材料成型作业(南通大学)

材料成型作业(南通大学) 机械工程学院材料成型之新材料铜铝复合带This studyis broughtagainst theproblems ofpure copperwith highcost ascopper cableshielding anda shortageof copperresources,to carryout theuse ofcopper-aluminum positewith alternativeresearch.System ofa positewith theheat treatmentparameters onmechanical propertiesand interfacialpound with the positionof theimpact,and innovativeenvironment inthe magic field withannealing inthe posite,pared withobserved magic field heat treatment forthe positeimpact.The resultsshow thatheat treatmentcan improve the positewiththeplastic,but theintensity willdecrease withpound;heattreatmentenhanced theproliferation of the interfacebetween copper and aluminumto createa goodinterface transitionlayer toimprovetheeffect ofcopperandaluminum posite;increase themagicfieldcan promotethe interfacepounds,under thesame conditions,the formationof theinterface widthwhen thewidth ofmagicfieldthan without.Key words:Cu/Al posite,Magic field,Properties,Cable shiel此次论文是针对纯铜电缆屏蔽带成本高、铜资源短缺而开展了用铜铝复合带替代的研究。 关于复合带的热处理工艺参数对复合带力学性能及界面组织成分的影响，且创新性地在加磁场环境中对复合带进行退火热处理，对比观察磁场对于复合带的热处理有何影响。 结论有热处理可提高复合带的塑性，但会使复合带的强度下降；热处理增强了界面铜铝的相互扩散，形成良好的界面过渡层，提高铜铝复合的效果；加磁场能促进界面化合，同样情况下，形成的界面宽度比未加磁场时宽。 关键词铜铝复合，磁场，性能，电缆屏蔽1机械工程学院随着科学技术的的迅猛发展，人们对材料提出了更多的需求，以及更为苛刻的使用条件:一是在不影响材料使用性能的情况下，尽量减少稀贵金属的消耗，以降低成本:再是单一组元材料在很多情况下越来越难以满足人们对其综合性能的要求。 综合了不同材料组元的物理、化学性能、以及价格差异于一身的复合材料，弥补了单一组元材料的先天不足。 通过合理的材料设计可以充分发挥各组元材料的优异特点，表现出良好的综合性能和价格低廉的特点，是人类合理利用材料的重大进步铜/铝复合材料作为新型复合材料的一种，不仅具有铜的导电、导热率高、接触电阻低和外表美观等优点，也具有铝的质轻、耐腐、经济等优点。 采用固相复合技术生产的铜/铝复合板，还具有结合面过渡电阻和热阻抗低、耐蚀、耐用、延展性和成型性好等综合性能，可广泛用于电子、电器、电力、冶金设备、机械、汽车、能源和生活用具等各个领域铜/铝复合板带的结构特点是:以铝为芯体，在其上、下两面包覆一层铜，使铜与铝界面实现冶金结合的复合材料。 它与普通铜带相比，有着相同的导电能力，重量却比纯铜轻得多。 铜包铝复合材料集合铜和铝两种金属物理、化学、力学性能和价格差别于一身，不仅具有铜的导电性好，接触电阻小等特点，而且具有铝比重大，重量轻，价格经济的特点，是一种综合性能优良的新型复合材料。 以铜包铝复合板带代替应用面特别广、需求量特别大的铜板带，在电力传输领域将有广泛应用前景，有望形成巨大的产业。 因此，开发适合工业规模生产的高效、低能耗复合技术，制备铜包铝复合板带新型材料，无疑将会给我国迅速发展的电子、电力、机械制造等工业领域提供可供选择的理想的新产品，产生显著的经济效益，而且对于合理利用资源，保证国民经济可持续发展具有重要的社会效益。 铜铝轧制复合的界面结合机理主要存在着薄膜学说2、能量学说、扩散理论3和再结晶理论4等几种。 铜铝轧制复合过程主要存在三个阶段:即铜铝表面的物理接触阶段，接触表面的激活阶段，扩散阶段组成5。 在物理接触阶段，经机械或化学清理后的表面在大气中将很快地2机械工程学院被氧化膜和吸附膜所覆盖。 那么只有从接触表面上除掉这层表面层，才能形成实际的物理接触。 当然除非采用高温真空、激光照射等方法，否则要彻底地清除掉这层表面层是很困难的。 目前，普遍采用的各种表面处理方法，多是人为地形成硬而脆的表面层，依靠薄膜破裂机制，达到金属的实际物理接触。 铜铝复合以后再经轧制可制备采暖工程中的散热翅片。 铜铝复合翅片管是铜、铝管经复合后再轧制出翅片，具有结合紧密，热阻小，传热性能好、强度高、流动损失小、防腐蚀性能强，在长期冷热工况下不易变形、工作寿命长等特点。 整体轧制翅片光滑无毛刺，无皱折，易于清洗，在采暖空调工程中进行湿式冷却时易排除翅片外表面凝结水，在烘燥加热及其它热交换场合不易结尘、结垢。 电力工业已用铜铝复合板制作过渡接头，以解决电工产品中以铝代铜后突出的接头连接问题。 采用轧制复合技术生产的铜铝复合板，不仅具有结合面过渡电阻和热阻抗低，还具有耐蚀、延展性和成形性好等综合性能6,7。 德国在20世纪30年代首先推出铜包铝复合线材，随后英国、美国、法国、前苏联等工业发达国家也相继采用各种不同方法生产铜包铝复合线材，并在高频传输领域内获得广泛的应用。 我国在20世纪60年代开始研究铜铝双金属复合，但直到20世纪90年代，才成功把铜包铝线技术应用到工业生产。 铜/铝复合板带生产技术现在只有美国、德国等较少工业发达国家掌握，目前仍属于专利性的，很少有实际报道。 我国对铜/铝复合板带生产技术开发研究刚刚起步，该种新材料的生产国内仍属空白。 英、法、德等国对铜铝复合材料的研究也具有相当水平:1966年英国学者研究出将带有惰性气氛的液态铝或其合金喷射到铜金属表面，然后将金属铝与上述覆有铝的铜金属在热状态下复合，从而得到铝铜复合材料的复合工艺。 日本在复合材料方面的研究虽然较晚，但其进步迅速，近年来成为从事金属复合研究最多的国家之一。 日本的铜包铝复合导线生产水平非常高，应用也非常成功，如日本的中、高速电气化铁路接触线就选用了多种复合导线。 特别是近几年，对不锈钢与铝的研究更是领先3机械工程学院一步，并且已申请了多项专利。 在阶梯式加热法及温轧复合法和异步冷轧复合方面进行了大量的研究。 在铜/铝复合板的研究方面，1981年日本学者研究出通过冷轧方法使镍箔覆盖在铝材上，然后将上述铝材退火，再与经退火的铜材通过冷轧，退火后得到中间夹层为镍的铜/铝复合材料的复合工艺。 近年来，德国采用静液挤压法生产铝芯复合铜排获得成功，并已实现工业化生产，但因设备投资大，工艺复杂，生产效率低，致使产品价格昂贵而没能得到推广应用。 美国Poly metallurgicalCrop。 开发的控制气氛(Control Atmosphere，CA)轧制复合技术及生产设备。 CA轧制复合技术采用带式法生产，在设备上可以实现单独控制各层材料组元的轧制张力。 CA轧制设备采用AGC反馈控制技术，通过控制压下量和轧制张力来控制复合带材的厚度和板型精度。 但是此复合技术对于较厚的板材生产具有一定的缺陷。 铜、铝材料本身就具有电阻小、热阻小等优点，轧制复合后的铜铝复合带继承了铜、铝材料的大部分优点，还具有自己新的特点。 铜铝轧制复合带表层是铜，内部是铝，所以其整体密度小几乎和铝相近。 在通入电流时，由于电磁场的作用使得电流密度，与导体的表面到中心的距离成反比，即导体表面的电流密度大，而导体中心的电流密度小。 电流的频率越高，这种现象越明显。 这就是电磁学上的趋肤效应8。 随着对铜铝复合研究的深入，采用不同工艺方法制备的不同用途和结构的铜铝复合材料也越来越多。 可以说，铜铝复合材料将会和铜、铝一样成为导电的并列材料，甚至在某些方面要比单纯的铜和铝还要好。 目前铜铝轧制复合工艺种类较多主要可分为直接轧制复合和间接轧制复合。 直接轧制复合。 由于铜铝材料比较软，延伸性能比较好，利用冷轧机进行直接轧制复合效果是很好的。 其工艺原理是，将经过清洗处理的铜带和铝线或板包覆好，利用轧辊施加压力将铜带和铝线或板压接在一起，然后根据产品的要求，对轧制复合的铜铝复合材料进行进一步的处理，或直接矫形、热处理后入库;或再进一步加工，然后矫4机械工程学院形、热处理入库。 轧制复合制备铜铝复合板线材工艺比较复杂，涉及的工序比较多，轧制设备投资较大，因而生产成本较高。 但是这种工艺的产品质量好，生产效率高且环保问题少。 所以国外大多采用这种轧制复合方法生产线材。 目前使用较多的是间接轧制复合，其工艺原理基本上是将清洗处理后的铜带和铝线板利用钎焊、扩散焊等焊接工艺初步焊接到一起。 然后将初步焊接好的铜铝复合板线材进行热轧，得到相应性能的复合材料。 这种工艺的优点是工艺模式相对简单，设备不太复杂，产品质量较好，是国内生产铜铝复合材料的主要方法。 但是这种工艺对生产设备与厂房条件的要求较高。 总体而言，现在的铜铝轧制复合生产线材的工艺方法虽然很多，但基本上属于固相结合法，即通过大的塑性变形使得两金属结合面接近到原子间距离，形成界面的牢固结合。 这类工艺需要表面处理等工序，而且所需设备也比较复杂，所以，如何改进工艺或者开发一种新的工艺，以降低成本提高效率是铜铝轧制复合技术发展的一个关键9,10,11,12,13。 由于趋肤效应的作用使得铜铝轧制复合带在通入电流时，会有较大的电流由铜铝轧制复合带表层的铜通过，这使得铜铝轧制复合带的整体导电性能提高，尤其是当电流的频率很高的时候，电流基本上是由表面通过，这时铜铝轧制复合带导电性几乎和纯铜的导电性相差无几。 铜铝轧制复合带的低成本加上在导电方面的这些优点使得铜铝轧制复合带将会有很大的发展前景。 由上所述，可以看出开发出一种新的可完全代替纯铜的导电材料和生产工艺是很有意义的。 铜铝复合板带的生产工艺有很多种，如爆炸焊、挤压、焊接+热轧等等，但其各自的弊端使得其进行大规模生产存在着很大的难度。 而冷轧复合制作铜铝复合板带便以其众多的优势脱颖而出。 电力材料，尤其是低成本、高性能的金属复合材料是国家重点支持和资助的发展项目。 我国经济的快速发展所带来的电力的传输及变电所的配套建设，企业对导电线材的需求以及铁路的改造及维护等前提也为铜铝冷轧复合提供了巨大的市场容量。 5机械工程学院相关参考文献1屠海令有色金属的发展M，长沙，中南工业大学出版社，19952Y.Sutou,T.Omori,J.J.Wang,R.Kainuma,K.IshidaCharacteristics ofCu-Al-Mnbased shapememory alloysand theirapplicationsJ,MATERIALS SCIENCE&ENGINEERING,xx:278-2823H.Dyja，S.Mroz，A.mileninTheoretical andexperimental 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