一種鋁?銅雙金屬復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁?銅雙金屬復(fù)合材料的制備方法，首先分別對鋁塊和銅塊進(jìn)行預(yù)處理，然后將表面沉積鎳的鎢纖維網(wǎng)置于鋁和銅之間，一并放置于熱壓磨具中進(jìn)行熱壓微區(qū)擴(kuò)散成型，得到鋁?銅雙金屬復(fù)合材料。本發(fā)明鋁?銅雙金屬復(fù)合材料的制備方法，在鎢纖維表面物理沉積適當(dāng)厚度的Ni，有利于其向鋁和銅兩側(cè)擴(kuò)散；利用鋁與銅在熔點上的差別，保證高溫條件下表面熔化的純鋁通過鎢纖維微區(qū)擴(kuò)散與固態(tài)銅合金形成微米級界面結(jié)合組織，實現(xiàn)鋁和銅兩者冶金結(jié)合，形成的雙金屬復(fù)合材料除了具有鋁和銅各自優(yōu)越性能外，同時還具有較高的界面強(qiáng)度，其界面剪切強(qiáng)度可達(dá)100Mpa以上。
【專利說明】
一種鋁-銅雙金屬復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于雙金屬復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁-銅雙金屬復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]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、攪拌摩擦焊等焊接的方法實現(xiàn)Al-Cu雙金屬的連接。但由于Al、Cu兩種金屬熔點相差424°C，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金屬間化合物CuAl2,這一脆硬相致使兩種金屬連接后的材料結(jié)合強(qiáng)度低，其剪切強(qiáng)度一般為50-60MPa，而且使用過程中易生成裂紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種鋁-銅雙金屬復(fù)合材料的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)制備的鋁-銅復(fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度低，使用過程中易生成裂紋的問題。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種鋁-銅雙金屬復(fù)合材料的制備方法，首先分別對鋁塊和銅塊進(jìn)行預(yù)處理，然后將表面沉積鎳的鎢纖維網(wǎng)置于鋁和銅之間，一并放置于熱壓磨具中進(jìn)行熱壓微區(qū)擴(kuò)散成型，得到鋁-銅雙金屬復(fù)合材料。
[0005]本發(fā)明的特點還在于，
[0006]鋁塊和銅塊的預(yù)處理:將純銅或純鋁浸泡在10%硝酸酒精進(jìn)行酸洗，酸洗I?5min，再用酒精清洗。
[0007]鎢纖維網(wǎng)表面沉積鎳是用酒精沖洗鎢纖維網(wǎng)表面油漬，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到6.67 X 10—2Pa后，對鎢纖維網(wǎng)表面沉積鎳10?30min。
[0008]熱壓微區(qū)擴(kuò)散成型的具體過程為:將表面沉積鎳的鎢纖維網(wǎng)置于鋁和銅之間，一并放置于熱壓磨具，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 X 10—3Pa?6.67 X 10—2Pa后開始加熱燒結(jié)20?60min，加熱溫度到580?640 0C后保溫10?90min，加熱過程中給熱壓模具加壓2_6Mpa，待鋁-銅完成微區(qū)擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻。
[0009]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明鋁-銅雙金屬復(fù)合材料的制備方法，在鎢纖維表面物理沉積適當(dāng)厚度的Ni，有利于其向鋁和銅兩側(cè)擴(kuò)散;利用鋁與銅在熔點上的差別，保證高溫條件下表面熔化的純鋁通過鎢纖維微區(qū)擴(kuò)散與固態(tài)銅合金形成微米級界面結(jié)合組織，實現(xiàn)鋁和銅兩者冶金結(jié)合，形成的雙金屬復(fù)合材料除了具有鋁和銅各自優(yōu)越性能外，同時還具有較高的界面強(qiáng)度，其界面剪切強(qiáng)度可達(dá)10Mpa以上。
【附圖說明】
[0010]圖1是實施例2制備鋁-銅雙金屬復(fù)合材料界面結(jié)合區(qū)組織；
[0011]圖2是實施例2制備的鋁-銅雙金屬復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度曲線。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0013]本發(fā)明鋁-銅雙金屬復(fù)合材料的制備方法，首先分別對鋁塊和銅塊進(jìn)行預(yù)處理，然后將表面沉積鎳的鎢纖維網(wǎng)置于鋁和銅之間，一并放置于熱壓磨具中進(jìn)行熱壓微區(qū)擴(kuò)散成型，得到鋁-銅雙金屬復(fù)合材料。
[0014]具體步驟為:
[0015]步驟I，將純銅或純鋁浸泡在10%硝酸酒精進(jìn)行酸洗，酸洗I?5min，再用酒精清洗后備用
[0016]步驟2，用酒精沖洗鎢纖維網(wǎng)表面油漬，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到6.67 X 10—2Pa后，對鎢纖維網(wǎng)表面沉積鎳10?30min ；
[0017]步驟3，將表面沉積鎳的鎢纖維網(wǎng)置于鋁和銅之間，一并放置于熱壓磨具，然后將熱壓模具放入真空熱壓燒結(jié)爐中，為了防止界面上出現(xiàn)氧化物，對真空熱壓燒結(jié)爐抽真空，當(dāng)燒結(jié)爐內(nèi)真空度達(dá)到6.67 X 10—3Pa?6.67 X 10—2Pa后開始加熱燒結(jié)20?60min，加熱溫度至IJ580?640°C后保溫10?90min，加熱過程中給熱壓模具加壓2-6Mpa，待鋁-銅完成微區(qū)擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻，得到鋁-銅雙金屬復(fù)合材料。
[0018]Ni材料作為鎢纖維表面沉積材料，其中Ni元素可與Al形成多孔結(jié)構(gòu)界面組織，Ni與Cu無限固溶;在制備鋁-銅雙金屬復(fù)合材料時，不同目數(shù)的鎢纖維可以隔離純鋁與純銅之間整體擴(kuò)散，抑制金屬件化合物產(chǎn)生CuAl2，強(qiáng)化鋁-銅雙金屬材料界面組織，實現(xiàn)鋁-銅雙金屬材料高強(qiáng)度冶金結(jié)合。
[0019]本發(fā)明鋁-銅雙金屬復(fù)合材料的制備方法，結(jié)合界面均勻，同時還具有較高的界面強(qiáng)度，其界面剪切強(qiáng)度最高可達(dá)10Mpa以上，其制備工藝簡單可靠，綠色環(huán)保。
[0020]實施例1
[0021 ] 制備鋁-銅雙金屬復(fù)合材料，將純鋁加工尺寸為Φ 30mm X 20mm圓柱體，同時，準(zhǔn)備尺寸大小為Φ 30_ X 30mm的純銅；
[0022]將純銅和純鋁浸泡在10%硝酸酒精進(jìn)行酸洗，酸洗lmin，再用酒精清洗后保存?zhèn)溆茫?br>[0023]將30目的鎢纖維網(wǎng)用酒精沖洗表面油漬，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到6.67 X 10—2Pa后，對30目的鎢纖維網(wǎng)表面沉積Ni材料15min ；
[0024]將純鋁、30目鎢纖維網(wǎng)、純銅放置于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 X 10—2Pa后，加熱30min，溫度到600 °C后保溫40min，加熱過程中給熱壓模具加壓3Mpa，待鋁-銅完成微區(qū)擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻，即可獲得高強(qiáng)度鋁-銅雙金屬材料，界面剪切強(qiáng)度可達(dá)96MPa。
[0025]實施例2
[0026]制備鋁-銅雙金屬復(fù)合材料，將純鋁加工尺寸為Φ 40mm X 30mm圓柱體，同時，準(zhǔn)備尺寸大小為Φ 40_ X 30mm的純銅；
[0027]將純銅和純鋁浸泡在10%硝酸酒精進(jìn)行酸洗，酸洗2min，再用酒精清洗后保存?zhèn)溆茫?br>[0028]將60目的鎢纖維網(wǎng)用酒精沖洗表面油漬，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到6.67 X 10—2Pa后，對60目的鎢纖維網(wǎng)表面沉積Ni材料20min;
[0029]將純鋁、60目鎢纖維網(wǎng)、純銅放置于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3.34 X 10—2Pa后，加熱35min，溫度到620 °C后保溫50min，加熱過程中給熱壓模具加壓4Mpa，待鋁-銅完成微區(qū)擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻，即可獲得高強(qiáng)度鋁-銅雙金屬材料，界面剪切強(qiáng)度可達(dá)104MPa。
[0030]圖1為本實施例制備的鋁-銅雙金屬復(fù)合材料的結(jié)合界面組織，在圖1左側(cè)為純鋁(Al)，右側(cè)為純銅(Cu)，中間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為界面過渡層與兩側(cè)的純鋁和純銅緊密結(jié)合，并且還有白色的鎢纖維存在，起到強(qiáng)化界面的作用。
[0031 ]圖2為本實施例制備的鋁-銅雙金屬復(fù)合材料進(jìn)行剪切實驗，所獲得的剪切強(qiáng)度曲線，從圖2中可以看到實施例下界面的剪切強(qiáng)度可達(dá)104.2Mpa。
[0032]實施例3
[0033]制備鋁-銅雙金屬復(fù)合材料，將純鋁加工尺寸為Φ 40mm X 30mm圓柱體，同時，準(zhǔn)備尺寸大小為Φ 40_ X 30mm的純銅；
[0034]將純銅和純鋁浸泡在10%硝酸酒精進(jìn)行酸洗，酸洗3min，再用酒精清洗后保存?zhèn)溆茫?br>[0035]將100目的鎢纖維網(wǎng)用酒精沖洗表面油漬，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到6.67 X 10—2Pa后，對100目的鎢纖維網(wǎng)表面沉積Ni材料25min ；
[0036]將純鋁、100目鎢纖維網(wǎng)、純銅放置于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3.34 X 10—2Pa后，加熱40min，溫度到630 °C后保溫50min，加熱過程中給熱壓模具加壓4Mpa，待鋁-銅完成微區(qū)擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻，即可獲得高強(qiáng)度鋁-銅雙金屬材料，界面剪切強(qiáng)度可達(dá)lOOMPa。
[0037]實施例4
[0038]制備鋁-銅雙金屬復(fù)合材料，將純鋁加工尺寸為Φ 50mm X 30mm圓柱體，同時，準(zhǔn)備尺寸大小為Φ 50_ X 30mm的純銅；
[0039]將純銅和純鋁浸泡在10%硝酸酒精進(jìn)行酸洗，酸洗2min，再用酒精清洗后保存?zhèn)溆茫?br>[0040]將150目的鎢纖維網(wǎng)用酒精沖洗表面油漬，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到6.67 X 10—2Pa后，對150目的鎢纖維網(wǎng)表面沉積Ni材料25min ；
[0041 ]將純鋁、150目鎢纖維網(wǎng)、純銅放置于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 X 10—3Pa后，加熱40min，溫度到630 °C后保溫60min，加熱過程中給熱壓模具加壓5Mpa，待鋁-銅完成微區(qū)擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻，即可獲得高強(qiáng)度鋁-銅雙金屬材料，界面剪切強(qiáng)度可達(dá)89MPa。
[0042]實施例5
[0043]制備鋁-銅雙金屬復(fù)合材料，將純鋁加工尺寸為Φ 40mm X 30mm圓柱體，同時，準(zhǔn)備尺寸大小為Φ 40_ X 30mm的純銅；
[0044]將純銅和純鋁浸泡在10%硝酸酒精進(jìn)行酸洗，酸洗4min，再用酒精清洗后保存?zhèn)溆茫?br>[0045]將100目的鎢纖維網(wǎng)用酒精沖洗表面油漬，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到6.67 X 10—2Pa后，對100目的鎢纖維網(wǎng)表面沉積Ni材料1min ；
[0046]將純鋁、100目鎢纖維網(wǎng)、純銅放置于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9.54 X 10—3Pa后，加熱60min，溫度到640 °C后保溫1min，加熱過程中給熱壓模具加壓6Mpa，待鋁-銅完成微區(qū)擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻，即可獲得高強(qiáng)度鋁-銅雙金屬材料。
[0047]實施例4
[0048]制備鋁-銅雙金屬復(fù)合材料，將純鋁加工尺寸為Φ 50mm X 30mm圓柱體，同時，準(zhǔn)備尺寸大小為Φ 50_ X 30mm的純銅；
[0049]將純銅和純鋁浸泡在10%硝酸酒精進(jìn)行酸洗，酸洗5min，再用酒精清洗后保存?zhèn)溆茫?br>[0050]將150目的鎢纖維網(wǎng)用酒精沖洗表面油漬，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到6.67 X 10—2Pa后，對150目的鎢纖維網(wǎng)表面沉積Ni材料30min ；
[0051 ]將純鋁、150目鎢纖維網(wǎng)、純銅放置于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8.89 X 10—3Pa后，加熱20min，溫度到580 °C后保溫90min，加熱過程中給熱壓模具加壓2Mpa，待鋁-銅完成微區(qū)擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻，即可獲得高強(qiáng)度鋁-銅雙金屬材料。
【主權(quán)項】
1.一種鋁-銅雙金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，首先分別對鋁塊和銅塊進(jìn)行預(yù)處理，然后將表面沉積鎳的鎢纖維網(wǎng)置于鋁和銅之間，一并放置于熱壓磨具中進(jìn)行熱壓微區(qū)擴(kuò)散成型，得到鋁-銅雙金屬復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁-銅雙金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，鋁塊和銅塊的預(yù)處理:將純銅或純鋁浸泡在10%硝酸酒精進(jìn)行酸洗，酸洗I?5min，再用酒精清洗。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁-銅雙金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，鎢纖維網(wǎng)表面沉積鎳是用酒精沖洗鎢纖維網(wǎng)表面油漬，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當(dāng)真空度達(dá)至丨」6.67 X 10—2Pa后，對鎢纖維網(wǎng)表面沉積鎳10?30min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁-銅雙金屬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，熱壓微區(qū)擴(kuò)散成型的具體過程為:將表面沉積鎳的鎢纖維網(wǎng)置于鋁和銅之間，一并放置于熱壓磨具，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.6.67X10—3Pa?6.67 X 10—2Pa后開始加熱燒結(jié)20?60min，加熱溫度到580?640°C后保溫10?90min，加熱過程中給熱壓模具加壓2-6Mpa，待鋁-銅完成微區(qū)擴(kuò)散成型后，隨爐冷卻。
【文檔編號】B23K103/18GK106077937SQ201610473645
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】鄒軍濤, 梁淑華, 魏艷妮, 羅永光, 曲洪濤
【申請人】西安理工大學(xué)