专利摘要

本发明公开了一种Al‑CuZn双金属导电材料的制备方法，首先采用感应熔炼制备CuZn合金，然后分别对铝块和CuZn合金进行预处理，最后将预处理后的铝块和CuZn合金一起放置于热压磨具中进行真空热压烧结，得到Al‑CuZn双金属导电材料。本发明Al‑CuZn双金属导电材料的制备方法，通过向铜中加入Zn元素，改变铜的晶格常数以及其它性能，降低了纯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‑CuZn双金属材料界面组织；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扩散与固态CuZn合金形成良好的过渡界面，实现铝和CuZn合金两者冶金结合。

权利要求

1.一种Al-CuZn双金属导电材料的制备方法，其特征在于，首先采用感应熔炼制备CuZn合金，然后分别对铝块和CuZn合金进行预处理，最后将预处理后的铝块和CuZn合金一起放置于热压磨具中进行真空热压烧结，得到Al-CuZn双金属导电材料；

其中，真空热压烧结的具体过程为：将预处理的CuZn合金和Al一起放置于热压磨具，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，对真空热压烧结炉抽真空，当烧结炉内真空度达到6.67×10-3Pa～6.67×10-2Pa后开始加热烧结20～40min，加热温度到560～660℃后保温20～90min，加热过程中给热压模具加压2-6MPa ，待铝和CuZn合金完成扩散成型后，随炉冷却，获得高强度Al-CuZn双金属导电材料。

2.根据权利要求1所述的Al-CuZn双金属导电材料的制备方法，其特征在于，CuZn合金的制备：将H62黄铜和纯铜块，通过感应熔炼得到CuZn合金，其中H62黄铜和纯铜块的质量比为1：3～37。

3.根据权利要求1所述的Al-CuZn双金属导电材料的制备方法，其特征在于，铝块预处理：将纯铝块浸泡在浓度为5％氢氧化钠溶液中进行碱洗30～60s，再用酒精清洗。

4.根据权利要求1所述的Al-CuZn双金属导电材料的制备方法，其特征在于，CuZn合金的预处理：将CuZn合金采用酒精清洗。

说明书

技术领域

本发明属于双金属复合材料制备技术领域，具体涉及一种Al-CuZn双金属导电材料的制备方法。

背景技术

Al-Cu异种金属的连接广泛应用于冶金、电力、化工、制冷和航空航天工业中，目前，主要采用熔铸法、爆炸焊、搅拌摩擦焊等方法实现Al-Cu双金属的连接。但由于Al、Cu两种金属熔点相差424℃，线膨胀系数相差40％以上，导电率也相差70％以上，而且Al、Cu都是易被氧化的活泼金属元素，在焊接过程中，两种金属不仅易形成金属氧化物，还极易在界面处生成CuAl2，Cu4Al9等金属间化合物，这两种硬脆相致使两种金属连接后的材料结合强度较低，界面电阻较大，而且使用过程中易生成裂纹，降低了其使用寿命。为了减少界面处金属间化合物的生成，提高界面结合强度以及降低界面电阻，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

本发明的目的是提供一种Al-CuZn双金属导电材料的制备方法，解决了现有技术制备的Al-Cu复合材料结合强度低，使用过程中易生成裂纹的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种Al-CuZn双金属导电材料的制备方法，首先采用感应熔炼制备CuZn合金，然后分别对铝块和CuZn合金进行预处理，最后将预处理后的铝块和CuZn合金一起放置于热压磨具中进行真空热压烧结，得到Al-CuZn双金属导电材料。

本发明的特点还在于，

CuZn合金的制备：将H62黄铜和纯铜块，通过感应熔炼得到CuZn合金，其中H62黄铜和纯铜块的质量比为1：3～37。

铝块预处理：将纯铝块浸泡在浓度为5％氢氧化钠溶液中进行碱洗30～60s，再用酒精清洗。

CuZn合金的预处理：将CuZn合金采用酒精清洗。

真空热压烧结的具体过程为：将预处理的CuZn合金和Al一起放置于热压磨具，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，对真空热压烧结炉抽真空，当烧结炉内真空度达到6.67×10-3Pa～6.67×10-2Pa后开始加热烧结20～40min，加热温度到560～660℃后保温20～90min，加热过程中给热压模具加压2～6Mpa，待铝和CuZn合金完成扩散成型后，随炉冷却，获得高强度Al-CuZn双金属导电材料。

本发明的有益效果是，本发明Al-CuZn双金属导电材料的制备方法，通过向铜中加入Zn元素，改变铜的晶格常数以及其它性能，降低了纯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-CuZn双金属材料界面组织；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扩散与固态CuZn合金形成良好的过渡界面，实现铝和CuZn合金两者冶金结合，形成的双金属导电材料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60Mpa以上。

附图说明

图1是实施例3制备Al-CuZn双金属导电材料界面结合区组织。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明Al-CuZn双金属导电材料的制备方法，首先制备不同锌含量的CuZn合金，然后再分别对铝块和CuZn合金进行预处理，最后将CuZn合金和铝块一起放置于热压磨具中进行真空热压烧结，得到Al-CuZn双金属导电材料。

具体步骤为：

步骤1，称取质量比为1：3～37的H62黄铜和纯铜块，将H62黄铜与纯铜块放入石墨坩埚中，然后将坩埚放入感应熔炼炉内，对感应熔炼炉抽真空，当熔炼炉内真空度达到3.0×10-3Pa～3.0×10-2Pa后开始加热，当感应电流在20A以下时，每分钟电流升高2A；当电流超过20A时，每分钟电流升高1A；当电流升到28A时，进行保温，保温时间为18min；保温结束后，开始降温，降温速率控制在2A/min，直至电流降到最低，关闭电流。然后试样随炉冷却或者取出试样后水冷，得到CuZn合金；

步骤2，将纯铝浸泡在5％氢氧化钠溶液中进行碱洗30～60s，再用酒精清洗；将步骤1制备的CuZn合金采用酒精清洗；

步骤3，将预处理的CuZn合金和Al一起放置于热压磨具，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，对真空热压烧结炉抽真空，当烧结炉内真空度达到6.67×10-3Pa～6.67×10-2Pa后开始加热烧结20～40min，加热温度到560～660℃后保温20～90min，加热过程中给热压模具加压2～6Mpa，待铝和CuZn合金完成扩散成型后，随炉冷却，获得高强度Al-CuZn双金属导电材料。

本发明在制备Al-CuZn双金属导电材料时，Zn元素的加入，改变了纯铜的晶格常数，降低了纯铜与铝的液固扩散能力，抑制CuAl2、Cu4Al9金属间化合物的产生，改善Al-CuZn双金属导电材料界面组织，实现Al-CuZn双金属导电材料高强度冶金结合。

本发明Al-CuZn双金属导电材料的制备方法，结合界面组织均匀，同时还具有较高的界面强度，其界面剪切强度最高可达60Mpa以上，其制备工艺简单可靠，绿色环保。

实施例1

称取质量比为1:37的H62黄铜和T2纯铜，将H62黄铜与纯铜块放入石墨坩埚中，然后将坩埚放入感应熔炼炉内，对感应熔炼炉抽真空，当熔炼炉内真空度达到3.0×10-3Pa后开始加热，当感应电流在20A以下时，每分钟电流升高2A；当电流超过20A时，每分钟电流升高1A；当电流升到28A时，进行保温，保温时间为18min；保温结束后，开始降温，降温速率控制在2A/min，直至电流降到最低，关闭电流。然后试样随炉冷却或者取出试样后水冷，得到Zn含量为1％的CuZn合金。

制备Al-CuZn双金属导电材料，将纯铝加工成尺寸为Φ30mm×20mm圆柱体，同时，准备尺寸大小为Φ30mm×30mm的CuZn合金；

将纯铝浸泡在5％氢氧化钠溶液中进行碱洗30s，再用酒精清洗；同时，将制备的CuZn合金采用酒精清洗后保存备用；

将纯铝、CuZn合金放置于HVRY-2型高真空高温热压烧结炉内的热压模具中，为了防止界面上出现氧化物，首先对HVRY-2型高真空高温热压烧结炉抽真空，当真空热压炉内真空度达到6.67×10-2Pa后，加热25min，温度到600℃后保温30min，加热过程中给热压模具加压3Mpa，待Al与CuZn合金完成扩散成型后，随炉冷却，即可获得较高强度Al-CuZn双金属材料，界面剪切强度可达53MPa，且界面平整，没有其他缺陷存在，达到了良好的连接。

实施例2

称取质量比为1:24的H62黄铜和纯铜块，将H62黄铜与纯铜块放入石墨坩埚中，然后将坩埚放入感应熔炼炉内，对感应熔炼炉抽真空，当熔炼炉内真空度达到3.0×10-3Pa后开始加热，当感应电流在20A以下时，每分钟电流升高2A；当电流超过20A时，每分钟电流升高1A；当电流升到28A时，进行保温，保温时间为18min；保温结束后，开始降温，降温速率控制在2A/min，直至电流降到最低，关闭电流。然后试样随炉冷却或者取出试样后水冷，得到Zn含量为1.5％的CuZn合金。

制备Al-CuZn1.5双金属导电材料，将纯铝加工成尺寸为Φ30mm×20mm圆柱体，同时，准备尺寸大小为Φ30mm×30mm的CuZn1.5合金；

将纯铝浸泡在5％氢氧化钠溶液中进行碱洗35s，再用酒精清洗；同时，将制备的CuZn1.5合金采用酒精清洗后保存备用；

将纯铝、CuZn1.5合金放置于HVRY-2型高真空高温热压烧结炉内的热压模具中，为了防止界面上出现氧化物，首先对HVRY-2型高真空高温热压烧结炉抽真空，当真空热压炉内真空度达到5.0×10-2Pa后，加热20min，温度到610℃后保温35min，加热过程中给热压模具加压3.5Mpa，待Al和CuZn1.5完成扩散成型后，随炉冷却，即可获得高强度Al-CuZn1.5双金属材料，界面剪切强度可达60MPa。

实施例3

称取质量比为1:11的H62黄铜和纯铜块，将H62黄铜与纯铜块放入石墨坩埚中，然后将坩埚放入感应熔炼炉内，对感应熔炼炉抽真空，当熔炼炉内真空度达到3.0×10-3Pa后开始加热，当感应电流在20A以下时，每分钟电流升高2A；当电流超过20A时，每分钟电流升高1A；当电流升到28A时，进行保温，保温时间为18min；保温结束后，开始降温，降温速率控制在2A/min，直至电流降到最低，关闭电流。然后试样随炉冷却或者取出试样后水冷，得到Zn含量为3％的CuZn合金。

制备Al-CuZn3双金属导电材料，将纯铝加工成尺寸为Φ30mm×20mm圆柱体，同时，准备尺寸大小为Φ30mm×30mm的CuZn3合金；

将纯铝浸泡在5％氢氧化钠溶液中进行碱洗30s，再用酒精清洗；同时，将制备的CuZn3合金采用酒精清洗后保存备用；

将纯铝、CuZn3合金放置于HVRY-2型高真空高温热压烧结炉内的热压模具中，为了防止界面上出现氧化物，首先对HVRY-2型高真空高温热压烧结炉抽真空，当真空热压炉内真空度达到4.0×10-2Pa后，加热35min，温度到560℃后保温90min，加热过程中给热压模具加压2Mpa，待Al和CuZn3完成扩散成型后，随炉冷却，即可获得高强度Al-CuZn3双金属材料，界面剪切强度可达65MPa，且界面平整，没有其他缺陷存在，达到了良好的连接。

图1为本实施例制备的Al-CuZn3双金属导电材料的结合界面组织，在图1左侧为纯铝(Al)，右侧为CuZn3合金，中间层状结构为界面过渡层与两侧的纯铝和纯铜紧密结合，且界面平整，没有其他缺陷存在，达到了优良的连接。

实施例4

称取质量比为1:5的H62黄铜和纯铜块，将H62黄铜与纯铜块放入石墨坩埚中，然后将坩埚放入感应熔炼炉内，对感应熔炼炉抽真空，当熔炼炉内真空度达到3.0×10-3Pa后开始加热，当感应电流在20A以下时，每分钟电流升高2A；当电流超过20A时，每分钟电流升高1A；当电流升到28A时，进行保温，保温时间为18min；保温结束后，开始降温，降温速率控制在2A/min，直至电流降到最低，关闭电流。然后试样随炉冷却或者取出试样后水冷，得到Zn含量为6％的CuZn合金。

制备Al-CuZn6双金属导电材料，将纯铝加工成尺寸为Φ30mm×20mm圆柱体，同时，准备尺寸大小为Φ30mm×30mm的CuZn6合金；

将纯铝浸泡在5％氢氧化钠溶液中进行碱洗45s，再用酒精清洗；同时，将制备的CuZn6合金采用酒精清洗后保存备用；

将纯铝、CuZn6合金放置于HVRY-2型高真空高温热压烧结炉内的热压模具中，为了防止界面上出现氧化物，首先对HVRY-2型高真空高温热压烧结炉抽真空，当真空热压炉内真空度达到3.0×10-2Pa后，加热40min，温度到640℃后保温60min，加热过程中给热压模具加压6Mpa，待Al和CuZn6完成扩散成型后，随炉冷却，即可获得高强度Al-CuZn6双金属材料，界面剪切强度可达67MPa，且界面平整，没有其他缺陷存在，达到了良好的连接。

实施例5

称取质量比为1:3的H62黄铜和纯铜块，将H62黄铜与纯铜块放入石墨坩埚中，然后将坩埚放入感应熔炼炉内，对感应熔炼炉抽真空，当熔炼炉内真空度达到3.0×10-2Pa后开始加热，当感应电流在20A以下时，每分钟电流升高2A；当电流超过20A时，每分钟电流升高1A；当电流升到28A时，进行保温，保温时间为18min；保温结束后，开始降温，降温速率控制在2A/min，直至电流降到最低，关闭电流。然后试样随炉冷却或者取出试样后水冷，得到Zn含量为9％的CuZn合金。

制备Al-CuZn9双金属导电材料，将纯铝加工成尺寸为Φ30mm×20mm圆柱体，同时，准备尺寸大小为Φ30mm×30mm的CuZn9合金；

将纯铝浸泡在5％氢氧化钠溶液中进行碱洗50s，再用酒精清洗；同时，将制备的CuZn9合金采用酒精清洗后保存备用；

将纯铝、CuZn9合金放置于HVRY-2型高真空高温热压烧结炉内的热压模具中，为了防止界面上出现氧化物，首先对HVRY-2型高真空高温热压烧结炉抽真空，当真空热压炉内真空度达到6.67×10-3Pa后，加热30min，温度到660℃后保温20min，加热过程中给热压模具加压5Mpa，待Al-CuZn9完成扩散成型后，随炉冷却，即可获得高强度Al-CuZn9双金属材料，界面剪切强度可达70MPa，且界面平整，没有其他缺陷存在，达到了良好的连接。

一种Al-CuZn双金属导电材料的制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。