專利名稱：一種鋁包銅復(fù)合材料的靜液擠壓制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁包銅復(fù)合材料的制備方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋁包銅復(fù)合材料的靜液擠壓制備方法。具體是一種鋁包銅復(fù)合棒、線材的制備方法，所加工成形的鋁包銅材界面實(shí)現(xiàn)良好的固相冶金結(jié)合，使鋁包銅線具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和工藝成型性能。
背景技術(shù)：
銅的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好，目前在電力傳輸、信號(hào)傳輸、熱傳導(dǎo)等領(lǐng)域依然是最主要材料。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界最大的銅產(chǎn)品生產(chǎn)國也是最大的銅資源進(jìn)口國，每年需要進(jìn)口大量銅資源保證生產(chǎn)需要，近年來銅價(jià)飛漲極大影響了國內(nèi)企業(yè)的經(jīng)營效益。我國是鋁資源大國，雖然鋁導(dǎo)電性能稍差于銅，但隨著復(fù)合技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，在保證導(dǎo)電性能的前提下采用復(fù)合技術(shù)，用廉價(jià)的金屬部分替代銅以降低生產(chǎn)成本已經(jīng)成為國內(nèi)外研究開發(fā)重點(diǎn)，其中銅鋁復(fù)合材料一種有廣泛開發(fā)前景的理想的純銅替代品。以鋁包銅代替純銅的產(chǎn)品包括大面積導(dǎo)線排、CATV同軸射頻電纜內(nèi)導(dǎo)體甚至是家用電線等。由于充分發(fā)揮了銅優(yōu)良的導(dǎo)電性能和鋁密度低的優(yōu)勢，可以顯著減輕產(chǎn)品的重量和體積，具有廣闊的應(yīng)用前景。鋁包銅線的加工方法有多種，包括軋制壓接法、包覆焊接法、鑄造法等。但都存在受成形工藝影響，容易造成銅鋁界面間結(jié)合質(zhì)量較差，從而影響鋁包銅棒、線的導(dǎo)電性能和應(yīng)用性能。靜液擠壓法是一種高壓下潤滑擠壓工藝，可以在低外摩擦條件下，通過高壓下大變形加工復(fù)合，從而獲得良好的冶金結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種鋁包銅復(fù)合材料的靜液擠壓制備方法，本發(fā)明在傳統(tǒng)靜液擠壓工藝基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化擠壓坯料制備方法，優(yōu)化坯料表面處理工藝，優(yōu)化靜液擠壓工藝，可以擠壓加工不同規(guī)格和截面比的鋁包銅復(fù)合材料，使銅鋁界面達(dá)到最佳冶金結(jié)合同時(shí)，簡化工藝，同時(shí)具備加工大規(guī)格鋁包銅產(chǎn)品的能力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種鋁包銅復(fù)合材料的制備方法，該方法包括如下步驟:(I)采用純鋁管和純銅棒作為原料，鋁管為采用冷擠壓、冷旋壓或冷沖壓方法制備，銅棒則采用熱擠壓加工，鋁管內(nèi)徑與銅棒外徑滑動(dòng)配合，將鋁管頭部冷旋壓出密封頭錐，銅棒頭部車削出錐，錐度與鋁管內(nèi)錐一致，所述鋁管和銅棒經(jīng)經(jīng)表面潔凈化處理(機(jī)械打磨、酸堿洗和清洗干燥)后，緊密配合套裝形成擠壓坯料，為保證加壓中外表面阻力最小，在擠壓坯料(鋁管)外部涂覆如石墨乳一類的潤滑膜，完成上述工作后，在坯料尾部進(jìn)行密封處理；(2)在靜液擠壓錐形模表面涂覆潤滑劑后，將模具裝入擠壓模架，將步驟(I)所得擠壓坯料送入擠壓筒，充填擠壓介質(zhì)后進(jìn)行靜液擠壓，擠壓比大于等于6，擠壓得到冶金結(jié)合的招包銅復(fù)合棒料；
(3)對(duì)鋁包銅復(fù)合棒料進(jìn)行軟化退火處理，降低內(nèi)應(yīng)力并使銅鋁界面擴(kuò)散層進(jìn)一步加厚，保證結(jié)合強(qiáng)度，退火溫度為150°C 300°C，退火時(shí)間I 3小時(shí)；(4)根據(jù)成品尺寸要求，可以進(jìn)行后續(xù)冷加工，即通過拉拔、旋鍛、軋制等常規(guī)冷加工方法達(dá)到要求的成品尺寸，可制得鋁包銅復(fù)合線材(圓線或細(xì)扁線)。其中道次冷加工率為10 30%，總的冷加工率可達(dá)到80%。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于:所述的擠壓坯料中銅所占的截面積比為30% 70%。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于:所述步驟(I)中的銅棒為熱擠壓銅棒料，在650 750°C下進(jìn)行20 60分鐘的軟化退火處理，車削出錐成型后，再用酸洗鈍化，去除氧化皮，保證表面光潔；所述的鋁管為經(jīng)過冷擠壓、冷軋制等方法加工后，晶粒充分均勻細(xì)化的冷作硬化管坯，經(jīng)化學(xué)清洗去除表面油污氧化。銅棒鋁管在烘干清潔的條件下套裝成為鋁包銅擠壓坯料。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于:所述步驟(I)中的將鋁管頭部冷旋壓+車削出密封頭錐，錐度為內(nèi)錐度30° 60°，外錐比內(nèi)錐大3 5度。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于:所述步驟⑴中，套裝成為鋁包銅坯料后，坯料底部銅棒比鋁管高出0.1 0.5mm。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于:所述步驟(2)中在靜液擠壓錐形模具的角度比鋁包銅坯料頭錐度大3 5°。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于:所述步驟(2)中所述的擠壓比為6 20。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于:所述步驟(2)中所述的靜液擠壓過程中，擠壓突破前，擠壓桿移動(dòng)速度不低于30mm/s，擠壓突破后，擠壓桿移動(dòng)速度應(yīng)保持在10mm/S 25mm/s。本發(fā)明涉及一種鋁包銅材靜液擠壓成型方法，工藝步驟包括一.使用壓力加工方法結(jié)合熱處理獲得硬度匹配的純鋁管坯和純銅棒坯。二.將鋁管坯和銅棒坯分別進(jìn)行壓力加工和機(jī)加工處理，保證尺寸的匹配。三、分別對(duì)銅、鋁進(jìn)行表面清潔處理后，進(jìn)行裝配成為擠壓坯料。四、對(duì)擠壓坯料與擠壓模具進(jìn)行表面潤滑處理；五.將擠壓坯料及壓力介質(zhì)置于模具內(nèi)，進(jìn)行大加工率靜液擠壓復(fù)合，獲得鋁包銅棒料。六、對(duì)鋁包銅棒料進(jìn)一步進(jìn)行加工可獲得鋁包銅線材。本發(fā)明生產(chǎn)的鋁包銅線、棒材表面質(zhì)量好，結(jié)合強(qiáng)度高，力學(xué)性能高。可以承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、壓扁、鉆孔等后續(xù)加工，不會(huì)出現(xiàn)銅鋁分層的問題。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。實(shí)施例1尺寸為Φ20πιπι直徑，銅截面比為65%的鋁包銅棒的制備。(I)采用鋁管和銅棒作為原料。外徑Φ50πιπι，內(nèi)徑40mm鋁管為經(jīng)過擠壓、軋制等方法加工后晶粒均勻細(xì)化的硬化狀態(tài)的管坯。銅棒為純度99%以上的擠壓態(tài)或鍛態(tài)純銅。將鋁管旋壓出密封錐，外錐度為60°，內(nèi)錐度為55°，并經(jīng)15%氫氧化鈉堿水清洗3 10分鐘烘干。將直徑大于40mm銅棒進(jìn)行70(TC，30分鐘軟化退火，車削使外徑能滑動(dòng)配合裝入鋁管內(nèi)，頭部車出55°錐角，采用15%稀硫酸洗液，酸洗5分鐘去除氧化皮，鈍化處理后沖洗保證表面光潔。將清潔干燥狀態(tài)鋁管與銅棒配合套裝形成擠壓坯料，坯料尾部銅棒露出約0.5_。擠壓坯料外部涂覆石墨乳潤滑膜，擠壓坯料尾部進(jìn)行密封處理；(2)使用擠壓筒直徑為50mm的冷靜液擠壓機(jī)，模具出口直徑為20mm，模具角度為65°。在靜液擠壓錐形模表面涂覆潤滑劑后，將模具裝入擠壓模架，將擠壓坯料送入擠壓筒，根據(jù)擠壓筒空容積和坯料體積之差，充填足夠擠壓介質(zhì)進(jìn)行靜液擠壓，擠壓突破前，擠壓桿移動(dòng)速度為35 40mm/s,擠壓突破后,擠壓速度為10 15mm/s,擠壓比6,擠壓壓力不大于8000大氣壓。得到Φ 20mm鋁包銅復(fù)合棒料。實(shí)施例2尺寸為cp3mm，銅截面比約為50%的鋁包銅線的制備。(I)采用純鋁管和純銅棒作為原料。外徑Φ50πιπι，內(nèi)徑35mm鋁管為經(jīng)過擠壓、軋制等方法加工后晶粒均勻細(xì)化的硬化狀態(tài)的管坯。銅棒為純度99%以上的擠壓態(tài)或鍛態(tài)純銅。將鋁管旋壓出密封錐，外錐度為45°，內(nèi)錐度為40°，并經(jīng)15%氫氧化鈉堿水清洗3 10分鐘烘干。將直徑大于35mm銅棒進(jìn)行700°C，30分鐘軟化退火，車削使外徑能滑動(dòng)配合裝入鋁管內(nèi)，頭部車出40°錐角，采用15%稀硫酸洗液，酸洗5分鐘去除氧化皮，鈍化處理后沖洗保證表面光潔。將清潔干燥狀態(tài)鋁管與銅棒緊密配合套裝形成擠壓坯料，坯料尾部銅棒露出約0.2_。擠壓坯料外部涂覆石墨乳潤滑膜，擠壓坯料尾部進(jìn)行密封處理；(2)使用擠壓筒直徑為50mm的冷靜液擠壓機(jī)，模具出口直徑為11mm，模具角度為48°。在靜液擠壓錐形模表面涂覆潤滑劑后，將模具裝入擠壓模架，將擠壓坯料送入擠壓筒，根據(jù)擠壓筒空容積和坯料體積之差，充填足夠擠壓介質(zhì)進(jìn)行靜液擠壓，擠壓突破前，擠壓桿移動(dòng)速度為35 40mm/s,擠壓突破后,擠壓速度為10 15mm/s,擠壓比20,擠壓壓力不大于10000大氣壓。得到Φ Ilmm招包銅復(fù)合棒料。(3)對(duì)鋁包銅復(fù)合棒料進(jìn)行軟化退火處理，降低內(nèi)應(yīng)力并使銅鋁界面擴(kuò)散層進(jìn)一步加厚，保證結(jié)合強(qiáng)度，退火溫度為300°C，退火時(shí)間2小時(shí)；(4)將得到的鋁包銅復(fù)合棒坯以拉伸速度I 20m/min，道次加工率為10% 25%進(jìn)行多道次冷拉加工，至直尺寸達(dá)到(p3mm，得到鋁包銅復(fù)合線材。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種鋁包銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟: (1)采用純鋁管和純銅棒作為原料，鋁管內(nèi)徑與銅棒外徑滑動(dòng)配合，將鋁管頭部冷旋壓出密封頭錐，銅棒頭部車削出錐，錐度與鋁管內(nèi)錐一致，所述鋁管和銅棒經(jīng)表面潔凈化處理后，緊密配合套裝形成擠壓坯料，在擠壓坯料外部涂覆潤滑膜，完成上述工作后，在坯料尾部進(jìn)行密封處理； (2)在靜液擠壓錐形模表面涂覆潤滑劑后，將模具裝入擠壓模架，將步驟(I)所得擠壓坯料送入擠壓筒，充填擠壓介質(zhì)后進(jìn)行靜液擠壓，擠壓比大于等于6，擠壓得到鋁包銅復(fù)合棒料； (3)對(duì)鋁包銅復(fù)合棒料進(jìn)行軟化退火處理，退火溫度為150°C 300°C，退火時(shí)間I 3小時(shí)； (4)根據(jù)成品尺寸要求，進(jìn)行后續(xù)冷加工，制得鋁包銅復(fù)合線材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的擠壓坯料中銅所占的截面積比為30% 70%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(I)中的銅棒為熱擠壓銅棒料，在650 750°C下進(jìn)行20 60分鐘的軟化退火處理，車削出錐成型后，再用酸洗鈍化，去除氧化皮，保證表面光潔；所述的鋁管為經(jīng)過冷擠壓、冷軋制加工后，晶粒充分均勻細(xì)化的冷作硬化管坯，經(jīng)化學(xué)清洗去除表面油污氧化，銅棒鋁管在烘干清潔的條件下套裝成為鋁包銅擠壓坯料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(I)中的鋁管頭部的密封頭錐，錐度為內(nèi)錐度30° 60°，外錐比內(nèi)錐大3 5度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(I)中，套裝成為鋁包銅坯料后，坯料底部銅棒比鋁管高出0.1 0.5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中在靜液擠壓錐形模具的角度比鋁包銅坯料頭錐度大3 5°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中所述的擠壓比為6 20。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中所述的靜液擠壓過程中，擠壓突破前，擠壓桿移動(dòng)速度不低于30mm/s，擠壓突破后，擠壓桿移動(dòng)速度應(yīng)保持在IOmm/s 25mm/s0
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于鋁包銅復(fù)合材料的制備方法技術(shù)領(lǐng)域的一種鋁包銅復(fù)合材料的靜液擠壓制備方法。工藝步驟包括一、使用壓力加工方法結(jié)合熱處理獲得硬度匹配的純鋁管坯和純銅棒坯。二、將鋁管坯和銅棒坯分別進(jìn)行壓力加工和機(jī)加工處理，保證尺寸的匹配。三、分別對(duì)銅、鋁進(jìn)行表面清潔處理后，進(jìn)行裝配成為擠壓坯料。四、對(duì)擠壓坯料與擠壓模具進(jìn)行表面潤滑處理。五、將擠壓坯料及壓力介質(zhì)置于模具內(nèi)，進(jìn)行大加工率靜液擠壓復(fù)合，獲得鋁包銅棒料。六、對(duì)鋁包銅棒料進(jìn)一步進(jìn)行加工可獲得鋁包銅線材。本發(fā)明生產(chǎn)的鋁包銅線、棒材表面質(zhì)量好，結(jié)合強(qiáng)度高，力學(xué)性能高。
文檔編號(hào)H01B13/00GK103177817SQ20111043044
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者胡捷 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院