阅读说明：本技术 一种多层纯铜-黄铜复合板材的制备方法 () 是由 李玉胜 李建生 王帅卓 毛庆忠 刘艳芳 于 2018-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多层纯铜-黄铜复合板材的制备方法。该方法首先将厚度为0.1～5mm纯铜及黄铜板材进行多层堆叠,接着利用扩散压力焊接处理手段使其紧密焊接在一起；最终通过传统的冷轧及退火工艺获得具有软硬交替组织的多层纯铜-黄铜复合板材。本发明制得的多层纯铜-黄铜复合板材的金相结果显示该多层纯铜-黄铜复合板材界面结合紧密,力学实验结果显示该多层纯铜-黄铜复合板材具有良好的强度及塑性。()

一种多层纯铜-黄铜复合板材的制备方法

技术领域

本发明涉及结构材料制备领域，具体指一种多层纯铜-黄铜复合板材的制备方法。

背景技术

铜及铜合金是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域。纯铜具有优异的导电导热系数，然而其强度较低(粗晶态抗拉强度约为200MPa)，限制了它的进一步应用。在纯铜中加入Zn，Ni，Sn等元素形成不同种类的铜合金可以提高其强度、可加工性以及耐腐蚀性等，进一步扩展其在相关工业领域中的应用。

多层复合材料的制备一直被认为是一种调节材料综合性能的有效方法。最近，马小龙等学者采用冷变形+退火的工艺制备出了多层纯铜及黄铜的复合板材，力学测试结果表明：这种方式生成的多层纯铜-黄铜复合板材具有优异的力学性能，主要归因于软硬界面处协调变形时所产生的额外背应力强化导致的。然而，这种制备方法存在着较多的弊端。一方面，单纯依赖于冷变形很难使得两种不同的金属有很好的界面结合，在变形的过程中也会出现由于裂纹和结合性差而导致的材料利用率低的问题；另一方面，多层复合板材的制备需要结合叠轧变形工艺，工序繁琐，更容易引入杂质，从而污染两相界面。因而，如何寻求一种新的制备方法解决上述问题，将十分有利于工业生产，意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供了一种多层纯铜-黄铜复合板材的制备方法。

实现本发明所采用的技术方案是：

一种多层纯铜-黄铜复合板材的制备方法，包括以下步骤：

(1)板材切割及表面去氧化层

将厚度为0.1～5mm纯铜及黄铜板材切割成相同的尺寸，对其上下表面先进行机械打磨、抛光，清理表面氧化层，使其表面粗糙度Ra<1.0μm，之后放入丙酮溶液中清洗10～30min，最后冷风风干。

(2)扩散压力焊处理

将上述去除氧化层的纯铜及黄铜板材依次交替堆叠放入真空或者惰性气体保护压力系统，在纯铜及黄铜堆叠板材之间施加正向压力，接着以10℃/min的升温速率将系统温度升高到500～900℃，保温0.5～10h，炉冷至室温取出。

(3)高应变压下量冷轧处理

对扩散压力焊处理后的多层纯铜-黄铜复合板材进行70～95％变形压下量的冷轧处理。

(4)热处理调控软硬层状组织

对冷轧变形态的多层纯铜-黄铜复合板材进行200～500℃的再结晶热处理，再结晶保温时间1～2h，采用加热到指定温度放样，空冷冷却，整个过程在氮气气流保护下进行。

进一步的，所使用的纯铜为工业T2牌号纯铜，其化学成分(wt.％)要求为：Cu+Ag>99.90，黄铜为工业H62牌号黄铜，其化学成分(wt.％)要求为：Cu:60.5～63.5,Fe≤0.15,Pb≤0.08,Sb≤0.005,Bi≤0.002,P≤0.01,余量为Zn，杂质总和≤0.5。

进一步的，(2)中交替堆叠的层数至少两层。

进一步的，(2)中的真空度小于10^-3Pa。

进一步的，(2)中加正向压力大于0.1MPa。

冷轧处理的主要目的在于：一方面，通过控制变形压下量可以精确得到的所需板材的厚度，有利于尺寸的可控设计；另一方面，对多层纯铜及黄铜板材进行大变形处理，有利于后续退火过程调控组织结构，达到可控调节组织的目的。

本发明相对于现有技术相比，具有以下显著优点：

1)本发明可以通过设计、样品表面清洗、堆放，扩散压力焊接，变形及热处理步骤一次性制备出具有指定层数的纯铜-黄铜复合板材，免除了传统叠轧多次繁杂的工艺。

2)本发明制备出的纯铜-黄铜复合板材具有良好结合的界面，该界面可以有效增强材料的背应力强化，从而提高材料的综合力学性能。

3)本发明中采用高应变压下量冷轧工艺可以达到材料的精确成型，热处理工艺可以实现纯铜及黄铜层软硬结构的调控，总体工艺可控性强。

4)本发明可实现大尺寸样品的制备，生产过程相对简单，原材料利用率高。

附图说明

图1为实施例中多层纯铜-黄铜复合板材的制备工艺流程图。

图2为实施例处理得到的多层纯铜-黄铜复合板材的截面硬度分布图及300℃热处理后软硬界面处的金相组织图。

图3为实施例处理后的多层纯铜-黄铜复合板材拉伸曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进一步作详细说明。

实施例一

首先，本实施例采用如下的设备：高温扩散压力焊设备，两辊可逆温轧机、热处理用可充保护气体管式炉。

本实施例制备一种多层纯铜-黄铜复合板材的工艺流程图如图1所示，具体操作如下：

本实施例中取用的纯铜和黄铜板材的厚度均为1mm，尺寸为200×200mm²，所使用的纯铜的化学成分(wt.％)为：Cu:99.94，Zn:0.0041，Pb:0.0007，Sn:0.0005，Fe:0.0031，Ni:0.0028，Si:0.028，其余为不可避免的杂质，黄铜的化学成分(wt.％)为：Cu:63.25，Zn:36.42,Fe:0.025，Pb:0.0005，Sb:0.002，Bi:0.0005，P:0.004，其余为不可避免的杂质。

选择纯铜及黄铜板材各2块，对其上下表面先进行机械打磨清理，去除表层氧化层，使其表面粗糙度Ra<1.0μm，之后放入丙酮溶液中清洗30min，去除油污，最后冷风风干。

将上述去除氧化层和油污的纯铜及黄铜板材依次隔开堆叠(共4层)放入真空(<10^-3Pa)高温扩散压力焊设备炉膛中，在纯铜及黄铜堆叠板材之间施加正向压力(4.5t)，接着以10℃/min的升温速率将系统温度升高到850℃，保温2h，炉冷至室温取出。

对扩散压力焊处理后的4层纯铜-黄铜复合板材进行85％变形压下量的冷轧处理，最终得到的复合板材厚度为600μm，即每层厚度约为150μm。

对冷轧变形态的4层纯铜-黄铜复合板材进行200℃的再结晶热处理，再结晶保温时间2h，采用加热到指定温度放样，空冷冷却至室温，整个过程在氮气气流保护下进行，最终得到软硬交替的纯铜及黄铜层状复合板材，如图2所示，黄铜层为硬质层，硬度约为230HV，纯铜为软质层，硬度约为110HV，两相界面结合紧密，无裂纹。

本实施例通过上述方法得到的4层纯铜-黄铜复合板材屈服强度为530MPa，抗拉强度为560MPa，均匀延伸率为1％，断裂延伸率为2％。其工程应力-工程应变曲线如图3所示，可以看出通过本发明方法处理后的多层纯铜-黄铜复合板材具有很高的强度，可以促进其工业应用。

实施例二

首先，本实施例采用如下的设备：高温扩散压力焊设备，两辊可逆温轧机、热处理用可充保护气体管式炉。

本实施例制备一种多层纯铜-黄铜复合板材的工艺流程图如图1所示，具体操作如下：

本实施例中取用的纯铜和黄铜板材的厚度均为1mm，尺寸为200×200mm²，所使用的纯铜的化学成分(wt.％)为：Cu:99.94，Zn:0.0041，Pb:0.0007，Sn:0.0005，Fe:0.0031，Ni:0.0028，Si:0.028，其余为不可避免的杂质，黄铜的化学成分(wt.％)为：Cu:63.25，Zn:36.42,Fe:0.025，Pb:0.0005，Sb:0.002，Bi:0.0005，P:0.004，其余为不可避免的杂质。

选择纯铜及黄铜板材各2块，对其上下表面先进行机械打磨清理，去除表层氧化层，使其表面粗糙度Ra<1.0μm，之后放入丙酮溶液中清洗30min，去除油污，最后冷风风干。

将上述去除氧化层和油污的纯铜及黄铜板材依次隔开堆叠(共4层)放入真空(<10^-3Pa)高温扩散压力焊设备炉膛中，在纯铜及黄铜堆叠板材之间施加正向压力(4.5t)，接着以10℃/min的升温速率将系统温度升高到850℃，保温2h，炉冷至室温取出。

对扩散压力焊处理后的4层纯铜-黄铜复合板材进行85％变形压下量的冷轧处理，最终得到的复合板材厚度为600μm，即每层厚度约为150μm。

对冷轧变形态的4层纯铜-黄铜复合板材进行300℃的再结晶热处理，再结晶保温时间2h，采用加热到指定温度放样，空冷冷却至室温，整个过程在氮气气流保护下进行，最终得到软硬交替的纯铜-黄铜层状复合板材，如图2所示，黄铜层为硬质层，硬度约为150HV，纯铜为软质层，硬度约为60HV，两相晶粒尺寸存在明显差异，界面结合紧密，无裂纹。

本实施例通过上述方法得到的4层纯铜-黄铜复合板材屈服强度为250MPa，抗拉强度为390MPa，均匀延伸率为24％，断裂延伸率为27.5％。其工程应力-工程应变曲线如图3所示，可以看出通过本发明方法处理后的多层纯铜-黄铜复合板材具有良好的强度塑性匹配，可以极大促进其工业应用。

实施例三

首先，本实施例采用如下的设备：高温扩散压力焊设备，两辊可逆温轧机、热处理用可充保护气体管式炉。

本实施例制备一种多层纯铜-黄铜复合板材的工艺流程图如图1所示，具体操作如下：

本实施例中取用的纯铜和黄铜板材的厚度均为1mm，尺寸为200×200mm²，所使用的纯铜的化学成分(wt.％)为：Cu:99.94，Zn:0.0041，Pb:0.0007，Sn:0.0005，Fe:0.0031，Ni:0.0028，Si:0.028，其余为不可避免的杂质，黄铜的化学成分(wt.％)为：Cu:63.25，Zn:36.42,Fe:0.025，Pb:0.0005，Sb:0.002，Bi:0.0005，P:0.004，其余为不可避免的杂质。

选择纯铜及黄铜板材各2块，对其上下表面先进行机械打磨清理，去除表层氧化层，使其表面粗糙度Ra<1.0μm，之后放入丙酮溶液中清洗30min，去除油污，最后冷风风干。

将上述去除氧化层和油污的纯铜及黄铜板材依次隔开堆叠(共4层)放入真空(<10^-3Pa)高温扩散压力焊设备炉膛中，在纯铜及黄铜堆叠板材之间施加正向压力(4.5t)，接着以10℃/min的升温速率将系统温度升高到850℃，保温2h，炉冷至室温取出。

对扩散压力焊处理后的4层纯铜-黄铜复合板材进行85％变形压下量的冷轧处理，最终得到的复合板材厚度为600μm，即每层厚度约为150μm。

对冷轧变形态的4层纯铜-黄铜复合板材进行400℃的再结晶热处理，再结晶保温时间2h，采用加热到指定温度放样，空冷冷却至室温，整个过程在氮气气流保护下进行，最终得到软硬交替的纯铜-黄铜层状复合板材，如图2所示，黄铜层为硬质层，硬度约为90HV，纯铜为软质层，硬度约为55HV，两相界面结合紧密，无裂纹。

本实施例通过上述方法得到的4层纯铜-黄铜复合板材屈服强度为160MPa，抗拉强度为335MPa，均匀延伸率为36％，断裂延伸率为40％。其工程应力-工程应变曲线如图3所示，可以看出通过本发明方法处理后的多层纯铜及黄铜复合板材具有良好的强度塑性匹配，可以极大促进其工业应用。