[发明专利]一种以低碳钢为中间层的热双金属材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热双金属材料及其制备方法，具体说，涉及一种以低碳钢为中间层的热双金属材料及其制备方法，属于金属材料技术领域。

背景技术

热双金属材料是一种功能性的温度敏感材料，由两种或两种以上不同热膨胀系数的材料组成，其中主动层采用热膨胀系数较大的材料，被动层采用热膨胀系数较小的材料，它能根据温度变化而产生形状的变化，主要应用于温控器、低压电器和仪器仪表等领域，如：用于低压断路器的过载保护，当电流过载时，导致了材料温升使双金属片产生弯曲，从而使电路导通或断开。

目前应用于低压电器上的热双金属材料通常为三层复合结构，包括主动层、被动层及位于主动层和被动层之间中间层，由于低压电器上的热双金属材料对材料的温曲率和电阻率一致性、耐腐蚀性和焊接性等方面均有较高要求，因此，目前的热双金属材料的中间层材料主要采用纯镍。目前此类以纯镍为中间层的热双金属材料，每年需求量约为2000吨，由于镍是价格昂贵的有色金属，导致生产成本很高，为了降低热双金属的生产成本，因此需要开发低成本的少镍或无镍的热双金属材料。

中国专利CN201410265649.6中公开了一种热双金属片及其制造工艺，该热双金属片由主动层和被动层两层组成，主动层材料为镍铬合金，被动层材料为镍铁合金，主动层和被动层通过冷轧复合制成热双金属片。中国专利CN201410268058.4中公开了一种热双金属材料，该热双金属材料中包含以下金属成分：铝、锡、锰或锌其中的一种，该金属中还包含铁镍合金和有机化合物颗粒，其中所述有机化合物颗粒为碳化物和/或氮化物和/或硼化物的颗粒；所述的铁镍合金成分所占重量百分比分别为30.5％-50.5％。中国专利CN201510605022.5中公开了一种热双金属材料，该热双金属材料按重量百分含量包含以下成分：锡、锰或锌中的一种40-65％；铁镍合金20-35％；钴基高温合金5-16％；无机化合物颗粒10-30％。上述专利中虽然减少了纯镍的使用，降低了生产成本，但均非三层复合结构，其性能方面相较于三层复合结构的热双金属材料而言还存在一定的差距。

中国专利CN201410157022.9中公开了一种可节省镍的层状热双金属材料，该热双金属材料包括低膨胀层、高膨胀层以及位于低膨胀层和高膨胀层之间的中间层，其中中间层不用纯镍，而是采用铜合金层与钢合金层的相互层状复合的合金组合层，合金组合层的层数为2-4层，合金组合层的厚度占热双金属材料总厚度的5％-40％，其中，铜合金层的材质为C11000或C10200或C10700的任一种，钢合金层的材质为SUS430或SUS304的任一种；该专利虽然节约了镍的用量，但是中间层采用的铜合金层与钢合金层价格依旧较为昂贵，生产成本还是较高。中国专利CN200810200901.X、CN200810041654.3、CN200810200898.1、CN200810200899.6中都分别公开了一种热双金属材料，均包括主动层、被动层及位于主动层与被动层之间的中间层，上述热双金属材料的中间层采用电工纯铁代替纯镍，节约了镍的用量，降低了生产成本。上述三层复合结构式的热双金属材料中，以电工纯铁或铜合金层与钢合金层的相互层状复合的合金组合层代替双金属材料使用的纯镍中间层，节约了镍的用量，虽然在一定程度上降低了生产成本，但是由于纯镍中间层的缺失，导致其耐腐蚀性能降低，而低压电器上使用的热双金属材料对耐腐蚀性能要求较高，这就导致上述热双金属材料无法满足应用需求。

目前还没有以低碳钢为中间层的热双金属材料的相关报道，更加没有兼具成本低廉和耐腐蚀性好的以低碳钢为中间层的热双金属材料的相关报道。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种成本低廉、耐腐蚀性好的以低碳钢为中间层的热双金属材料及其制备方法，以满足低压电器的应用需求。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种以低碳钢为中间层的热双金属材料，为层状结构，包括主动层、被动层及夹设于主动层与被动层之间的中间层，所述主动层材料为铁镍锰合金FeNi₂₀Mn₆，所述中间层材料为低碳钢，所述被动层材料为铁镍合金FeNi₃₆。

作为优选方案，在所述热双金属材料的总厚度中：主动层的厚度占35.5-45.5％，中间层的厚度占10.5-20.5％，被动层的厚度占39.5-49.5％。