn)行機(jī)械結(jié)合，通過在250-1000℃的溫度下對(duì)鈦或鈦合金包覆層、中間結(jié)合物質(zhì)和銅或銅合金內(nèi)核進(jìn)行1-240分鐘的第一次熱處理，將鈦或鈦合金包覆層、中間結(jié)合物質(zhì)和銅或銅合金內(nèi)核冶金結(jié)合；以及將冶金結(jié)合的鈦或鈦合金包覆層、中間結(jié)合物質(zhì)和銅或銅合金內(nèi)核進(jìn)行機(jī)械縮減。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，將薄管或薄片作為中間結(jié)合物質(zhì)嵌入到鈦或鈦合金包覆層與銅或銅合金內(nèi)核之間，所述薄管或薄片由選自由金、銀、鉑、鋁、鋅、錫、釩、鎳以及含有這些元素中的一種作為主要成分的合金所組成的組中的一種制得。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，將選自由金、銀、鉑、鋁、鋅、錫、釩、鎳以及含有這些元素中的一種作為主要成分的合金所組成的組中的一種作為中間結(jié)合物質(zhì)涂覆到鈦或鈦合金包覆層的表面、或者銅或銅合金內(nèi)核的表面、或者鈦或鈦合金包覆層的表面和銅或銅合金內(nèi)核的表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，使用鍍金屬法、真空或化學(xué)沉積法、覆蓋法或浸漬法中的至少一種涂覆中間結(jié)合物質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12的方法，其中，所述中間結(jié)合物質(zhì)的薄管、薄片或涂覆層的厚度為1-1000微米。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，對(duì)于機(jī)械結(jié)合和機(jī)械縮減步驟，單獨(dú)使用或者聯(lián)合使用擠出法、拉拔法或軋制法中的一種或幾種方法。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，第一次熱處理是在惰性或真空氣氛下進(jìn)行的。
17.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其中，第一次熱處理是在惰性或真空氣氛下或者在空氣中進(jìn)行的。
18.根據(jù)權(quán)利要求6或10的方法，其中，該方法還包括在200-850℃下對(duì)覆鈦的銅匯流條進(jìn)行1-240分鐘的第二次熱處理。
全文摘要
公開了一種具有良好耐腐蝕性和電導(dǎo)率的覆鈦的銅匯流條及其制備方法，該匯流條是通過將具有良好耐腐蝕性的鈦或鈦合金與具有良好電導(dǎo)率的銅或銅合金結(jié)合而制得的。由于固相反應(yīng)或低溫共晶反應(yīng)，該匯流條在鈦包覆層和銅內(nèi)核之間具有界面反應(yīng)層。而且，該匯流條在鈦包覆層和銅內(nèi)核之間替代性地或額外地具有中間結(jié)合物質(zhì)。
文檔編號(hào)H01B13/00GK1776827SQ20051012320
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月16日
發(fā)明者都正萬, 尹珍國(guó), 樸鐘九, 孔二子, 孔正允 申請(qǐng)人:韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院