铜钢复合材料的应用与生产综述

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1、铜/钢复合材料的应用与生产综述0引言为了使金属材料最大限度地发挥出其所具有的性能，其方法之一就是把性能不同的材料加以组合制成复合材料。金属复合板的研究最早是美国于1860年开始的，工业性生产始于20世纪30年代。当时美国为了降低成本，提高强度，开始了镍复合钢板的生产，其后不断进行了旨在提高结合性能的制造技术开发。20世纪30年代，苏联也对铝、锡、钢等金属与合金的复合材料进行了初步研究，所采用的生产工艺主要有轧制法、铸造法、爆炸法、扩散焊接法等。其中，对冷轧复合法的工艺及力学性能研究较为深入，试生产了08F钢基体上复合18-8型不锈钢的三层耐蚀复合板。20世纪50-60年

2、代，英国伯明翰大学等单位对固相复合进行了较为系统的研究，取得了很大成就。日本在复合材料方面的研究虽较晚，但进步迅速，近年来成为从事金属复合材料研究最多的国家之一。我国的复合板研究始于20世纪60年代初，主要方法有爆炸焊接、爆炸焊接+轧制、热轧、冷轧等，主要研究单位有上海钢铁研究所、东北大学、北京科技大学、武汉大学等。铜/钢复合材料（在钢表面复合铜或铜合金）由于具有防腐蚀、抗磨损、导电导热性优良、美观、成本低等优点,在军工、电子、造币、炊具及建筑装饰等领域有着广阔的应用前景,其研究也越来越引起国内外的关注。本文主要介绍铜/钢复合材料的应用、生产方法的新进展。1铜/钢复合材

3、料的应用1.1民用方面铜/钢复合材料在民用方面的应用主要体现在炊具及建筑装饰领域。为了保护食品,日常使用不锈钢锅,但不锈钢锅导热不良,加热时容易产生局部高温而粘底,通过复一层高导热材料铜制成铜/钢复合材料可很好地解决这个问题。在建筑装饰领域使用铜/钢复合材料代替铜及铜合金做屋顶、门窗的框架及屋顶的气窗等,不仅庄严美观,而且强度高,成本低；同时，由于内层的钢板导热率较低,因此可使用较小的烙铁以较低的温度进行焊接,进而可缩短焊接时间。此外,还使用钢复黄铜H62或H68制做标牌、扶手、家具等。1.2电子与电气方面在电子与电气方面广泛使用铜/钢复合材料代替传统的铜及铜合金制造电

4、子器件,如导电弹簧一般由磷青铜和铍青铜制造,成本高且弹性性能随导电率的升高而下降,用以高碳钢作芯体的铜包钢线来代替,不仅同时具备了良好的导电和弹性性能,而且成本低。铠装电缆过去一直用铜或铜合金制造,现在用复铜不锈钢制造,不但保证了导电性和耐蚀性,而且提高了强度,减小了厚度。由铜包钢线制成的绳索已成功地应用在铁路电气化方面,它们取代至今使用的铜、铜镉及铜镁合金后获得了良好的效果。用铜包钢线作内导体的同轴电缆具有良好的自支承性和接线性能,在大跨距布线的场合更具有其独特的优势。1.3军工方面某发射器由20钢圆筒和黄铜HPb59-1导轨组成,由于这两种材料之间难以焊接,故只能铆

5、接,因此铆接处常因密封不好而漏水。采用复合材料,导轨与钢筒之间可用间断点焊来代替铆接,这不仅解决了漏水问题,还简化了制造工艺,降低了成本。使用体积比为15：80：5的铜/钢/铜复合材料代替弹壳黄铜做炮弹,不仅经济,且其弹道性能优越。1.4其他方面由于兼备铜和钢的优异性能,铜/钢复合材料还广泛应用于其它领域,如在汽车工业中,使用铜/钢复合材料制造热交换器、同步器锥环、减速机蜗轮、轴瓦等；在冶金工业中,使用铜/钢复合材料作电镀技术用电极、放电用加工电极、接地棒等；由于黄铜与硫化橡胶有优异的粘结力,因此复黄铜钢丝被大量应用于橡胶工业作子午线轮胎帘线。2铜/钢复合材料的生产方法

6、2.1铜/钢复合板带材生产方法（1）热轧复合法热轧复合法出现于20世纪40年代,其基本原理是,在一定的温度和轧机的强大压力作用下实现异种材料的冶金结合。热轧复合时,覆层和基层金属坯料的表面要处理干净,为防止加热过程中界面氧化,组装的坯料要制成密闭式结构,常用的密闭方法有焊接和真空两种。焊接密闭法是把组装好的复合坯料四周焊接后再进行加热轧制复合真空密闭法有两种方式,一是真空加热真空轧制复合,二是先把组合坯料在真空状态下扩散结合,然后进行常规的加热轧制复合。热轧复合时界面容易结合,但必需注意加热温度和保温时间的控制,以防有害金属化合物的生成。对于在高温时易产生相互扩散并形成

7、有害金属化合物的复合组元,可在组元间加中间衬箔,如在用热轧复合法生产钢/铜镍复合板时,为防止C、Fe向铜合金中扩散及Cu、Ni向钢中扩散,可在钢板和铜镍合金板之间加入镍箔。热轧复合法的优点是对轧机的要求不高,容易得到大张复合板,缺点是工艺复杂,产品的厚度及层厚比难以控制,实际生产中,常用于生产坯料。（2）冷轧复合法20世纪50年代,美国首先开始冷轧复合法的研究,并提出了以“表面处理→冷轧复合→扩散退火”为主要过程的三步法生产工艺川。与热轧复合法相比,冷轧复合时的首道次变形量要更大,一般要达到60%～70%,甚至更高,但冷轧复合法可以实现多