CN110548765A - 一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺。包括以下步骤：用打磨机清理金属极薄带基材和复材表面，直至见到金属基体；在金属极薄带基材的打磨面喷涂微纳颗粒，将基材与复材的打磨面对扣进行制坯，得到复合极薄带坯料；将复合极薄带坯料送入轧机进行轧制，使基材金属和复材金属紧密结合；利用管式真空炉或真空封装石英管的方法，对复合极薄带进行加热保温，随后进行冷却；对得到的复合极薄带进行切边，拉矫，成卷。本发明所述层间喷涂微纳金属颗粒辅助极薄带轧制复合工艺，工艺简单，能耗低、复合质量、产量高。

Description

一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺。

背景技术

随着科学技术的发展，金属极薄带广泛应用于电子、计算机、医疗、航空航天等行业，主要用作结构件。随着微型化制造技术兴起，采用单一金属材料的极薄带很难满足产品对其使用性能和成本上的要求。故急需一种复合金属极薄带的生产工艺。

按照复合材料成型时金属态的不同，目前层状金属复合板的加工方法可分为液-液相复合法、液-固相复合法和固-固相复合法，不同的复合技术各具有其优势和缺点。

液-液相复合法主要是电磁连铸复合，是一种新型的复合成型工艺，主要用于生产不锈钢-碳钢复合板，还处于研究阶段，复合板材的组织和性能相对轧制复合法差。

固-液相复合法主要包括浇铸\铸轧复合、喷射沉积法、反向凝固法等。浇铸\铸轧在生产时复合温度高，复合基板表面易氧化，复层金属和基体金属熔点差异大容易造成结合部位熔损，界面结合效果差，当前工艺方法不成熟，有待进一步完善。喷射沉积法和反向凝固法都是在基板上复合一层凝固层，复合层的厚度受限，适合于提高基板表面耐腐蚀、耐磨、耐高温等性能。

固-固相复合法种类众多，研究较为成熟也较多，主要包括爆炸复合、轧制复合、扩散焊接等。爆炸复合是借助炸药爆炸产生的高强化学能驱动覆板高速碰撞基板，破坏金属表面氧化层，促进复合板的塑形变形、熔化、扩散，实现金属焊接，适用于熔点相差悬殊、热膨胀悬殊、硬度差异大的金属焊合，避免金属间化合物的生成，结合强度较高，但产量、生产率、成材率都比较低，产品质量稳定性差，具有巨大的安全隐患、噪声污染和环境危害。扩散焊接是将表面清洁的组元金属叠放在一起，加热加压后通过界面原子间相互扩散使金属结合，不需要宏观变形，可分为无助剂和有助剂扩散焊接，该方法需要长时间加热加压，结合强度较低，不适用于大尺寸复合板带的工业化生产。

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板同时产生塑性变形，表面金属层破裂、裸露出新鲜金属，进而使板面之间形成冶金结合，通过后续的热处理过程，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。

目前存在的问题：

1.传统的轧制复合方法可分为热轧复合和冷轧复合，热轧复合是在轧制前先将金属坯料加热到一定温度，然后进行轧制，但在高温环境中直接轧制生产会造成结合界面氧化物夹杂，结合率低的问题，且复合金属板长度受到限制，厚度难以控制，生产的稳定性较差，适用于生产较厚的复合板材。冷轧复合法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（一般35%以上）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板材内应力分布不均匀，所生产的复合板存在很大的残余应力，且存在瓢曲、局部屈曲等板形问题。

2.金属极薄带存在尺度效应，厚度越薄，变形量越大，板形问题越突出，传统的大压下量冷轧复合容易造成严重的屈曲和轧漏等板形问题，特别是极薄带比表面积大，新鲜金属挤出量小，轧制复合变形区接触弧长短，结合时间短，达到复合需要更大的临界变形、表面激活能，给金属极薄带的轧制复合带来了严峻挑战。

综上所述，比表面积大、厚度极薄所带来的板形问题与冷轧大变形的复合工艺之间的矛盾，是制约极薄带轧制复合的难点，利用现有的轧制工艺无法实现异种金属极薄带材料的复合。所以使得异种金属界面结合稳固，板形好，生产效率高是金属极薄带复合和生产必须解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决异种金属极薄带复合材料难结合、板形差等问题，提出一种层间喷涂微纳金属颗粒辅助极薄带轧制复合工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺，包括以下步骤：

（1）表面处理：用打磨机清理金属极薄带基材和复材表面，直至见到金属基体，所述基材与复材均为金属极薄带，厚度为0.05~0.2mm；

（2）制坯：在金属极薄带基材的打磨面喷涂微纳颗粒，将基材与复材的打磨面对扣进行制坯，得到复合极薄带坯料；

（3）轧制：将复合极薄带坯料送入轧机进行轧制，使基材金属和复材金属紧密结合；

（4）热处理：利用管式真空炉或真空封装石英管的方法，对复合极薄带进行加热保温，随后进行冷却；

（5）精整：对得到的复合极薄带进行切边，拉矫，成卷。

在本发明中，在步骤（4）中，所述冷却包括随炉冷却、风冷或水冷处理。

其中，金属极薄带基材的变形抗力大于复材的变形抗力。在轧制过程中，变形抗力大的带有沉积颗粒的金属极薄带基材凸出复合面使变形抗力小的金属极薄带复合面发生协调变形，限制了变形抗力小的金属极薄带的变形速度，异种金属极薄带的变形速度趋于一致，并在复合面发生嵌合，解决异种金属变形抗力不同引起金属塑性变形的差异，即复合板带局部屈曲，严重瓢曲的板形问题，避免了轧制过程中金属极薄带基材与复材的开裂现象。

作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤（2）中，所述微纳颗粒为微纳金属颗粒、钎料颗粒。

作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤（2）中，所述微纳颗粒的直径为15~61μm。优选的，所述微纳颗粒的直径为40~45μm。

作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤（2）中，所述喷涂过程采用的冷喷涂工艺、热喷涂工艺或静电喷涂工艺。

作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤（2）中，所述喷涂过程为单道次喷涂，送粉率为0.6~0.11L/min，喷枪移动速度为1200~1600mm/s，喷涂距离（喷嘴至板带的距离）为25~36mm。

作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤（2）中，所述制坯过程为：将对扣的基材与复材送往压力机压紧，在对扣的复合极薄带周围封装焊接，然后在对扣的复合极薄带端部钻孔抽真空，然后封闭该孔，得到复合极薄带坯料。

作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤（3）中，所述轧制过程为：将复合极薄带坯料穿入轧机，进行带张力轧制。

作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤（3）中，所述轧机为波纹辊轧机组、异步轧机或者六辊以上的多辊轧机。

本发明将喷涂微纳颗粒与传统轧制工艺相结合，在基材待结合面处喷涂微纳颗粒，喷涂的微纳颗粒在基材表面会产生塑性变形并沉积在其表面，

在本发明中所述的喷涂工艺，要求于变形抗力大的金属极薄带基板待复合面上喷涂单层微纳颗粒，喷涂过程为单道次喷涂，送粉率为0.06~0.11L/min，喷枪移动速度为1200~1600mm/s，喷涂距离为25~36mm；这样的复合极薄带坯料在轧制过程中微纳颗粒凸出的曲面，增大了复合极薄带坯料的接触面积，增强了结合强度，可以解决难变形金属因延伸率低所导致的残余应力大和屈曲问题；曲面接触产生压力集中，一方面促进微纳颗粒与复材表面硬化层破裂，裸露新鲜金属，另一方面使得微凸体相互压入啮合以及冶金结合，最终使得复材与基材轧后长度一致，不屈曲，不瓢曲，内应力得到了消除，结合后续热处理，从而解决异种金属极薄带难复合，因变形抗力不同所导致的板形问题，得到一种变形均匀，结合强度高的复合极薄带；

利用金属极薄带基材凸出曲面的摩擦力增大了复合极薄带坯料基材与复材之间的结合力，复合效果良好，提高了复合强度；

本发明所述的所述层间喷涂微纳金属颗粒辅助极薄带轧制复合工艺，工艺简单，能耗低、复合质量、产量高。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为喷涂微纳颗粒辅助极薄带轧制复合工艺示意图。

图2为基板2表面喷涂金属微纳颗粒的复合极薄带坯料截面。

图中：1-金属微纳颗粒；2-基板；3-复板；4-上工作辊；5-下工作辊。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例1

选取TU2铜极薄带和SUS304不锈钢极薄带，不锈钢极薄带尺寸为厚0.05mm×宽40mm×长100mm，作为基板2；铜极薄带尺寸为厚0.2mm×宽40mm×长100mm，作为复板3；

（1）表面处理：用打磨机清理SUS304不锈钢极薄带和TU2铜极薄带表面，直至见到金属基体；

（2）制坯：在SUS304不锈钢极薄带待复合面处采用冷喷涂工艺，送粉率为0.6L/min，喷枪移动速度为1500mm/s，喷涂距离为26mm，喷涂铜微纳颗粒，颗粒直径为38um，将SUS304不锈钢极薄带与TU2铜极薄带的打磨面对扣进行叠装，然后送往压力机压紧，在叠装的复合极薄带周围封装焊接，然后在叠装的复合极薄带端部钻孔抽真空，然后封闭该孔，得到复合极薄带坯料；

（3）轧制：将复合极薄带坯料送入6辊轧机进行带张力轧制，使基材金属和复材金属紧密结合，得到0.1mm厚的复合极薄带；

（4）热处理：利用真空封装石英管对复合极薄带进行加热保温2小时，热处理温度为1100℃，随后水冷，得到TU2铜-SUS304不锈钢复合极薄带；

（5）精整：对得到的TU2铜-SUS304不锈钢复合极薄带进行切边，拉矫，成卷。

本实施例解决了异种金属变形抗力不同引起金属塑性变形的差异，即复合板带局部屈曲，严重瓢曲的板形问题，避免了轧制过程中金属极薄带基材与复材的开裂现象，变形抗力大的金属极薄带和变形抗力小的金属极薄带因屈服强度不同，延伸率不同，喷涂颗粒的凸出曲面弥补了这种差异，使得轧后基材与复材长度相吻合，不屈曲，不瓢曲，内应力得到了消除；利用金属极薄带基材凸出曲面的摩擦力增大了复合极薄带坯料基材与复材之间的结合力，解决了因极薄带比表面积大，尺度效应明显，复合表面激活能大引起的异种金属极薄带材料难复合的问题；其复合效果良好，提高了金属层界面的结合强度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）表面处理：用打磨机清理金属极薄带基材和复材表面，直至见到金属基体，所述基材与复材均为金属极薄带，厚度为0.05~0.2mm；

（2）制坯：在金属极薄带基材的打磨面喷涂微纳颗粒，将基材与复材的打磨面对扣进行制坯，得到复合极薄带坯料；

（3）轧制：将复合极薄带坯料送入轧机进行轧制，使基材金属和复材金属紧密结合；

（4）热处理：利用管式真空炉或真空封装石英管的方法，对复合极薄带进行加热保温，随后进行冷却；

（5）精整：对得到的复合极薄带进行切边，拉矫，成卷。

2.根据权利要求1所述的一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺，其特征在于，金属极薄带基材的变形抗力大于复材的变形抗力。

3.根据权利要求1所述的一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺，其特征在于，在步骤（2）中，所述微纳颗粒为微纳金属颗粒、钎料颗粒。

4.根据权利要求1所述的一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺，其特征在于，在步骤（2）中，所述微纳颗粒的直径为15~61μm。

5.根据权利要求1所述的一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺，其特征在于，在步骤（2）中，所述喷涂过程采用的冷喷涂工艺、热喷涂工艺或静电喷涂工艺。

6.根据权利要求1所述的一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺，其特征在于，在步骤（2）中，所述喷涂过程为单道次喷涂，送粉率为0.6~0.11L/min，喷枪移动速度为1200~1600mm/s，喷涂距离为25~36mm。

7.根据权利要求1所述的一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺，其特征在于，在步骤（2）中，所述制坯过程为：将对扣的基材与复材送往压力机压紧，在对扣的复合极薄带周围封装焊接，然后在对扣的复合极薄带端部钻孔抽真空，然后封闭该孔，得到复合极薄带坯料。

8.根据权利要求1所述的一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺，其特征在于，在步骤（3）中，所述轧制过程为：将复合极薄带坯料穿入轧机，进行带张力轧制。

9.根据权利要求8所述的一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺，其特征在于，在步骤（3）中，所述轧机为波纹辊轧机组、异步轧机或者六辊以上的多辊轧机。