專利名稱：一種銅鋼復(fù)合板材的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種雙金屬復(fù)合的生產(chǎn)方法，尤其涉及ー種銅鋼復(fù)合板材的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
金屬材料作為材料的主要組成部分，在生產(chǎn)及應(yīng)用中起主導(dǎo)作用。然而，科學(xué)技術(shù) 的進(jìn)步對(duì)金屬材料性能的要求越來越高，単一金屬材料已無法滿足這些需要。而且，在生產(chǎn)實(shí)踐中，為滿足制造特殊工程結(jié)構(gòu)性能的需要，必須使用十分昂貴的有色金屬和其它稀有金屬材料。為了使金屬材料最大限度地發(fā)揮出其所具有的性能，其方法之一就是把性能不同的材料加以組合制成復(fù)合材料。銅/鋼復(fù)合材料不僅具有銅的獨(dú)特性能，而且還具有鋼的強(qiáng)度和機(jī)械性能，從而獲得防腐蝕、抗磨損、導(dǎo)電導(dǎo)熱性優(yōu)良、美觀、成本低等優(yōu)良的綜合性能。它使零件有較長的使用壽命，比単一的銅材料有較高的強(qiáng)度、硬度，不易變形，提高了承載能力。以銅/鋼復(fù)合材料代替銅金屬，應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，可以節(jié)省大量的銅資源，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)有技術(shù)中通常采用熱軋和冷軋復(fù)合法制備銅鋼復(fù)合材料。熱軋復(fù)合法是將被復(fù)合的金屬坯料在高溫高壓下進(jìn)行軋制變形，受熱和力的共同作用而使不同金屬進(jìn)行結(jié)合的一種エ藝方法，具有エ藝簡單、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。熱軋復(fù)合作為固相結(jié)合的ー種常用復(fù)合方法，其エ藝過程一般包括3步首先進(jìn)行結(jié)合表面的清理，包括去油、去氧化膜。使待結(jié)合面保持清潔；然后進(jìn)行初結(jié)合，通過高溫軋制令組元金屬發(fā)生共同塑性變形，從而使兩組元金屬的接觸表面達(dá)到原子問的距離，進(jìn)而形成有效結(jié)合點(diǎn)，此時(shí)雙金屬之間能夠形成機(jī)械結(jié)合；最后進(jìn)行擴(kuò)散熱處理，又稱為熱燒結(jié)，在該過程中通過原子的擴(kuò)散形成牢固的冶金結(jié)合。熱軋復(fù)合法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)軋機(jī)的要求不高，容易得到大張復(fù)合板，缺點(diǎn)是エ藝復(fù)雜，產(chǎn)品的厚度及層厚比較難以控制。冷軋復(fù)合包括“表面處理ー常溫下冷軋復(fù)合一擴(kuò)散退火”為主要過程的生產(chǎn)エ藝。與熱軋復(fù)合法相比，冷軋復(fù)合時(shí)的首道次變形量要更大，一般要達(dá)到60-70%，甚至更高，但冷軋復(fù)合法可以實(shí)現(xiàn)多種組元的結(jié)合，并且可以生產(chǎn)復(fù)合帶卷，尺寸精確，效率高，因此是目前應(yīng)用最廣泛的方法之一。雖然冷軋復(fù)合法早在50年代即已用于エ業(yè)生產(chǎn)，但在用于銅/鋼復(fù)合材料的生產(chǎn)時(shí)卻未獲得理想的效果，其原因是銅及其合金的基體和氧化物都具有良好的塑性，冷軋復(fù)合吋，坯料雖經(jīng)鋼絲刷清理且首道次變形量達(dá)到70%其表面也不出現(xiàn)裂ロ，結(jié)果是坯料以原始表面帶著薄的氧化膜被擠入鋼的裂ロ與鋼復(fù)合(進(jìn)ー步增加首道次變形量又受到軋機(jī)能力的限制)，因此結(jié)合十分脆弱，結(jié)合強(qiáng)度低且不穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中銅鋼復(fù)合板材生產(chǎn)方法的不足，提供了ー種改進(jìn)的銅鋼復(fù)合板材的生產(chǎn)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為，ー種銅鋼復(fù)合板材的生產(chǎn)方法，采用了如下步驟
1)表面清理
選取適合加工面積的厚度為2-2. 5mm的鋼板、厚度為1_1. 5mm的銅板,對(duì)鋼板、銅板的進(jìn)行表面清理，用5 -10%Na0H水溶液在80°C浸泡20min，再用10%HC1水溶液酸洗約lOmin，最后用鋼絲刷清理待復(fù)合表面的氧化皮，鋼絲刷在使用前先進(jìn)行堿洗；
2)毛化處理
使用打磨機(jī)對(duì)上述經(jīng)過步驟I)處理的表面進(jìn)行縱向打磨金屬表面，使用型號(hào)為PlOO 的砂帶對(duì)鋼板待復(fù)合面進(jìn)行打磨，使用型號(hào)為P80的砂帶對(duì)銅板待復(fù)合面進(jìn)行打磨，使得鋼表面粗糙度為75 95 μ m,銅表面粗糙度為85 105 μ m ；
3)噴涂結(jié)合層
通過浸鍍或噴涂方式，在經(jīng)過步驟2)處理過的所述鋼板、銅板的待復(fù)合表面上分別鍍上ー層合金鍍層，所述鍍層的厚度為41 μ m，而且所述合金鍍層中含有以下組分
6 8重量份的Zr，25 50重量份的Zn，
5 30重量份的Al，1(Γ40重量份的Fe，
O.5^1重量份的Si，O. 4^0. 8重量份的Mo
4)軋制
將鋼板、銅板的結(jié)合層面相對(duì)的情況下，在氫與惰性氣體混合保護(hù)氣體下加熱至460飛00で，其中氫的體積含量為O. 8 2%，然后保溫5 7分鐘，在壓下量為1(Γ 5%的情況通過兩個(gè)軋棍連續(xù)軋制，軋制速度選在5 15mm/s ；
5)退火
對(duì)軋制后的復(fù)合鋼板進(jìn)行退火處理，退火溫度為56(T580°C，保溫時(shí)間1.8 2小時(shí)左
右；
6)將復(fù)合鋼板進(jìn)行平整、拋光。對(duì)于I)表面清理過程步驟，酸洗可以去除金屬表面的氧化層，堿洗可以去除金屬表面的油脂，此外，鋼絲刷可以清理殘余的氧化皮，在使用前先進(jìn)行堿洗，以進(jìn)一歩去除加エ時(shí)附帯的油脂。對(duì)于2)毛化處理過程，對(duì)鋼板和銅板的待復(fù)合面進(jìn)行毛化處理，適當(dāng)?shù)拇植诙扔欣诤罄m(xù)加工中復(fù)合金屬層的擴(kuò)散復(fù)合過程。此外，粒度大的砂帶用于鋼板，粒度較小的砂帶用于銅板。對(duì)于3)噴涂結(jié)合層步驟，結(jié)合層中含有大量Zn，由于銅和鐵的直接結(jié)合性較差，而Zn與銅、鋼分別都有良好的結(jié)合性，因此在設(shè)置含有大量Zn的結(jié)合層，在軋制過程中，Zn向銅板、鋼板中擴(kuò)散而促進(jìn)鋼板與銅板的有效結(jié)合。而且，Zr元素在銅鋼合金中，以銅鋯彌散化合物形式存在。彌散的銅鋯化合物在銅鋼復(fù)合板材中形成彌散強(qiáng)化，且銅鋯是高熔點(diǎn)化合物，在退火時(shí)阻礙銅基體的回復(fù)和再結(jié)晶過程，從而減小由此產(chǎn)生的軟化，所以Zr元素的加入使得鋼板銅板結(jié)合更牢固有效，提高了復(fù)合材料的抗軟化溫度和抗拉強(qiáng)度，改善了合金的熱穩(wěn)定性。
此外，結(jié)合層中添加適量的Si和Mo，可以提高結(jié)合層的抗氧化和穩(wěn)定性。對(duì)于4)軋制步驟，本發(fā)明經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，軋制速度選在5 15mm/s范圍內(nèi)，復(fù)合板材的界面結(jié)合性能最高。對(duì)于5)退火步驟，溫度對(duì)擴(kuò)散速率有決定性作用。常溫下金屬擴(kuò)散很慢，但在高溫區(qū)(一般在熔點(diǎn)1/2以上)金屬擴(kuò)散很快。對(duì)金屬復(fù)合材料進(jìn)行熱處理時(shí)要同時(shí)考慮兩種金屬的不同擴(kuò)散溫度，使熱處理效果達(dá)到最佳狀態(tài)。熱處理最佳溫度是以兩種金屬的理論退火溫度為依據(jù)再加實(shí)驗(yàn)來確定。除選擇合適的熱處理溫度外，保溫時(shí)間也非常關(guān)鍵。保溫時(shí)間主要通過實(shí)驗(yàn)來確定，保溫時(shí)間與擴(kuò)散層厚度直接相關(guān)，但二者并不呈正比關(guān)系。本 發(fā)明通過大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)最佳退火溫度為56(T580°C，最佳保溫時(shí)間I. 8^2小時(shí)左右；
6)將復(fù)合鋼板進(jìn)行平整、拋光。本發(fā)明的有益效果在于，由于采用上含有上述配比的結(jié)合層，使得鋼板與銅板直接結(jié)合性好；此外，復(fù)合溫度較低，軋制壓下量較小，節(jié)約工作成本；采用本發(fā)明方法制得的復(fù)合銅鋼材料具有高強(qiáng)度、高塑韌性和優(yōu)良的應(yīng)カ腐蝕抗力。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。實(shí)施例I
1)表面清理
選取適合加工面積的厚度為2-2. 5mm的鋼板、厚度為1_1. 5mm的銅板,對(duì)鋼板、銅板的進(jìn)行表面清理，用5%Na0H水溶液在80°C浸泡20min，再用10%HC1水溶液酸洗約lOmin，最后用鋼絲刷清理待復(fù)合表面的氧化皮，鋼絲刷在使用前先進(jìn)行堿洗；
2)毛化處理
使用打磨機(jī)對(duì)上述經(jīng)過步驟I)處理的表面進(jìn)行縱向打磨金屬表面，使用型號(hào)為PlOO的砂帶對(duì)鋼板待復(fù)合面進(jìn)行打磨，使用型號(hào)為P80的砂帶對(duì)銅板待復(fù)合面進(jìn)行打磨，使得鋼表面粗糙度為75 μ m,銅表面粗糙度為85 μ m ;
3)噴涂結(jié)合層
通過浸鍍或噴涂方式，在經(jīng)過步驟2)處理過的所述鋼板、銅板的待復(fù)合表面上分別鍍上ー層400°C的合金鍍層，所述鍍層的厚度為4 μ m,而且所述合金鍍層中含有以下組分
6重量份的Zr,25重量份的Zn,
5重量份的Al,10重量份的Fe,
O.5重量份的Si，0.4重量份的Mo，
4)軋制
將鋼板、銅板的結(jié)合層面相對(duì)的情況下，在氫與惰性氣體混合保護(hù)氣體下加熱至460°C，其中氫的體積含量為O. 8%，然后保溫5分鐘，在壓下量為10%的情況通過兩個(gè)軋輥連續(xù)軋制，軋制速度選在5mm/s ；
5)退火
對(duì)軋制后的復(fù)合鋼板進(jìn)行退火處理，退火溫度為560°C，保溫時(shí)間I. 8小時(shí)左右；6)將復(fù)合鋼板進(jìn)行平整、拋光。在日本島津AG-I250K精密萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試樣的拉伸試驗(yàn)，對(duì)材料的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，上述制得的銅鋼復(fù)合板材的抗拉強(qiáng)度達(dá)到95 Mpa0
實(shí)施例2
1)表面清理
選取適合加工面積的厚度為2-2. 5mm的鋼板、厚度為1_1. 5mm的銅板,對(duì)鋼板、銅板的進(jìn)行表面清理，用8%Na0H水溶液在80°C浸泡20min，再用10%HC1水溶液酸洗約lOmin，最后用鋼絲刷清理待復(fù)合表面的氧化皮，鋼絲刷在使用前先進(jìn)行堿洗；
2)毛化處理
使用打磨機(jī)對(duì)上述經(jīng)過步驟I)處理的表面進(jìn)行縱向打磨金屬表面，使用型號(hào)為PlOO的砂帶對(duì)鋼板待復(fù)合面進(jìn)行打磨，使用型號(hào)為P80的砂帶對(duì)銅板待復(fù)合面進(jìn)行打磨，使得鋼表面粗糙度為85 μ m,銅表面粗糙度為95 μ m ;
3)噴涂結(jié)合層
通過浸鍍或噴涂方式，在經(jīng)過步驟2)處理過的所述鋼板、銅板的待復(fù)合表面上分別鍍上ー層合金鍍層，所述鍍層的厚度為6μπι，而且所述合金鍍層中含有以下組分
7重量份的Zr,45重量份的Zn,
10重量份的Al，20重量份的Fe，
O.8重量份的Si，0.6重量份的Mo
4)軋制
將鋼板、銅板的結(jié)合層面相對(duì)的情況下，在氫與惰性氣體混合保護(hù)氣體下加熱至480°C，其中氫的體積含量為1%，然后保溫6分鐘，在壓下量為12%的情況通過兩個(gè)軋輥連續(xù)軋制，，軋制速度選在10mm/s ；
5)退火
對(duì)軋制后的復(fù)合鋼板進(jìn)行退火處理，退火溫度為570°C，保溫時(shí)間2小時(shí)左右；
6)將復(fù)合鋼板進(jìn)行平整、拋光。在日本島津AG-I250K精密萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試樣的拉伸試驗(yàn)，對(duì)材料的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，上述制得的銅鋼復(fù)合板材的抗拉強(qiáng)度達(dá)到98 Mpa0
實(shí)施例3
1)表面清理
選取適合加工面積的厚度為2-2. 5mm的鋼板、厚度為1_1. 5mm的銅板,對(duì)鋼板、銅板的進(jìn)行表面清理，用10%Na0H水溶液在80°C浸泡20min，再用10%HC1水溶液酸洗約lOmin，最后用鋼絲刷清理待復(fù)合表面的氧化皮，鋼絲刷在使用前先進(jìn)行堿洗；
2)毛化處理
使用打磨機(jī)對(duì)上述經(jīng)過步驟I)處理的表面進(jìn)行縱向打磨金屬表面，使用型號(hào)為PlOO的砂帶對(duì)鋼板待復(fù)合面進(jìn)行打磨，使用型號(hào)為P80的砂帶對(duì)銅板待復(fù)合面進(jìn)行打磨，使得鋼表面粗糙度為95 μ m,銅表面粗糙度為105 μ m ;
3)噴涂結(jié)合層通過浸鍍或噴涂方式，在經(jīng)過步驟2)處理過的所述鋼板、銅板的待復(fù)合表面上分別鍍上ー層400°C的合金鍍層，所述鍍層的厚度為Γ8 μ m，而且所述合金鍍層中含有以下組分8重量份的Zr,50重量份的Zn,
30重量份的Al， 40重量份的Fe，
I重量份的Si，O. 8重量份的Mo，
4)軋制
將鋼板、銅板的結(jié)合層面相對(duì)的情況下，在氫與惰性氣體混合保護(hù)氣體下加熱至5000C，其中氫的體積含量為2%，然后保溫7分鐘，在壓下量為15%的情況通過兩個(gè)軋輥連續(xù)軋制，軋制速度選在15mm/s ； 5)退火
對(duì)軋制后的復(fù)合鋼板進(jìn)行退火處理，退火溫度為580°C，保溫時(shí)間2小時(shí)左右；
6)將復(fù)合鋼板進(jìn)行平整、拋光。在日本島津AG-I250K精密萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試樣的拉伸試驗(yàn)，對(duì)材料的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，上述制得的銅鋼復(fù)合板材的抗拉強(qiáng)度達(dá)到96 Mpa0
權(quán)利要求
1.ー種銅鋼復(fù)合板材的生產(chǎn)方法，其特征在于，采用了如下步驟 1)表面清理 選取適合加工面積的厚度為2-2. 5mm的鋼板、厚度為1_1. 5mm的銅板,對(duì)鋼板、銅板的進(jìn)行表面清理，用5 -10%Na0H水溶液在80°C浸泡20min，再用10%HC1水溶液酸洗約lOmin，最后用鋼絲刷清理待復(fù)合表面的氧化皮，鋼絲刷在使用前先進(jìn)行堿洗； 2)毛化處理 使用打磨機(jī)對(duì)上述經(jīng)過步驟I)處理的表面進(jìn)行縱向打磨金屬表面，使用型號(hào)為PlOO的砂帶對(duì)鋼板待復(fù)合面進(jìn)行打磨，使用型號(hào)為P80的砂帶對(duì)銅板待復(fù)合面進(jìn)行打磨，使得鋼表面粗糙度為75 95 μ m,銅表面粗糙度為85 105 μ m ； 3)噴涂結(jié)合層 通過浸鍍或噴涂方式，在經(jīng)過步驟2)處理過的所述鋼板、銅板的待復(fù)合表面上分別鍍上ー層合金鍍層，所述鍍層的厚度為Γ8 μ m，而且所述合金鍍層中含有以下組分 6 8重量份的Zr，25 50重量份的Zn， 5 30重量份的Al，1(Γ40重量份的Fe， O.5^1重量份的Si，O. 4^0. 8重量份的Mo 4)軋制 將鋼板、銅板的結(jié)合層面相對(duì)的情況下，在氫與惰性氣體混合保護(hù)氣體下加熱至460飛00で，其中氫的體積含量為O. 8 2%，然后保溫5 7分鐘，在壓下量為1(Γ 5%的情況通過兩個(gè)軋棍連續(xù)軋制，軋制速度選在5 15mm/s ； 5)退火 對(duì)軋制后的復(fù)合鋼板進(jìn)行退火處理，退火溫度為56(T580°C，保溫時(shí)間1.8 2小時(shí)左右； 6)將復(fù)合鋼板進(jìn)行平整、拋光。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的銅鋼復(fù)合板材的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟4)中的軋制速度優(yōu)選為10 mm/s。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的銅鋼復(fù)合板材的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟3)中的鍍層厚度優(yōu)選為5 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的銅鋼復(fù)合板材的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟2)中的鋼表面粗糙度優(yōu)選為85 μ m，銅表面粗糙度優(yōu)選為95 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種銅鋼復(fù)合板材的生產(chǎn)方法，采用了如下步驟表面清理——毛化處理——噴涂結(jié)合層——軋制——退火，其中軋制前，通過浸鍍或噴涂方式，在鋼板、銅板的待復(fù)合表面上分別鍍上一層合金鍍層，所述鍍層的厚度為4~8μm，而且所述合金鍍層中含有以下組分6~8重量份的Zr，25~50重量份的Zn，5~30重量份的Al，10~40重量份的Fe，0.5~1重量份的Si，0.4~0.8重量份的Mo。本發(fā)明的有益效果在于，由于采用上含有上述配比的結(jié)合層，使得鋼板與銅板直接結(jié)合性好；此外，復(fù)合溫度較低，軋制壓下量較小，節(jié)約工作成本；采用本發(fā)明方法制得的復(fù)合銅鋼材料具有高強(qiáng)度、高塑韌性和優(yōu)良的應(yīng)力腐蝕抗力。
文檔編號(hào)B21B1/38GK102671943SQ201210188109
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者楊仲輝 申請(qǐng)人:楊仲輝