铜铝复合技术总体可以分为固固复合技术与固液复合技术两大类。
固液复合技术是事先将预置块放在型腔设计好的部位,然后向型腔内注入金属液,由于预置块具有良好的热力学性能,两种金属在接触界面上发生强烈的相互作用,固态的金属表面被高温融化,使两种金属在接触面处混合,待金属液凝固后,两者之间形成的冶金结合界面良好。固液复合机理有熔合结合和扩散结合两种,通常界面结构是两种机理综合作用的结果。影响结合面质量的因素主要有:待结合金属的比热。凝固潜热、浇注速度、浇注温度、固态材料体积及其预热温度等。87182
固固复合技术是采用一定的工艺手段将处于固态的两种金属复合在一起,利用金属材料在工艺过程中释放来的热量或者工艺结束后的热处理过程使两种金属之间相互作用,使两种金属结合面冶金结合。目前研究程度比较高的是冷轧固固复合技术。结合面的形成主要有三个阶段:物理接触的形成阶段、接触表面的激活阶段、金属间相互作用阶段。如今公认的有4种理论来解释其结合面结合机理:薄膜理论,能量理论,扩散理论和再结晶理论。在较大的轧制压力下,硬脆的表层金属及氧化膜被破坏,新鲜金属在裂纹处接触并达到原子作用距离,随着轧制的不断进行,新鲜金属接触面不断扩展延伸,至此,通过机械咬合以及新鲜金属之间的吸引力,得到初步的铜铝复合材料[4]。热处理可以促进界面扩散的进行,使得铜铝原子互相渗入,实现冶金结合,提高结合强度,但是铝作为负电性极强的金属材料,极易和铜形成金属间化合物,硬脆的金属间化合物又会降低复合板的结合强度,通过调整热处理工艺参数,可以获得结合强度高,力学性能优异的铜铝复合材料[19]。论文网
近年来,铜铝复合生产工艺的研究越来越多,而最早对铜铝复合材料进行制备及研究的是德国。上世纪30年代,德国率先推出铜包铝复合线材,之后前苏联、美国、英国及法国等发达工业国家也陆续开发生产了铜包铝复合线材,且在高频电缆传输行业内取得普遍的应用。德、美、英、法等少数工业发达国家对铜铝复合材料的生产技术进行研究,并具有了较高的水平,能够掌握铜铝复合板带材的生产加工技术。
1966年,英国学者提出,将熔融态的铝或铝合金在气氛保护状态下喷射到铜基体然后在通过热轧使材料成形。近年来,德国学者采用静液挤压法生产铜包铝芯排,并己实现工业化生产,但由于这种方法工艺复杂,生产效率低下,设备投资巨大等因素,导致产品生产成本过高而没被广泛推进。美国Poly metallurgical公司开发了气氛控制复合轧制工艺及该工艺的生产设备,即CA轧制设备,该设备利用AGC控制反馈技术,采用带式复合生产工艺,通过控制压下率和轧制张力来控制板形精度和板材厚度,但该技术在生产较厚板材时则无法精准的控制板材的厚度。
1981年,日本学者首先提出了使用冷轧工艺将镍箔覆于铝带表面,退火处理后再与退火铜进行冷轧复合,最终退火后得到中间金属为镍的Cu/A1复合板带材[17]。日本的铜包铝复合导线生产水平非常高,并己广泛应用。近来,对不锈钢与铝的研究也领先一步。
1989年我国学者研究出一种热轧工艺,即将铜和覆有铜的铝箔加热轧制,从而得铜铝复合材料。 2001年,武汉科技大学李立新教授等人提出了在复合过程中仅对铝进行加热的制备方法。
近年,北京科技大学的吴春京教授等人用连铸充芯工艺生产双组元包覆型复合材料的方法制备铜包铝复合棒 ,江西理工大学的姚若浩、徐高磊等人对轧制铜铝双金属复合材料的轧制工艺和热处理工艺进行了研究,并对轧制过程中金属的变形规律进行探讨。2006年常州兴荣高科技有限公司完成了铝包铜管材符合技术的创新,该项技术在国际上处于先进水平[12]。