CN106077937B - 一种铝-铜双金属复合材料的制备方法 - Google Patents

一种铝-铜双金属复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝‑铜双金属复合材料的制备方法，首先分别对铝块和铜块进行预处理，然后将表面沉积镍的钨纤维网置于铝和铜之间，一并放置于热压磨具中进行热压微区扩散成型，得到铝‑铜双金属复合材料。本发明铝‑铜双金属复合材料的制备方法，在钨纤维表面物理沉积适当厚度的Ni，有利于其向铝和铜两侧扩散；利用铝与铜在熔点上的差别，保证高温条件下表面熔化的纯铝通过钨纤维微区扩散与固态铜合金形成微米级界面结合组织，实现铝和铜两者冶金结合，形成的双金属复合材料除了具有铝和铜各自优越性能外，同时还具有较高的界面强度，其界面剪切强度可达100Mpa以上。

Description

一种铝-铜双金属复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于双金属复合材料制备技术领域，具体涉及一种铝-铜双金属复合材料的制备方法。
背景技术
Al-Cu异种金属的连接广泛应用于冶金、电力、化工、制冷和航空航天工业中，目前，主要采用熔铸法、***焊、搅拌摩擦焊等焊接的方法实现Al-Cu双金属的连接。但由于Al、Cu两种金属熔点相差424℃，线膨胀系数相差40％以上，导电率也相差70％以上。而且Al、Cu都是易被氧化的活泼金属元素，在焊接过程中，两种金属不仅易形成金属氧化物，还极易在界面处生成金属间化合物CuAl2，这一脆硬相致使两种金属连接后的材料结合强度低，其剪切强度一般为50-60MPa，而且使用过程中易生成裂纹。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝-铜双金属复合材料的制备方法，解决了现有技术制备的铝-铜复合材料结合强度低，使用过程中易生成裂纹的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种铝-铜双金属复合材料的制备方法，首先分别对铝块和铜块进行预处理，然后将表面沉积镍的钨纤维网置于铝和铜之间，一并放置于热压磨具中进行热压微区扩散成型，得到铝-铜双金属复合材料。
本发明的特点还在于，
铝块和铜块的预处理：将纯铜或纯铝浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，酸洗1～5min，再用酒精清洗。
钨纤维网表面沉积镍是用酒精冲洗钨纤维网表面油渍，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67×10-2Pa后，对钨纤维网表面沉积镍10～30min。
热压微区扩散成型的具体过程为：将表面沉积镍的钨纤维网置于铝和铜之间，一并放置于热压磨具，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，对真空热压烧结炉抽真空，当烧结炉内真空度达到6.67×10-3Pa～6.67×10-2Pa后开始加热烧结20～60min，加热温度到580～640℃后保温10～90min，加热过程中给热压模具加压2-6Mpa，待铝-铜完成微区扩散成型后，随炉冷却。
本发明的有益效果是，本发明铝-铜双金属复合材料的制备方法，在钨纤维表面物理沉积适当厚度的Ni，有利于其向铝和铜两侧扩散；利用铝与铜在熔点上的差别，保证高温条件下表面熔化的纯铝通过钨纤维微区扩散与固态铜合金形成微米级界面结合组织，实现铝和铜两者冶金结合，形成的双金属复合材料除了具有铝和铜各自优越性能外，同时还具有较高的界面强度，其界面剪切强度可达100Mpa以上。
附图说明
图1是实施例2制备铝-铜双金属复合材料界面结合区组织；
图2是实施例2制备的铝-铜双金属复合材料的剪切强度曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明铝-铜双金属复合材料的制备方法，首先分别对铝块和铜块进行预处理，然后将表面沉积镍的钨纤维网置于铝和铜之间，一并放置于热压磨具中进行热压微区扩散成型，得到铝-铜双金属复合材料。
具体步骤为：
步骤1，将纯铜或纯铝浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，酸洗1～5min，再用酒精清洗后备用
步骤2，用酒精冲洗钨纤维网表面油渍，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67×10-2Pa后，对钨纤维网表面沉积镍10～30min；
步骤3，将表面沉积镍的钨纤维网置于铝和铜之间，一并放置于热压磨具，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，为了防止界面上出现氧化物，对真空热压烧结炉抽真空，当烧结炉内真空度达到6.67×10-3Pa～6.67×10-2Pa后开始加热烧结20～60min，加热温度到580～640℃后保温10～90min，加热过程中给热压模具加压2-6Mpa，待铝-铜完成微区扩散成型后，随炉冷却，得到铝-铜双金属复合材料。
Ni材料作为钨纤维表面沉积材料，其中Ni元素可与Al形成多孔结构界面组织，Ni与Cu无限固溶；在制备铝-铜双金属复合材料时，不同目数的钨纤维可以隔离纯铝与纯铜之间整体扩散，抑制金属件化合物产生CuAl2，强化铝-铜双金属材料界面组织，实现铝-铜双金属材料高强度冶金结合。
本发明铝-铜双金属复合材料的制备方法，结合界面均匀，同时还具有较高的界面强度，其界面剪切强度最高可达100Mpa以上，其制备工艺简单可靠，绿色环保。
实施例1
制备铝-铜双金属复合材料，将纯铝加工尺寸为Φ30mm×20mm圆柱体，同时，准备尺寸大小为Φ30mm×30mm的纯铜；
将纯铜和纯铝浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，酸洗1min，再用酒精清洗后保存备用；
将30目的钨纤维网用酒精冲洗表面油渍，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67×10-2Pa后，对30目的钨纤维网表面沉积Ni材料15min；
将纯铝、30目钨纤维网、纯铜放置于HVRY-2型高真空高温热压烧结炉内的热压模具中，为了防止界面上出现氧化物，首先对HVRY-2型高真空高温热压烧结炉抽真空，当真空热压炉内真空度达到6.67×10-2Pa后，加热30min，温度到600℃后保温40min，加热过程中给热压模具加压3Mpa，待铝-铜完成微区扩散成型后，随炉冷却，即可获得高强度铝-铜双金属材料，界面剪切强度可达96MPa。
实施例2
制备铝-铜双金属复合材料，将纯铝加工尺寸为Φ40mm×30mm圆柱体，同时，准备尺寸大小为Φ40mm×30mm的纯铜；
将纯铜和纯铝浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，酸洗2min，再用酒精清洗后保存备用；
将60目的钨纤维网用酒精冲洗表面油渍，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67×10-2Pa后，对60目的钨纤维网表面沉积Ni材料20min；
将纯铝、60目钨纤维网、纯铜放置于HVRY-2型高真空高温热压烧结炉内的热压模具中，为了防止界面上出现氧化物，首先对HVRY-2型高真空高温热压烧结炉抽真空，当真空热压炉内真空度达到3.34×10-2Pa后，加热35min，温度到620℃后保温50min，加热过程中给热压模具加压4Mpa，待铝-铜完成微区扩散成型后，随炉冷却，即可获得高强度铝-铜双金属材料，界面剪切强度可达104MPa。
图1为本实施例制备的铝-铜双金属复合材料的结合界面组织，在图1左侧为纯铝(Al)，右侧为纯铜(Cu)，中间网状结构为界面过渡层与两侧的纯铝和纯铜紧密结合，并且还有白色的钨纤维存在，起到强化界面的作用。
图2为本实施例制备的铝-铜双金属复合材料进行剪切实验，所获得的剪切强度曲线，从图2中可以看到实施例下界面的剪切强度可达104.2Mpa。
实施例3
制备铝-铜双金属复合材料，将纯铝加工尺寸为Φ40mm×30mm圆柱体，同时，准备尺寸大小为Φ40mm×30mm的纯铜；
将纯铜和纯铝浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，酸洗3min，再用酒精清洗后保存备用；
将100目的钨纤维网用酒精冲洗表面油渍，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67×10-2Pa后，对100目的钨纤维网表面沉积Ni材料25min；
将纯铝、100目钨纤维网、纯铜放置于HVRY-2型高真空高温热压烧结炉内的热压模具中，为了防止界面上出现氧化物，首先对HVRY-2型高真空高温热压烧结炉抽真空，当真空热压炉内真空度达到3.34×10-2Pa后，加热40min，温度到630℃后保温50min，加热过程中给热压模具加压4Mpa，待铝-铜完成微区扩散成型后，随炉冷却，即可获得高强度铝-铜双金属材料，界面剪切强度可达100MPa。
实施例4
制备铝-铜双金属复合材料，将纯铝加工尺寸为Φ50mm×30mm圆柱体，同时，准备尺寸大小为Φ50mm×30mm的纯铜；
将纯铜和纯铝浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，酸洗2min，再用酒精清洗后保存备用；
将150目的钨纤维网用酒精冲洗表面油渍，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67×10-2Pa后，对150目的钨纤维网表面沉积Ni材料25min；
将纯铝、150目钨纤维网、纯铜放置于HVRY-2型高真空高温热压烧结炉内的热压模具中，为了防止界面上出现氧化物，首先对HVRY-2型高真空高温热压烧结炉抽真空，当真空热压炉内真空度达到6.67×10-3Pa后，加热40min，温度到630℃后保温60min，加热过程中给热压模具加压5Mpa，待铝-铜完成微区扩散成型后，随炉冷却，即可获得高强度铝-铜双金属材料，界面剪切强度可达89MPa。
实施例5
制备铝-铜双金属复合材料，将纯铝加工尺寸为Φ40mm×30mm圆柱体，同时，准备尺寸大小为Φ40mm×30mm的纯铜；
将纯铜和纯铝浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，酸洗4min，再用酒精清洗后保存备用；
将100目的钨纤维网用酒精冲洗表面油渍，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67×10-2Pa后，对100目的钨纤维网表面沉积Ni材料10min；
将纯铝、100目钨纤维网、纯铜放置于HVRY-2型高真空高温热压烧结炉内的热压模具中，为了防止界面上出现氧化物，首先对HVRY-2型高真空高温热压烧结炉抽真空，当真空热压炉内真空度达到9.54×10-3Pa后，加热60min，温度到640℃后保温10min，加热过程中给热压模具加压6Mpa，待铝-铜完成微区扩散成型后，随炉冷却，即可获得高强度铝-铜双金属材料。
实施例4
制备铝-铜双金属复合材料，将纯铝加工尺寸为Φ50mm×30mm圆柱体，同时，准备尺寸大小为Φ50mm×30mm的纯铜；
将纯铜和纯铝浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，酸洗5min，再用酒精清洗后保存备用；
将150目的钨纤维网用酒精冲洗表面油渍，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67×10-2Pa后，对150目的钨纤维网表面沉积Ni材料30min；
将纯铝、150目钨纤维网、纯铜放置于HVRY-2型高真空高温热压烧结炉内的热压模具中，为了防止界面上出现氧化物，首先对HVRY-2型高真空高温热压烧结炉抽真空，当真空热压炉内真空度达到8.89×10-3Pa后，加热20min，温度到580℃后保温90min，加热过程中给热压模具加压2Mpa，待铝-铜完成微区扩散成型后，随炉冷却，即可获得高强度铝-铜双金属材料。

Claims (4)

1.一种铝-铜双金属复合材料的制备方法，其特征在于，首先分别对铝块和铜块进行预处理，然后将表面沉积镍的钨纤维网置于铝和铜之间，一并放置于热压磨具中进行热压微区扩散成型，得到铝-铜双金属复合材料。
2.根据权利要求1所述的铝-铜双金属复合材料的制备方法，其特征在于，铝块和铜块的预处理：将纯铜或纯铝浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，酸洗1～5min，再用酒精清洗。
3.根据权利要求1所述的铝-铜双金属复合材料的制备方法，其特征在于，钨纤维网表面沉积镍是用酒精冲洗钨纤维网表面油渍，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67×10-2Pa后，对钨纤维网表面沉积镍10～30min。
4.根据权利要求1所述的铝-铜双金属复合材料的制备方法，其特征在于，热压微区扩散成型的具体过程为：将表面沉积镍的钨纤维网置于铝和铜之间，一并放置于热压磨具，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，对真空热压烧结炉抽真空，当烧结炉内真空度达到6.67×10-3Pa～6.67×10-2Pa后开始加热烧结20～60min，加热温度到620～640℃后保温10～90min，加热过程中给热压模具加压2-6Mpa，待铝-铜完成微区扩散成型后，随炉冷却。
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