CN111702008B - 一种多辊轧机轧制三层复合极薄带的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多辊轧机轧制三层复合极薄带的方法，包括施加张力、极薄带表面处理、中间层极薄带辊压处理、极薄带表面清洗和烘干以及轧制。本发明通过超声辅助打磨装置去除极薄带表面的氧化膜，避免常规方法导致的表面击穿孔洞等破坏；通过对中间层极薄带辊压处理制备微凸体，使其在局部位置形成强应力，加强轧制复合过程的机械咬合，同时使结合界面形状由传统的二维提升至三维，增加各金属面之间的结合强度；轧制过程中通入脉冲电流，基于微凸体特有的结构在极薄带层间创造了微小间隙，通电后产生尖端放电效应，在较小压下率下实现高效轧制复合。通过该方法在较小压下率下实现三层复合极薄带的高强度结合，可用于工业上复合带的批量生产。

Description

一种多辊轧机轧制三层复合极薄带的方法
技术领域
本发明涉及极薄带复合轧制领域，特别是涉及一种多辊轧机轧制三层复合极薄带的方法。
背景技术
随着微机电、微制造等高新技术领域的快速发展，零部件趋于微型化，对优质极薄带的需求迅速增长。单层极薄带材的使用性能具有局限性，复合极薄带材可以将不同金属材料的优点于一体。例如铝/钢/铝超薄复合箔材完整保留了铝材轻质高强性能、散热特性，装饰性等优点，同时以更高强度的钢材为基板，提升了铝/钢/铝超薄复合箔材的综合力学性能和加工性能，可以广泛应用于各类3C电子产品，如液晶面板、5G设备、热交换器、电站空冷、汽车零部件等。铜/钢/铝复合带材综合了纯铜的导电性能、钢的深冲性、铝的导热性和耐腐蚀性，充分发挥新材料的综合性能，可替代价格高昂的T2纯铜(紫铜)以及环境污染严重的“镀铜”产品，广泛用于太阳能集热板、低压电器、变压器，各种散热片等。由此可见，制备异种三层复合极薄带具有非常重要的科研和经济价值。
复合极薄带通常是通过轧制复合生产的，轧制复合的基本原理是在轧制力的作用下，使得两种或两种以上的金属带材同时产生塑性变形，表面金属层破裂、裸露出新鲜金属，进而使带面之间形成冶金结合，通过后续的处理过程，进一步提升结合强度；其生产成本低，工艺简单，易于实现大规模工业化生产。
传统的冷轧复合轧制采取一道次大压下率，实现金属原子间的冶金结合，通过后续的热处理进一步提高结合强度。而传统的冷轧复合受到金属表面氧化层和硬化层的影响很大，需要在大压下率才能使得表面层破碎，裸露新鲜金属，实现异种金属的复合，但由于异种金属各自的力学性能有差异，变形能力不同，在较大的压下率下使轧后的复合带材内应力分布不均匀，并且常规的破坏氧化层的方法采用钢丝刷打磨法制备复合带材，用以清洁表面、去除表面氧化层，促进带材的轧制复合。但是该方法用于极薄带表面打磨，会导致表面有明显的击穿和孔洞，导致极薄带被破坏，降低了复合极薄带的各金属界面结合稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种多辊轧机轧制三层复合极薄带的方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过对极薄带施加张力、极薄带表面处理、中间层极薄带辊压处理、极薄带表面清洗和烘干以及电致塑性轧制，获得厚度更薄、表面质量更好、结合强度更高的三层复合极薄带，可用于工业上复合带的批量生产。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种多辊轧机轧制三层复合极薄带的方法，包括以下步骤：
步骤一.施加张力，对三层极薄带施加后张力，对复合极薄带施加前张力；
步骤二.表面处理，通过超声辅助打磨装置打磨三层极薄带表面，破裂并去除表层氧化膜，直至漏出金属基体；
步骤三.中间层极薄带辊压处理，通过微型花纹辊辊压中间层极薄带，使中间层极薄带的上下表面辊压成形出微凸体；微凸体使其在局部位置形成强应力，加强三层极薄带轧制复合过程的机械咬合；
步骤四.表面清洗，通过超声振动辅助清洗装置清洗三层极薄带；
步骤五.表面烘干，对三层极薄带表面进行烘干；
步骤六.轧制，将三层极薄带送入多辊轧机进行电致塑性轧制，使三层极薄带紧密结合形成复合极薄带。
优选的，所述极薄带的宽度范围为20-600mm，厚度范围为0.05-0.5mm。
优选的，所述极薄带的材质为钢、铜、铝、镁、钛或上述金属的合金材料，三层复合极薄带可以是对称布置的，例如铝/铜/铝，也可以是非对称布置的，例如铜/钢/铝。
优选的，步骤一中，根据三层极薄带材质以及尺寸的不同施加不同的前后张力。采用三个开卷机根据三层极薄带的不同材质和厚度尺寸分别同时施加不同的后张力，采用卷取机根据轧制复合后的极薄带施加前张力，恰当的张力控制有利于异种金属的轧制复合。
优选的，步骤二中，所述超声辅助打磨装置内的打磨轧辊表面经过了毛化处理，毛化后的打磨轧辊与极薄带表面接触时产生局部强应力，在超声波的高频激振作用下更有利于高效去除表面氧化膜，促进新鲜金属流出；在超声能场的热软化和声软化作用下，减少打磨产生的加工硬化，提高三层复合极薄带的结合强度。
优选的，步骤三中，微型花纹辊的上下凹凸部分对应设置，微型花纹辊的凹凸高度不超过上下层极薄带厚度的三分之一，保证微凸体在局部位置形成强应力，加强三层极薄带轧制复合过程的机械咬合性能的同时，保证中间层极薄带的性能以及强度，此时三层复合极薄带的结合界面形状由传统的二维提升至三维，增加各金属面之间的结合强度；。
优选的，步骤四中，利用超声振动辅助清洗装置使清洗剂在极薄带的表面产生空化作用，去除极薄带表面污垢以及打磨时掉落的极薄带颗粒。
优选的，步骤六中，在轧机前后设置有两组脉冲通电辊，通过两组脉冲通电辊辅助多辊轧机进行复合轧制。细化晶粒、改善难变形金属的塑性变形能力，实现异种金属间的协调变形。同时中间层极薄带表面上的微凸体与上、下层极薄带之间产生的微小间隙，通过脉冲电流后产生尖端效应，在较小压下率下有效实现三层极薄带的轧制复合。
优选的，步骤六中，所述多辊轧机为十二辊轧机、二十辊轧机、三十辊轧机、三十二辊轧机中的任意一种。
本发明公开了以下技术效果：
本发明通过对极薄带施加张力、极薄带表面处理、中间层极薄带辊压处理、极薄带表面清洗和烘干以及电致塑性轧制得到三层复合极薄带，通过超声辅助打磨装置去除极薄带表面的氧化膜，避免常规去除氧化层的方法容易导致的表面击穿和孔洞，导致极薄带被破坏；本发明通过超声振动辅助清洗装置清洗极薄带，可高效去除表面污垢以及打磨时掉落的极薄带颗粒；通过中间层极薄带辊压处理，微凸体使其在局部位置形成强应力，加强三层极薄带轧制复合过程的机械咬合，结合界面由传统的二维提升至三维，增加各金属面之间的结合强度，同时轧制过程中通入脉冲电流，基于微凸体特有的结构在中间层极薄带与上、下层极薄带之间创造了微小间隙，通入脉冲电流后产生尖端放电效应，在较小压下率下有效实现三层极薄带的轧制复合。通过该方法获得厚度更薄、表面质量更好、结合强度更高的三层复合极薄带，可用于工业上复合带的批量生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明复合轧制装置的结构示意图；
图2为本发明微型花纹辊的结构示意图；
图3为本发明中间层极薄带辊压处理后与上层极薄带和下层极薄带的结构示意图。
其中，1为开卷机，21为上层极薄带，22为中间层极薄带，23为下层极薄带，3为导向辊，4为超声辅助打磨装置，5为微型花纹辊，6为超声振动辅助清洗装置，7为干燥装置，81为前通电辊，82为后通电辊，9为多辊轧机，10为三层复合极薄带，11为收卷机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-2，本发明应用到的复合轧制装置依次包括三组开卷打磨组、超声振动辅助清洗装置6、干燥装置7、多辊轧机9和收卷机11，每组开卷打磨组依次包括开卷机1、超声辅助打磨装置4，三组开卷打磨组依次对应上层极薄带21、中间层极薄带22和下层极薄带23，中间层极薄带22的开卷打磨组在超声辅助打磨装置4后设置有微型花纹辊5，在多辊轧机9前后分别设置有前通电辊81和后通电辊82，复合轧制装置内部设置有多组导向辊3，通过导向辊3调整极薄带的运动方向并起到传送的作用。多辊轧机为十二辊轧机、二十辊轧机、三十辊轧机、三十二辊轧机中的任意一种。
极薄带的宽度范围为20-600mm，厚度范围为0.05-0.5mm。极薄带的材质为钢、铜、铝、镁、钛或上述金属的合金材料，三层复合极薄带可以是对称布置的，例如铝/铜/铝，也可以是非对称布置的，例如铜/钢/铝。
本发明提供一种多辊轧机轧制三层复合极薄带的方法，包括以下步骤：
步骤一.施加张力，对三层极薄带施加后张力，对复合极薄带施加前张力；根据三层极薄带材质以及尺寸的不同施加不同的后张力，每层极薄带后张力大小为该层材质屈服强度的0.2倍到0.6倍，对复合后的极薄带施加前张力，前张力大小为三层复合极薄带屈服强度的0.2倍到0.6倍。其中三层复合极薄带的屈服强度σs按公式(1)计算。
Figure BDA0002552666600000071
式中：
t1——轧后上层极薄带厚度，单位为毫米(mm)；
t2——轧后中间层极薄带厚度，单位为毫米(mm)；
t3——轧后下层极薄带厚度，单位为毫米(mm)；
σs1——上层极薄带屈服强度标准下限值，单位为兆帕(MPa)；
σs2——中间层极薄带屈服强度标准下限值，单位为兆帕(MPa)；
σs3——下层极薄带屈服强度标准下限值，单位为兆帕(MPa)。
采用三个开卷机根据三层极薄带的不同材质和厚度尺寸分别同时施加不同的后张力，采用卷取机根据轧制复合后的极薄带施加前张力，恰当的张力控制有利于异种金属的轧制复合，提高极薄带的塑性变形能力。
步骤二.表面处理，通过超声辅助打磨装置打磨三层极薄带表面，破裂并去除表层氧化膜，直至漏出金属基体；中间层极薄带的超声辅助打磨装置分别安装在上下辊内，上下层极薄带的超声辅助打磨装置仅安装在待轧制复合面的方向，并且超声辅助打磨装置内的打磨轧辊表面经过了毛化处理，毛化后的打磨轧辊与极薄带表面接触时产生局部强应力，在超声波的高频激振作用下更有利于高效去除表面氧化膜，促进新鲜金属流出；在超声能场的热软化和声软化作用下，减少打磨产生的加工硬化，提高三层复合极薄带的结合强度。
步骤三.中间层极薄带辊压处理，通过微型花纹辊辊压中间层极薄带，使中间层极薄带的上下表面辊压成形出微凸体；微凸体使其在局部位置形成强应力，加强三层极薄带轧制复合过程的机械咬合，使得结合界面形状由传统的二维提升至三维；微型花纹辊的上下凹凸部分对应设置，微型花纹辊的凹凸高度不超过上下层极薄带厚度的三分之一，保证微凸体在局部位置形成强应力，加强三层极薄带轧制复合过程的机械咬合性能的同时，保证中间层极薄带的性能以及强度。
步骤四.表面清洗，通过超声振动辅助清洗装置清洗三层极薄带；利用超声振动辅助清洗装置使清洗剂在极薄带的表面产生空化作用，高效去除极薄带表面污垢以及打磨时掉落的极薄带颗粒，清洗剂为水基清洗剂-油酸三乙醇胺。清洗剂容量应超过三层极薄带的放置高度。
步骤五.表面烘干，对三层极薄带表面进行烘干；将清洗过的极薄带传送至干燥装置，快速去除极薄带表面液体，有利于三层极薄带的轧制复合。
步骤六.轧制，将三层极薄带送入多辊轧机进行电致塑性轧制，使三层极薄带紧密结合形成复合极薄带。在轧机前后设置有两组脉冲通电辊，通过两组脉冲通电辊辅助多辊轧机进行复合轧制。中间层极薄带表面上的微凸体与上层、下层极薄带之间产生的微小间隙，便于脉冲电流产生尖端效应，促进三层极薄带的复合，提高结合强度，在较小的压下率下有效实现三层极薄带的轧制复合。脉冲电流可以细化界面组织晶粒，同时加剧元素扩散，改善难变形金属的塑性变形能力，实现异种金属间的协调变形，显著提升结合强度，实现异种金属间的协调变形，可用于工业上复合带的批量生产。
将轧制后的复合极薄带通过收卷机卷取打捆，完成复合轧制工作。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种多辊轧机轧制三层复合极薄带的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一.施加张力，对三层极薄带施加后张力，对复合极薄带施加前张力；根据三层极薄带材质以及尺寸的不同施加不同的后张力，每层极薄带后张力大小为该层材质屈服强度的0.2倍到0.6倍，对复合后的极薄带施加前张力的大小为三层复合极薄带屈服强度的0.2倍到0.6倍；
步骤二.表面处理，通过超声辅助打磨装置打磨三层极薄带表面，破裂并去除表层氧化膜，直至漏出金属基体；
步骤三.中间层极薄带辊压处理，通过微型花纹辊辊压中间层极薄带，使中间层极薄带的上下表面辊压成形出微凸体；微型花纹辊的上下凹凸部分对应设置，微型花纹辊的凹凸高度不超过上下层极薄带厚度的三分之一；
步骤四.表面清洗，通过超声振动辅助清洗装置清洗三层极薄带；
步骤五.表面烘干，对三层极薄带表面进行烘干；
步骤六.轧制，将三层极薄带送入多辊轧机进行电致塑性轧制，使三层极薄带紧密结合形成复合极薄带。
2.根据权利要求1所述的一种多辊轧机轧制三层复合极薄带的方法，其特征在于：所述极薄带的宽度范围为20-600mm，厚度范围为0.05-0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种多辊轧机轧制三层复合极薄带的方法，其特征在于：所述极薄带的材质为钢、铜、铝、镁、钛或上述金属的合金材料。
4.根据权利要求1所述的一种多辊轧机轧制三层复合极薄带的方法，其特征在于：步骤二中，所述超声辅助打磨装置内的打磨轧辊表面经过毛化处理，毛化后的打磨轧辊与极薄带表面接触时产生局部强应力，在超声波的高频激振作用下打破表面氧化膜，促进新鲜金属流出。
5.根据权利要求1所述的一种多辊轧机轧制三层复合极薄带的方法，其特征在于：步骤四中，利用超声振动辅助清洗装置使清洗剂在极薄带的表面产生空化作用，去除极薄带表面污垢以及打磨时掉落的极薄带颗粒。
6.根据权利要求1所述的一种多辊轧机轧制三层复合极薄带的方法，其特征在于：步骤六中，在轧机前后设置有两组脉冲通电辊，通过两组脉冲通电辊辅助轧机进行复合轧制。
7.根据权利要求1所述的一种多辊轧机轧制三层复合极薄带的方法，其特征在于：步骤六中，所述多辊轧机为十二辊轧机、二十辊轧机、三十辊轧机、三十二辊轧机中的任意一种。
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