[发明专利]一种铝‑铜双金属材料导电头的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及双金属复合材料制备技术领域，尤其涉及一种铝-铜双金属材料导电头的制备方法。

背景技术

Al/Cu复合导电头作为湿法炼锌阴极板的核心部件，用量巨大(1吨锌消耗0.3个导电头，2015年我国锌年产量达640万吨，消耗导电头数量约为192万个)。目前，正在使用的导电头主要采用“浇铸”或“爆炸焊”方法复合制造而成。由于服役环境的特殊性(酸雾气氛并需要频繁通、断电)，上述导电头在使用过程中存在连接界面易腐蚀、导电性差、易发热等现象，从而给生产过程带来了系列问题：电解极板损坏速度加剧，使用寿命降低；结合界面电阻发热严重，使大量的电流效率浪费在电阻发热上；导电头Al/Cu接触界面恶化，最终导致连接失效。可在Al与Cu的界面处生成固溶体组织代替金属间化合物，因此，要改变Al与Cu在高温下的液固扩散能力并提高金属间化合物生成焓。

发明内容

本发明要解决的问题是现有的制备方法制成的Al/Cu复合导电头，双金属连接界面易腐蚀、界面电阻高、易发热、界面强度低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种铝-铜双金属材料导电头的制备方法。所述铝-铜双金属材料导电头的制备方法，包括以下步骤：

(1)预处理：将铜材和铝材分别加工成铜板和铝板，所述铜板和铝板的尺寸相同；

(2)热压成型：

(a)将黄铜网至于铝板和铜板之间，之后一并放置于真空热压烧结炉中；所述黄铜网中Zn的元素的质量分数为25～35％；

(b)将真空热压炉抽真空，待真空度达到3×10^-3～8×10^-2Pa后开始加热，温度达到600-650℃后保温，保温过程中给铝板和铜板双金属加压2～5Mpa；保温20～80min；

(c)之后降温，降温时保持铝板和铜板双金属加压1～3Mpa，保持40～100min；铝板和铜板随炉体冷却后，得到微区扩散成型的型材；

(3)线切割：将步骤(2)得到的型材经线切割后得到所需的导电头。

进一步地，步骤(2)中将真空热压炉抽真空，待真空度达到5.5×10^-3～5.5×10^-2Pa后开始加热。

优选地，步骤(2)中，保温20～50min后降温。

优选地，步骤(2)中，降温时保持铝板和铜板双金属加压1～3Mpa，保持50～80min。

进一步地，所述黄铜网的目数为30～200目。

进一步地，所述黄铜网中Zn元素的质量分数为30％。

优选地，所述步骤(1)中，预处理时，将黄铜网浸泡在酸溶液中进行酸洗2～5min。

优选地，酸洗后的黄铜网超声清洗20～40min。

进一步地，所述步骤(1)中，铝材加工成铝板后，将铝板浸泡在浓度为碱溶液中进行碱洗30-60s。

优选地，所述步骤(1)中，将铜板和碱洗后的铝板分别超声清洗20～40min。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明提供的铝-铜双金属材料导电头的制备方法，使用黄铜网置于铝板和铜板中，黄铜网中的Zn元素有利于Al-Cu的连接。此外，热压成型时，黄铜网降低了铜与铝在界面处的液固扩散能力，抑制CuAl₂、Cu₄Al₉金属间化合物的产生，改善Al-Cu双金属导电头界面组织，改善了导电头的性能。

本发明提供的铝-铜双金属材料导电头的制备方法，利用铝与铜在熔点上的差别，保证高温条件下表面熔化的纯铝通过黄铜纤维微区扩散与固态铜合金形成微米级界面结合组织，实现铝和铜两者冶金结合，形成的双金属材料导电头除了具有铝和铜各自优越性能外，同时还具有较高的界面强度，其界面剪切强度可达90Mpa以上。

本发明提供的铝-铜双金属材料导电头的制备方法，工艺明确、易执行，通过板材与工艺的设计，获得Al-Cu双金属导电头的效率大大提高，适于工业化生产使用。

附图说明

图1是实施例1中的铝-铜双金属材料导电头的制备方法中热压成型步骤的示意图。

图2(a)、(b)是实施例1中的的铝-铜双金属材料导电头的制备方法中线切割的加工图。

图3是实施例3中热压成型后得到的型材的界面结合区组织的SEM图；

图4是实施例1～5中不同目数的黄铜网形成的铝-铜双金属材料导电头剪切强度曲线。

图5是实施例1～5中形成的铝-铜双金属材料导电头两侧铜和铝的导电率图。