一種復合銅套及其制備方法
【專利摘要】本發明公開一種冷卻用復合銅套，所述復合銅套由外到內依次包括緊密貼合在一起的外銅套、橫向高熱導率材料層和內銅套，所述外銅套采用鉻鋯銅制備而成，所述外銅套采用無氧銅制備而成。本發明所述復合銅套具有較高的冷卻效率，能夠提升非晶、納米晶產品的性能，同時提高非晶、納米晶制帶設備的產品合格率。同時，本發明還公開了所述復合銅套的制備方法。
【專利說明】一種復合銅套及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于銅制冷卻銅套及其制備方法，尤其是一種用于非晶、納米晶帶材等制備中冷卻用銅套及其制備方法。
【背景技術】
[0002]現有的銅制冷卻銅套冷卻速度受限于銅合金的熱導率，在通常的非晶、納米晶帶材生產過程中，其冷卻效果尚能滿足要求。但是對一些要求較高的非晶納米晶產品而言，現有的銅制冷卻銅套的冷卻效果無法滿足需求。主要是因為:
[0003]一、現有銅套的厚度為30mm到50mm，如附圖1和2所示，當鋼液2與冷卻銅套I接觸時，鋼液2的熱量將集中沿著垂直方向導向冷卻銅套I內部的冷卻水3，由于此處冷卻銅套I溫度很高，與冷卻水3接觸面積較小，容易使冷卻水3產生氣化，空氣的熱導率相當于水的二十五分之一左右，致使冷卻銅套I與冷卻水3之間的實際導熱效率顯著降低，影響非晶成型工藝的穩定性。
[0004]二、現有銅制的銅套導熱系數為330W/m.k，低于無氧銅的400_410W/m.k,更低于石墨導熱片的1200-1500W/m.k和石墨烯的5000W/m.k。
[0005]因此，亟需研發一種新式的冷卻銅套，以能夠有效提升冷卻效率，從而提升非晶、納米晶產品的性能和非晶納米晶制帶設備的產品合格率。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有技術的不足之處而提供一種導熱效率較高、具有均勻的冷卻性、能夠提高非晶納米晶制帶設備的產品合格率的復合銅套；同時，本發明還提供了所述復合銅套的制備方法。
[0007]為實現上述目的，本發明采取的技術方案為:一種復合銅套，所述復合銅套由外到內依次包括緊密貼合在一起的外銅套、橫向高熱導率材料層和內銅套，所述外銅套采用鉻鋯銅制備而成，所述外銅套采用無氧銅制備而成。
[0008]本發明所述橫向高熱導率材料層中，橫向高熱導率材料指橫向熱導率高于無氧銅的 400-410W/m.k 的材料。
[0009]本發明所述復合銅套，由外到內依次為緊密貼合在一起的外銅套、橫向高熱導率材料層和內銅套，所述外銅套采用鉻鋯銅制備而成，鉻鋯銅具有耐磨、耐高溫侵蝕的特性，將其置于復合銅套的外部，有利于延長本發明所述復合銅套的使用壽命。所述外銅套和內銅套之間設有橫向高熱導率材料層，所述橫向高熱導率材料層為具有橫向高導熱率的材料，可使外銅套接收的熱量向四周傳導，增加了有效散熱面積，加強了外銅套的冷卻效率，防止局部過熱以及內部冷卻水氣化。所述內銅套采用無氧銅制備而成，利用無氧銅制備的內銅套與冷卻水的熱交換能力更高的特點，有效提升了本發明復合銅套的冷卻均勻性，使帶材質量更加穩定。
[0010]作為本發明所述復合銅套的優選實施方式,所述外銅套的厚度為5?30mm,所述橫向高熱導率材料層的厚度為0.1?1.5mm，所述外銅套的厚度為5?15mm。外銅套的厚度不應大于30mm，不然就會使得熱傳導距離過長，進而是表面溫度過高，不利于非晶形成，當然，所述外銅套的厚度也不應小于5mm，不然強度不夠，壽命短。所述橫向高熱導率材料層的厚度不大于1.5mm，如果厚度太厚成本過高，且影響銅套整體的結構穩定性。所述內銅套的厚度不應大于15_，過厚將影響熱傳導距離，影響散熱效率，提升外銅套表面溫度，影響非晶形成，所述內銅套的厚度不應小于5mm，否則強度不夠。
[0011]作為本發明所述復合銅套的優選實施方式，所述橫向高熱導率材料層為石墨烯或石墨導熱片。所述橫向高熱導率材料層選用石墨烯或石墨導熱片，石墨烯或石墨導熱片的導熱系數分別為石墨烯5000W/m.k、石墨導熱片1200-1500W/m.k，具有遠高于現有銅套的導熱系數，能夠將外銅套接收的熱量向四周傳導，增加有效散熱面積，加強外銅套的冷卻效率，防止局部過熱以及內部冷卻水氣化。
[0012]作為本發明所述復合銅套的優選實施方式，所述外銅套采用的鉻鋯銅中，鉻的質量百分含量為0.5?1.5%，鋯的質量百分含量為0.08?0.3%，余量為銅。
[0013]另外，本發明還提供了所述復合銅套的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0014](I)外銅套的制備:采用鉻鋯銅制備外銅套；
[0015](2)內銅套的制備:采用無氧銅制備內銅套；
[0016](3)在步驟(2)制備得到的內銅套外表面均勻粘貼橫向高熱導率材料層；
[0017](4)將外銅套受熱膨脹或將內銅套冷卻縮小或將外銅套受熱膨脹的同時將內銅套冷卻縮小，至所述外銅套的內徑大于所述內銅套的外徑；
[0018](5)將外表面粘貼有橫向高熱導率材料層的內銅套置于內徑因受熱膨脹而變大的外銅套中，自然冷卻，即得復合銅套。
[0019]所述步驟(I)和步驟(2)中，可以通過熔煉、澆鑄、鍛造、機械加工、拋磨等工藝制成內外光滑的外銅套和內銅套。
[0020]作為本發明所述復合銅套的制備方法的優選實施方式，所述步驟(2)中制備得到的內銅套的外徑大于等于步驟(I)制備得到的外銅套的內徑。作為本發明所述復合銅套的制備方法的更優選實施方式，所述步驟(2)制備得到的內銅套的外徑與步驟(I)制備得到的外銅套的內徑差不大于5_，如果內銅套的外徑比外銅套的內徑大太多，會存在內銅套不易被置于外銅套中的問題，因此優選內銅套的外徑比外銅套的內徑大5mm以內。
[0021]作為本發明所述復合銅套的制備方法的優選實施方式，所述步驟(3)中采用粘合劑將橫向高熱導率材料層粘貼在內銅套的外表面上，所述粘合劑能夠承受-30?300°C的溫度變化。所述橫向高熱導率材料層可通過粘合劑黏貼在內銅套的外表面，所述粘合劑需要能夠承受-30?300°C的溫度變化，以防止制備所得復合銅套在使用過程中，粘合劑失效。所述內銅套的外表面可均勻粘貼一層或以上的橫向高熱導率材料層。所述粘合劑優選但不限于HBC1099導熱硅膠，熱導系數0.86W/ Cm.K),使用溫度-60?300°C。
[0022]作為本發明所述復合銅套的制備方法的優選實施方式，所述步驟(4)中將外銅套在高溫液體中浸泡使得外銅套的內徑膨脹至大于所述內銅套的外徑；或者將所述內銅套在低溫液體中浸泡使得內銅套的外徑收縮至小于所述外銅套的內徑；或者將外銅套在高溫液體中浸泡使得外銅套的內徑膨脹的同時，將內銅套在低溫液體中浸泡使得內銅套的外徑收縮，至所述外銅套的內徑大于所述內銅套的外徑。所述高溫液體優選但不限于高溫熱油。[0023]本發明所述復合銅套，依次包括由鉻鋯銅制備而成的外銅套、橫向高熱導率材料層以及由無氧銅制備而成的內銅套三種不同材料構成，鉻鋯銅具有耐磨、耐高溫侵蝕的特性，將其置于復合銅套的外部，有利于延長所述復合銅套的使用壽命；所述橫向高熱導率材料層為具有橫向高導熱率的材料，可使外銅套接收的熱量向四周傳導，增加了有效散熱面積，加強了外銅套的冷卻效率，防止局部過熱以及內部冷卻水氣化；所述內銅套采用無氧銅制備而成，利用無氧銅制備的內銅套與冷卻水的熱交換能力更高的特點，有效提升了本發明復合銅套的冷卻均勻性，使帶材質量更加穩定。本發明所述復合銅套的制備方法，操作簡單，方便工業化推廣使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為采用現有冷卻銅套非晶制帶的結構示意圖。
[0025]圖2為采用現有冷卻銅套非晶制帶時的熱傳導示意圖。
[0026]圖3為本發明復合銅套的一種實施例的結構示意圖。
[0027]圖4為圖3所示復合銅套的爆炸結構示意圖。
[0028]圖5為采用本發明復合冷卻銅套非晶制帶時的熱傳導示意圖。
[0029]圖中，I為冷卻銅套、2為銅液、3為冷卻水、4為非晶鋼帶、5為熱量傳導方向、10為外銅套、20為橫向高熱導率材料層、30為內銅套。
【具體實施方式】
[0030]為更好的說明本發明的目的、技術方案和優點，下面將結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
[0031]實施例1
[0032]本發明復合銅套的一種實施例，如附圖3所示，本實施例所述復合銅套由外到內依次包括緊密貼合在一起的外銅套10、橫向高熱導率材料層20和內銅套30，所述外銅套10的厚度為5?30mm，所述橫向高熱導率材料層20的厚度為0.1?1.5mm，所述內銅套30的厚度為5?15mm，本領域技術人員可根據實際需要選擇合適厚度的外銅套、橫向高熱導率材料層和內銅套。
[0033]如附圖4所示，本實施例所述復合銅套采用以下方法制備而成:
[0034](I)外銅套的制備:采用鉻鋯銅通過熔煉、澆鑄、鍛造、機械加工、拋磨等工藝制備內外光滑的外銅套10 ；
[0035](2)內銅套的制備:采用無氧銅通過熔煉、澆鑄、鍛造、機械加工、拋磨等工藝制備內外光滑的制備內銅套30，所述內銅套的外徑大于等于步驟(I)制備得到的外銅套的內徑，且所述內銅套的外徑與步驟(I)制備得到的外銅套的內徑差不大于5mm ；
[0036](3)在步驟(2)制備得到的內銅套30外表面采用粘合劑均勻粘貼一層或以上的橫向高熱導率材料層20，所述粘合劑能夠承受-30?300°C的溫度變化；
[0037](4)將外銅套10在高溫熱油中浸泡，使外銅套10內徑因受熱膨脹變大至所述外銅套10的內徑大于所述內銅套30的外徑；
[0038](5)將外表面粘貼有橫向高熱導率材料層20的內銅套30置于內徑因受熱膨脹而變大的外銅套10中，自然冷卻，即得復合銅套。[0039]本實施例上述所述復合銅套的制備方法中，所述步驟(4)中，還可以將所述內銅套30在低溫液體中浸泡使得內銅套30的外徑收縮至小于所述外銅套10的內徑；或者將外銅套10在高溫熱油中浸泡使得外銅套10的內徑膨脹的同時，將內銅套30在低溫液體中浸泡使得內銅套30的外徑收縮，至所述外銅套10的內徑大于所述內銅套30的外徑。
[0040]本實施例所述復合銅套,外銅套10采用鉻錯銅制備而成,鉻錯銅具有耐磨、耐高溫侵蝕的特性，將其置于復合銅套的外部，有利于延長復合銅套的使用壽命。采用本實施例所述復合銅套非晶制帶時，如附圖5所示，由于外銅套10和內銅套30之間設有橫向高熱導率材料層20，所述橫向高熱導率材料層20為具有橫向高導熱率的材料，可使外銅套10接收的熱量向四周傳導，增加了有效散熱面積，加強了外銅套10的冷卻效率，防止局部過熱以及內部冷卻水氣化。而且，由于內銅套30采用無氧銅制備而成，利用無氧銅制備的內銅套30與冷卻水3的熱交換能力更高的特點，有效提升了本發明復合銅套的冷卻均勻性，使帶材質量更加穩定。
[0041]實施例2
[0042]本發明復合銅套的冷卻效果實驗
[0043]使用IOOkg級非晶制帶機進行制帶，成分牌號為IklOl，鋼液溫度控制在1000~1450°C，分別采用現有冷卻銅套和本發明復合銅套進行冷卻，實驗結果如表1所示:
[0044]表1冷卻效果對比
[0045]
【權利要求】
1.一種復合銅套，其特征在于，所述復合銅套由外到內依次包括緊密貼合在一起的外銅套、橫向高熱導率材料層和內銅套，所述外銅套采用鉻鋯銅制備而成，所述外銅套采用無氧銅制備而成。
2.如權利要求1所述的復合銅套，其特征在于，所述外銅套的厚度為5?30mm，所述橫向高熱導率材料層的厚度為0.1?1.5mm，所述內銅套的厚度為5?15mm。
3.如權利要求1所述的復合銅套，其特征在于，所述橫向高熱導率材料層為石墨烯或石墨導熱片。
4.如權利要求1所述的復合銅套，其特征在于，所述外銅套采用的鉻鋯銅中，鉻的質量百分含量為0.5?1.5%，鋯的質量百分含量為0.08?0.3%，余量為銅。
5.一種如權利要求1?4任一所述復合銅套的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)外銅套的制備:采用鉻鋯銅制備外銅套； (2)內銅套的制備:采用無氧銅制備內銅套； (3)在步驟(2)制備得到的內銅套外表面均勻粘貼橫向高熱導率材料層； (4)將外銅套受熱膨脹或將內銅套冷卻縮小或將外銅套受熱膨脹的同時將內銅套冷卻縮小，至所述外銅套的內徑大于所述內銅套的外徑； (5)將外表面粘貼有橫向高熱導率材料層的內銅套置于外銅套中，自然冷卻，即得復合銅套。
6.如權利要求5所述復合銅套的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中制備得到的內銅套的外徑大于等于步驟(I)制備得到的外銅套的內徑。
7.如權利要求6所述的復合銅套的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)制備得到的內銅套的外徑與步驟(I)制備得到的外銅套的內徑差不大于5mm。
8.如權利要求5所述復合銅套的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中采用粘合劑將橫向高熱導率材料層粘貼在內銅套的外表面上，所述粘合劑能夠承受-30?300°C的溫度變化。
9.如權利要求8所述復合銅套的制備方法，其特征在于，所述粘合劑為導熱硅膠。
10.如權利要求5所述復合銅套的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中將外銅套在高溫液體中浸泡使得外銅套的內徑膨脹至大于所述內銅套的外徑；或者將所述內銅套在低溫液體中浸泡使得內銅套的外徑收縮至小于所述外銅套的內徑；或者將外銅套在高溫液體中浸泡使得外銅套的內徑膨脹的同時，將內銅套在低溫液體中浸泡使得內銅套的外徑收縮，至所述外銅套的內徑大于所述內銅套的外徑。
【文檔編號】B32B1/08GK103909240SQ201410142619
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】王志遠 申請人:廣州齊達材料科技有限公司