[发明专利]一种铜包铝复合材料半固态成形方法

说明书

本发明公开一种铜包铝复合材料半固态成形方法，属于半固态加工领域。本发明以铜材包裹铝材，实现外层为铜，内层为铝的材料复合工艺。先将铜材内壁和铝材外壁相接触的地方进行去氧化皮，添加螺纹或滑道，铜铝复合后先施加冷挤压，然后通过铜导热导电的优势在铜材外部加热至铝材半固态温度区间，通过快速热挤压实现铜铝材料复合，最后水淬冷却。铜铝复合材料与纯铜材料相比保持了原来的导电导热性能还降低了重量；本发明与传统复合法相比不需要复杂的模具，操作简便，生产效率高，生产安全性更好。

技术领域

本发明涉及一种铜包铝复合材料半固态成形方法，属于半固态加工领域。

背景技术

金属半固态成形技术它最早在20世纪70年代由美国麻省理工学院的M.C.Flemings教授提出。金属半固态浆料流动性和充型能力较好，金属半固态成形技术将铸、锻的优点结合在一起，适用于各类精密零件的成形，也大大拓展了可成形的合金范围，在航空航天、军事、汽车领域得到了广泛的应用。

近年来铜铝复合材料的发展很快，主要产品种类有铜包铝复合线材、铜铝复合接头材料、铜铝复合板带材等。

铜铝复合材料的加工方法很多，大体可分为固-固相复合法和液-固相复合法两大类。固-固相复合法包括：轧制复合、爆炸复合、挤压拉拔复合等，液-固相复合法包括：充芯连铸、双结晶器连铸等。铜铝复合材料具有广泛用途，研究和开发这类材料具有十分重要的经济意义。目前工业化生产铜铝复合材料的主要方法是轧制复合和挤压-拉拔复合等。其中爆炸复合法缺点是机械化程度低、劳动条件差、有一定的危险性；轧制压接法、连续挤压包覆法对设备的要求高，因而成本也高；静液挤压法的工艺过程复杂，操作及维修困难；铝线镀铜法和包覆焊接法生产效率较低；充芯连铸法需要复杂的模具，还必须要有精准的控制才能顺利和稳定地制备铜包铝双金属复合材料，操作要求极高，操作复杂，不适合大批量生产；双结晶器连铸法也需要精准的控制，操作复杂，如果开始下拉时温度过高，金属液在结晶器中不能形成一定厚度的坯壳，容易在结晶器出口处出现拉漏现象，如果温度太低，则容易产生冷隔、拉断等问题。拉坯速度的快慢影响结晶器内金属液固界面的相对位置以及液穴的长度变化，如果拉速过快，结晶器出口处凝固坯壳太薄，容易产生拉漏事故。以上方法在制备材料的过程中不可避免地存在金属间化合物的生成，影响其使用性能。

对于公开号为“CN104733133A”、名为“铜包铝复合母线排制备工艺”先用小变形量拉拔目的是与铜铝紧密接触，这种复合方法与传统挤压拉拔复合类似，没有螺纹滑道复合紧密，在后续加工中容易使铜铝脱离。其次采用高温加热，使铝棒外层微薄一层为半熔体复合，这种方法首先加热温度过高为600-900℃，应用具有局限性，只适用于熔点较高的紫铜或者固相线较高的铜合金，对于一些锡青铜并不适用。由于铜材良好的导热性，铝材具有良好的散热性，所以加热温度过高很难保证外表面成半熔态而芯部还为固态，需要精准的操作，加大了工艺的复杂性。从专业角度来看，采用这种表层半熔体复合工艺，并未使铝材达到半固态球化晶粒效果，并且由芯部到外表面，相邻组织差异较大，相比完全半固态工艺制品的铝材性能较差。此外该发明工艺过程在热挤压后还需要多次轧制，工艺流程长，工艺复杂，加大了控制工艺流程的难度，因此需要一种全新的固-半固态复合法，既满足高质量铜包铝复合工艺，又可以使铝材以半固态制品成形，从而提升整体复合材料的各项性能。

发明内容

本发明的目在于提供一种铜包铝复合材料半固态成形方法，解决传统铜铝复合方法操作复杂、操作精度要求极高、生产本高、危险性大、成品性能差等缺点。

本发明的技术方案是；首先是确定复合铝材的半固态温度区间，首先通过螺纹或者滑道进行简单复合内铝外铜，然后施加冷挤压加工使铝材储备变形能，随后加热外层铜壳到铝材的半固态温度区间实现固-半固态法复合，同时也使铝材成为半固态制品，最后再通过快速热挤压加固了铜铝复合面的结合，具体步骤如下：

(1)对空芯铜材内壁和铝材外表面去氧化皮处理，然后添加螺纹(管材类)或者滑道(板材类)；对铜铝材料进行复合，内铝外铜；