[发明专利]一种铜包铝复合扁排感应连续退火设备及其工艺

说明书

  

技术领域

本发明属于金属层状复合材料领域，提供了一种满足铜包铝复合电力扁排特点的感应加热连续退火设备及其工艺。 

  

背景技术

铜包铝扁排是一种双金属层状复合材料，具有低密度、低成本、易连接等优点，可广泛应用于配电母线槽、中高频加热设备、各种控制柜和冶金化工领域的汇流排等。铜包铝导线或扁排一般是通过一定的复合技术（见：戴雅康，等．电线电缆，1997，(5)：25-28；谢建新，等．一种包复材料水平连铸直接复合成形设备与工艺．中国发明专利：ZL200610112817.3．）先制备出铜包铝复合坯料，再经轧制、挤压或拉拔等后续成形加工工艺，生产出一定断面形状和尺寸的产品。经轧制或拉拔成形后，铜包铝复合材料的抗拉强度和硬度升高，拉伸断后伸长率明显下降，电导率下降，在使用前需要进行去应力退火，以调控铜包铝扁排的力学和导电性能。在大多数应用场合，希望获得尽可能高的导电率，且对于需要弯曲加工等情形，对铜包铝复合扁排的断后伸长率要求较高，因而一般需要通过等温退火热处理提高铜包铝复合材料的电导率和伸长率。 

目前，铜包铝复合材料的退火方法，主要是电炉等温退火[见：谢建新，董晓文，等．一种铜包铝排热处理用台车卧式退火罐．中国专利：ZL201020294425.5；吴永福. 矩形大断面铜包铝水平连铸直接复合成形及加工工艺基础[D]. 北京:北京科技大学，2012. ]，退火温度范围在200～500℃（见：王秋娜，等．材料工程，2008，（7）：30～35．）。电炉退火的优点是设备及工艺成熟，可用于批量生产。但用于铜包铝复合扁排退火，存在以下问题：第一，电炉退火升温速度较慢，加热时间较长，对单一金属材料可能影响不大，但铜包铝复合材料与单一金属材料存在显著不同，即，由于铜和铝通过界面相互扩散，铜包铝复合材料在退火热处理过程中当退火温度较高、保温时间较长时，容易导致界面层厚度明显增大，界面中生成硬而脆的金属间化合物层，对铜包铝复合材料的界面结合性能、宏观力学性能和导电性能等产生不利影响。一般退火热处理温度越高，界面层厚度越大。研究表明：当铜/铝界面金属间化合物层厚度大于2μm后，界面的断裂将从延性断裂转变为脆性断裂，界面结合强度显著降低（见：Abbasi M, et al. Journal of Alloys and Compounds, 2001, 319(1-2): 233-241；Chen C Y, et al. Materials Transactions, 2006, 47(4): 1232-1239.）。对连铸-轧制生产的铜包铝扁排电炉等温退火研究结果也表明，在250℃以下退火，界面结合强度随温度的升高而升高；300℃退火后界面处生成金属间化合物，界面结合强度有所降低，但此时组织仍未发生再结晶，伸长率较低，难以满足弯曲性能要求；400℃退火1小时后，组织发生完全再结晶，伸长率明显增大，但界面层厚度达到4μm以上，界面结合强度显著降低 [见：吴永福. 矩形大断面铜包铝水平连铸直接复合成形及加工工艺基础[D]. 北京:北京科技大学，2012. ]。第二，电炉退火时，炉内不同部位的温度均匀性较差，对单一金属的影响较小，但铜包铝复合材料由于退火过程中界面层变化显著，对温度均匀性和一致性要求较高，电炉退火很难满足这样严格的要求。第三，由于单台退火炉的装炉量有限，当大批量生产时，需要大量的退火设备，占地和能源消耗均较大。而且，电炉退火时铜包铝扁排的长度受炉体长度限制，不能实现较长产品的退火要求。 

另一方面，感应连续退火广泛应用于各种有色金属管材、棒材和线材（为单一金属产品）的中间退火或成品退火[见：张金利，等. 铜合金管材在线去应力处理方法及专用装置. 中国发明专利，ZL02132633.9；南莉，等. 稀有金属快报， 2008，(2): 28-30.]。由于退火产品断面为圆形（圆管、圆棒、圆线）或接近于圆形（如断面为方形、五边形、六边形棒材），感应加热线圈的形状为圆形，横断面温度场均匀性控制容易。感应连续退火具有产品质量均匀性和一致性好、退火速度快、生产效率高等有点。由于铜包铝扁排为双金属层状复合材料，两种金属熔点和再结晶温度相差较大，且产品为扁宽板型断面，横断面温度场均匀性控制难度大，传统感应连续退火设备和工艺，难以应用于该类产品的连续退火。 

  

发明内容