[发明专利]一种铜/铁双金属复合带材和板材的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属加工领域，特别涉及一种铜/铁双金属复合带材和板材的制造方法。

背景技术

双金属复合的现有技术主要包括轧制复合、扩散复合和爆炸复合等固相复合技术、以及熔合区含有疏松及微裂纹等缺陷的电子束焊接等焊接复合技术。铜/铁双金属的复合技术中，由于铜合金与铁合金的热膨胀和熔点等物理性质以及防腐蚀等化学性质之间差异较大，其关键步骤在于后期轧制时或爆炸时铜、铁金属的接触阶段，存在成品率不稳定或者工艺困难的问题。例如对于三步式固相轧制复合技术，具体包括脱脂刷磨等复合表面预处理、轧制复合和扩散退火，经表面处理的清洁金属表面在空气中短时停留便很快生成再生氧化膜或吸附膜，尤其在双金属结合处多夹杂以及硬脆性化合物等缺陷，影响了双金属界面之间的结合强度以及材料的力学性能；在轧制复合时往往需要超过50%以上的一次大变形才能实现界面初结合，而一次大变形复合不仅对复合轧机强度、刚度以及电机能力提出较高的要求，同时对于铁合金和铜合金这样物理力学性能，特别是熔点相差悬殊的金属，造成成材率不稳定，同时采用大变形轧制复合会使金属严重加工硬化，将影响复合板再加工成形性能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种铜/铁双金属复合带材和板材的制造方法，目的是通过对铜/铁双金属复合材料进行轧制、剪切及热处理，制造出铜/铁双金属复合带材和板材。

实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：

（1）准备铁合金原料：将铁合金原料加工成圆桶状，制成铁桶并去除表面油污，采用硼酸钠为熔剂对铁桶表面处理净化；

（2）准备铜合金原料：准备占全部原料重量25~75%的铜合金，并准备占铜合金原料总重量0.5~2%的碳质材料；

（3）将铜合金原料与碳质材料混合后放入铁桶中，铜合金原料和碳质材料的总体积为铁桶内部空间总体积的20~80%，将中心带有圆孔的铁盖焊接固定在铁桶上，圆孔与铁桶内部连通，然后将铁桶置于加热炉中，加热至1050~1350℃，保温10~60min，在铁桶内形成熔体；

（4）将装有熔体的铁桶置于离心机内，开启离心机以400~1000rpm的速度旋转，熔体逐渐冷却至全部凝固成铜合金，铜合金中部形成液穴，构成双金属圆桶，然后将双金属圆桶放入铸造砂中降温至常温，获得双金属复合筒；

（5）将双金属复合桶沿桶对称轴线方向切开，获得两个半圆桶，用轧机沿半圆桶的高度方向，对半圆筒反复轧制，控制总压下率为60~99.7%，得到抗拉强度为480~680MPa，双金属层总厚度为0.09~8mm的铜/铁双金属复合带材，其中铜层厚度占总厚度的5~90%；

或者用轧机交替沿半圆桶的高度方向和直径方向反复轧制，控制总压下率为60~99.7%，得到抗拉强度为420~510MPa，双金属层总厚度为0.3~8mm的铜/铁双金属复合带材，其中铜层厚度占总厚度的5~90%。

所述的铁合金选用Fe的重量含量≥65%的铁合金。

所述的铜合金选用Cu的重量含量≥56%的铜合金。

所述的碳质材料选用木炭或石墨。

所述的铁桶的壁厚为5~50mm。

所述的铁盖的材质选用Fe的重量含量65~99.9%的铁合金。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

本发明在Cu合金原料中添加一定含量干燥的碳质材料，主要起的作用是制造还原性气氛，防止铁桶的内部严重氧化，减少氧化物夹杂的生成，保护合金性能，从而确保在铁端与铜端的连接处进行紧密结合。

本发明通过对铁桶进行油污清洗和表面熔剂处理，将高温铁桶放入离心机等，主要起两个方面的作用：一是强化材料，通过离心作用减少并去除铜铁界面连接处的氧化物夹杂，降低材料内部的气体、疏松和杂质元素含量，提高材料的性能；二是增强结合，界面连接处氧化物夹杂的去除，使异种金属间获得最佳的结合强度，提高机械性能。采用中心处有小孔的铁盖焊封到铁桶上，可以防止铜熔体高温时渗出，小孔具有排气、防爆的作用。

本发明制备的双金属板带材区别于现有的一般复合产品，结合方式不再是以两种异种板带的面与面之间的靠两金属表面破裂等而互相镶嵌的部分结合，而是铜原子与铁原子的原子互相吸引的全面结合，这种结合是铜金属在液态时通过离心力清洗并充分润湿铁合金的表面并获得的，即可以先通过离心铸造生产出铜/铁双金属圆筒，而后仅通过切开、反复轧制、剪裁成品等简单、易操作的金属加工步骤，就能得到两个面分别为铁合金表面和铜合金表面的铜/铁双金属复合板带材。