一种提高铝铜双金属液固复合界面结合强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高铝铜双金属液固复合界面结合强度的方法，特征是采用A390铝合金和Al‑P中间合金所组成的混合合金与铜进行铝铜双金属液固复合，使混合合金中P的质量分数为0.1～0.4％，将混合合金在真空液固复合装置中加热至800℃，形成熔融铝液，将铜基体预热至650℃，控制熔融铝液均匀滴落在铜基体上，最后冷却至室温，即获得铝铜双金属液固复合材料。采用本发明专利技术方法可以有效的提高铝铜双金属液固复合界面结合强度，且不受工件形状、尺寸等影响，成本低、操作简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有色金属铸造方法
，具体涉及提高铝铜双金属液固复合界面结合强度的方法。
技术介绍
据英国《材料科学技术》(2013年第29卷第2期、190-196页)介绍，在利用液固复合铸造的方法制备铝铜双金属复合材料过程中，铜表面的氧化物层阻碍了铝铜间原子的相互扩散，致使铝铜间无法实现连续完整的冶金结合，同时在复合界面处易产生脆性金属间化合物，降低了界面结合强度，由于铝、铜的线膨胀系数不同，在冷却过程中铝铜复合界面将产生很大的应力，当界面结合强度较低时会致使铝铜复合界面开裂，大大降低了接头的综合性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种提高铝铜双金属液固复合界面结合强度的方法，以克服现有铝铜双金属液固复合界面强度低、脆性大的缺点，获得界面组织性能优化的铝铜双金属复合材料。本专利技术提高铝铜双金属液固复合界面结合强度的方法，包括：将纯度不低于99.9％的铜块，经打磨、清洗后，放入含8-12g/L氢氧化钠、25-30g/L碳酸钠、50-60g/L磷酸钠和8-12g/L硅酸钠的混合液中50-60℃碱洗15-20分钟后，用酒精冲洗并烘干，再放入体积百分浓度为10-15％的硫酸中酸洗30-40秒后，用酒精冲洗并烘干，获得经过预处理的铜基体；其特征在于：按质量比1:0.03～0.15取A390铝合金和Al-P中间合金两种固体颗粒组成混合合金，其中P在Al-P中间合金中的质量分数为3％，使P在这混合合金中的质量分数为0.1～0.4％；采用真空液固复合装置将混合合金与经过预处理的铜基体进行铝铜双金属液固复合：所述真空液固复合装置的炉腔中安置有石英管B，石英管B内的托盘C通过与其相连接的磁力推杆A控制托盘C在石英管B内水平移动，通过环绕配置在石英管B外的电阻炉F将石英管注射器D内的混合合金加热融化以及预热托盘C上的铜基体，石英管注射器D内部的注射杆与磁力推杆E相连，通过磁力推杆E推动石英管注射器D内部的注射杆将加热融化后的混合合金挤出；将石英管B两端的可拆卸真空密封阀门G和H拆下，并将石英管B由电阻炉F的炉腔中取出，将铜基体放在托盘C上，并通过磁力推杆A水平拉离电阻炉F的加热区，将混合合金置于石英管注射器D内，随后将石英管B装入炉腔，将石英管B两端的真空密封阀门G、H密封并抽真空至10-3～10-4Pa，再充入氩气至0.01～0.02Mpa，控制电阻炉F加热混合合金至形成熔融铝液，然后通过磁力推杆A将装有铜基体的托盘C水平移动至石英管注射器D顶端正下方的位置预热，再通过磁力推杆E推挤石英管注射器D中的注射杆，将1～2g的熔融铝液均匀滴落在铜基体上，最后冷却至室温，即获得铝铜双金属液固复合材料。所述混合合金中P的质量分数优选0.2～0.4％。由于本专利技术采取了在铝铜双金属液固复合过程中加入Al-P中间合金的方法，一方面，利用反应：2P+5CuO＝5Cu+P2O5在液固复合过程中去除铜表面的氧化物，使铝铜间良好的冶金结合得以形成，克服了现有铝铜液固复合铸造方法中铜经表面处理后被再次氧化的问题；另一方面，混合合金中P的质量分数为0.2～0.4％时，Al-P中间合金的加入提高了熔体的过冷度，增加了凝固形核的驱动力，从而控制了脆性金属间化合物的长大，克服了现有铝铜液固复合铸造方法中复合界面强度低、脆性大的缺点，且此方法不受工件形状、尺寸等影响，成本低、操作简单。附图说明图1为真空液固复合实验装置的示意图；图2为未添加Al-P中间合金的铝铜双金属液固复合界面的显微组织照片。图3为P的添加量为0.1wt.％的铝铜双金属液固复合界面的显微组织照片。图4为P的添加量为0.2wt.％的铝铜双金属液固复合界面的显微组织照片。图5为P的添加量为0.4wt.％的铝铜双金属液固复合界面的显微组织照片。图6为不同P添加量的铝铜双金属液固复合样品的剪切强度对比图。具体实施方式以下通过实施例并结合附图来对本专利技术的实施工艺和效果作进一步的阐述。实施例1：本实施例中采用的铜基体是将T2纯铜样品切割加工成尺寸为20mm×15mm×4mm的铜块，通过机械打磨去除表面的污垢，随后在丙酮中超声清洗15分钟并干燥，再将其放入55℃的含10g/L氢氧化钠、25g/L碳酸钠、55g/L磷酸钠和10g/L硅酸钠的混合溶液中碱洗15分钟，经过酒精冲洗并烘干后，再放入体积百分浓度为10％的硫酸中酸洗30秒，随后用酒精冲洗并烘干，获得经过预处理的铜基体。上述预处理铜基体也可在混合溶液温度50-60℃，氢氧化钠浓度在8-12g/L，碳酸钠浓度在25-30g/L范围内，磷酸钠浓度在50-60g/L，硅酸钠浓度在8-12g/L，硫酸体积百分浓度在10-15％进行；所述碱洗15-20分钟，酸洗30-40秒，都能满足预处理的实验效果。分别按质量比为1:0.03、1:0.07、1:0.15称量A390铝合金和Al-P中间合金，混合获得P的添加量(占混合合金总质量的百分比)分别为0.1wt.％、0.2wt.％和0.4wt.％的三种混合合金，为确保有足够量的混合合金与铜基体进行液固复合，称量的混合合金的质量为2.5g；另称量2.5gA390铝合金用于做对比试验；下面分别对A390铝合金和混合合金进行铝铜双金属液固复合实验。本专利技术方法中采用真空液固复合实验装置来进行混合合金与铜之间的铝铜双金属液固复合工艺过程。图1给出了真空液固复合实验装置的示意图。该真空液固复合实验装置主要由磁力推杆A、石英管B、托盘C、石英管注射器D、磁力推杆E、电阻炉F以及真空密封阀门G、H构成；石英管B(外径55mm、内径50mm、长570mm)的两端由可拆卸的真空密封阀门G、H密封，托盘C与磁力推杆A相连，并可通过磁力推杆A控制托盘C在石英管B内水平移动，通过电阻炉F(长365mm、宽325mm、高325mm)可将石英管注射器D(内径6-8mm、长290mm)内的混合合金加热融化以及预热托盘C上的铜基体，石英管注射器D内部的注射杆与磁力推杆E相连，通过磁力推杆E推动石英管注射器D内部的注射杆将加热融化后的混合合金挤出。进行铝铜双金属液固复合实验时，先将真空密封阀门G、H由石英管B的两端拆下，并将石英管B由电阻炉F的炉腔中取出，将铜基体放在托盘C上，并通过磁力推杆A水平拉离电阻炉F的加热区，将混合合金置于石英管注射器D内，随后将石英管B装入炉腔，将石英管B两端的真空密封阀门G、H密封并对管腔内进行抽真空，时间不少于15分钟，使真空度达到10-3～10-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高铝铜双金属液固复合界面结合强度的方法，包括：将纯度不低于99.9％的铜块，经打磨、清洗后，放入含8‑12g/L氢氧化钠、25‑30g/L碳酸钠、50‑60g/L磷酸钠和8‑12g/L硅酸钠的混合液中50‑60℃碱洗15‑20分钟后，用酒精冲洗并烘干，再放入体积百分浓度为10‑15％的硫酸中酸洗30‑40秒后，用酒精冲洗并烘干，获得经过预处理的铜基体；其特征在于：按质量比1:0.03～0.15取A390铝合金和Al‑P中间合金两种固体颗粒组成混合合金，其中P在Al‑P中间合金中的质量分数为3％，使P在这混合合金中的质量分数为0.1～0.4％；采用真空液固复合装置将混合合金与经过预处理的铜基体进行铝铜双金属液固复合：所述真空液固复合装置的炉腔中安置有石英管(B)，石英管(B)内的托盘(C)通过与其相连接的磁力推杆(A)控制托盘(C)在石英管(B)内水平移动，通过环绕配置在石英管(B)外的电阻炉(F)将石英管注射器(D)内的混合合金加热融化以及预热托盘(C)上的铜基体，石英管注射器(D)内部的注射杆与磁力推杆(E)相连，通过磁力推杆(E)推动石英管注射器(D)内部的注射杆将加热融化后的混合合金挤出；将石英管(B)两端的可拆卸真空密封阀门(G)和阀门(H)拆下，并将石英管(B)由电阻炉(F)的炉腔中取出，将铜基体放在托盘(C)上，并通过磁力推杆(A)水平拉离电阻炉(F)的加热区，将混合合金置于石英管注射器(D)内，随后将石英管(B)装入炉腔，将石英管(B)两端的真空密封阀门(G)和阀门(H)密封并抽真空至10‑3～10‑4Pa，再充入氩气至0.01～0.02Mpa，控制电阻炉(F)加热混合合金至形成熔融铝液，然后通过磁力推杆(A)将装有铜基体的托盘(C)水平移动至石英管注射器(D)顶端正下方的位置预热，再通过磁力推杆(E)推挤石英管注射器(D)中的注射杆，将1～2g的熔融铝液均匀滴落在铜基体上，最后冷却至室温，即获得铝铜双金属液固复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种提高铝铜双金属液固复合界面结合强度的方法，包括：
将纯度不低于99.9％的铜块，经打磨、清洗后，放入含8-12g/L氢氧化钠、25-30g/L
碳酸钠、50-60g/L磷酸钠和8-12g/L硅酸钠的混合液中50-60℃碱洗15-20分钟后，用
酒精冲洗并烘干，再放入体积百分浓度为10-15％的硫酸中酸洗30-40秒后，用酒精冲
洗并烘干，获得经过预处理的铜基体；其特征在于：按质量比1:0.03～0.15取A390铝
合金和Al-P中间合金两种固体颗粒组成混合合金，其中P在Al-P中间合金中的质量分
数为3％，使P在这混合合金中的质量分数为0.1～0.4％；采用真空液固复合装置将混合
合金与经过预处理的铜基体进行铝铜双金属液固复合：
所述真空液固复合装置的炉腔中安置有石英管(B)，石英管(B)内的托盘(C)通过与其
相连接的磁力推杆(A)控制托盘(C)在石英管(B)内水平移动，通过环绕配置在石英管(B)
外的电阻炉(F)将石英管注射器(D)内的混合合金加热融化以及预热托盘(C)上的铜基体，
石英...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翌庆，李立，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34