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銅鋁復合材料的熱處理問題研究論文
摘要：銅鋁復合材料是電力、電氣、通訊及電子元件等行業中使用廣泛的材料, 同時也是國際上備受青睞的換熱材料。銅鋁材料在進行制備及熱處理的過程中, 方法、參數設置不當, 銅鋁合金容易出現使用性能下降、共晶、氧化等問題, 為此, 需要選擇合適的制備工藝及提高熱處理技術, 使產品性能有效提高, 本文就此分析了制備技術, 例如熱軋復合技術、冷軋復合技術、異步軋復合技術、焊接復合技術以及其他復合技術等, 希望能對銅鋁復合材料的熱處理研究提供一些參考。
關鍵詞：銅鋁材料; 軋制; 焊接復合;
將銅、鋁兩種材料結合在一起就能得到一種良好的換熱材料和導電材料。為此不論是用來導熱還是用來導電, 都是優先選擇的材料。例如外層為銅, 基體為鋁的材料可以充當工頻小于供電頻率的導線;外層為鋁, 基體為銅的材料可以用來進行導熱和導電。而提高銅鋁復合材料的熱處理技術有助于提高產品的性能, 本文就此簡單分析了銅鋁復合材料的制備技術。
1 熱軋復合技術
熱軋復合技術就是將銅鋁材料在進行加熱后, 利用軋制力對其進行塑性加工的方法。通過這種方式能夠將銅鋁材料有機結合在一起。熱軋復合技術在20世紀就已經出現, 目前依然廣泛應用于各個行業之中。熱軋復合技術在使用過程中具有簡單易操作的特點, 同時具有較高的實用性, 因此廣泛應用于制作大型的銅鋁復合材料零件。銅鋁復合材料在進行熱軋的過程中和單屬性金屬的處理方式相似, 軋制后通常還需進行熱處理, 去除殘余應力并使界面結合得到強化。在實際生產過程中, 遇到困難較大的軋制工作時, 還可以使用包覆軋制方法, 這也是實施軋制復合的有效方法之一。
2 冷軋復合技術
由于熱軋技術在使用過程中會使銅鋁復合材料出現部分脆性的物質, 有時難以進行有效控制, 為了解決熱軋處理技術中的問題, 美國學者研制出了界面熱擴散處理技術, 逐漸在工業生產中推廣開來, 并取代了一部分的熱軋處理技術。隨著人們對冷軋處理技術研究的不斷深入, 這種處理技術也逐漸在銅鋁復合材料制作中應用開來。通常認為, 軋制復合法結合過程分為物理接觸、接觸表面激活和擴散三個過程。冷軋技術在大型的銅鋁復合材料制作過程, 對軋機具有較高的要求, 因此在一定范圍內, 冷軋技術受到了一定的限制。除此之外, 材料的成品率以及材料形狀也受到了一定的影響。
3 異步軋復合技術
異步軋制工藝也可以稱為非對稱性的軋制工藝, 這項技術誕生于20世紀60年代, 隨后逐漸被廣泛應用。異步軋制技術在使用過程中的主要特點就是在工作過程中兩個使用部件的速度各不相同[1], 并且軋制過程中不需要太大的軋制力, 就能制作出材質較薄的銅鋁復合材料。部分研究學者在研究異步軋制復合工藝時, 已經對軋制變形率、軋制下壓量以及軋制機制之間的關系等方面進行了大量的研究實驗, 在一定程度上改善了在大延伸條件下, 異步軋制技術所產生的機架張力以及軋機扭振問題。目前, 異步軋制技術更多的還是與其它技術結合使用, 生產工序較為復雜, 不適合小型的生產工作。
4 焊接復合技術
焊接復合技術就是通過焊接的方法再直接把一種材料焊接在另一種材料的表面, 從而有效改善材料的性能與尺寸[2]。通過焊接復合技術不但可以對原材料遺失部分進行有效修復, 同時還能促進兩種材料發生冶金結合, 使產品性能得到進一步提高。根據焊接方式的差異, 焊接復合技術分為擴散焊接和爆炸焊接, 爆炸焊接是一種較為獨特的工藝技術, 其基本工作原理就是將爆炸時炸藥所爆發的能源作為基礎能源, 利用異種原子產生高速撞擊、沖撞, 使各種金屬材料結合到一起。這種方法界面高壓和高溫持續時間非常短, 可有效防止界面處金屬間化合物的生成, 并且靈活性強, 可用于各種異型件的焊接, 復合材料結合力強[3]。
5 其他復合技術
噴射成型技術, 主要是利用各種專業設備先溶解固體金屬銅或鋁, 隨后將被熔金屬液態物質噴射到另一種基礎金屬材料中, 形成一種新型薄層, 在經過熱處理后, 使材料達到一種復合狀態。直接澆筑復合技術, 就是先將兩種金屬放置在一起, 將剝離劑放進兩種材料中, 在材料四周開始加壓使之閉合, 然后將其放置在鑄模之中, 同時使部分金屬液注入鑄模當中, 在金屬液完全冷卻凝固后, 再實施軋制工作, 最后就會得到一種復合材料[4]。這種方式的使用優勢就是在合理壓力及溫度條件下, 可以提高產品結合強度, 成本較低, 技術操作簡單。
6 結束語
銅鋁符合材料具有良好的導電、導熱性能, 因此被廣泛應用于能源、建筑、機械、電子、電力以及冶金設備等各個行業領域當中, 提高銅鋁復合材料的制備及熱處理技術有助于提升產品的性能, 為此我國應該加強銅鋁復合材料的制備技術及熱處理技術, 從而讓銅鋁復合材料更好地應用于工業生產及實際生產生活之中。
參考文獻
[1]劉歡.擴散熱處理工藝與銅鋁復合板性能關系的構建[D].沈陽:沈陽工業大學, 2014.
[2]呂琳.擴散熱處理工藝對銅鋁復合界面層結構的影響[D].沈陽:沈陽工業大學, 2012.
[3]尚正平, 王項, 范國棟, 等.銅鋁復合材料生產與應用[J].有色金屬加工, 2014 (13) :45-46.
[4]周弦.銅鋁復合材料研究進展[J].南方農機, 2018, 49 (10) :242.
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