嚴(yán) 操，蘭占軍，廉洋子，姜 潔，董曉文，王連忠

（煙臺(tái)孚信達(dá)雙金屬股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264100）

眾所周知，銅作為良好的導(dǎo)體被廣泛運(yùn)用在電力、電氣傳輸上，具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，其電導(dǎo)率、傳熱系數(shù)僅次于銀，高出其它所有金屬，但是價(jià)格相比銀要便宜的多。在日常生產(chǎn)或生活中，很多地方也有直接將鋁作為導(dǎo)體直接運(yùn)用在設(shè)備或傳輸線(xiàn)路中，所以，在20世紀(jì)60年代就提出“以鋁節(jié)銅”，用鋁線(xiàn)作為電能傳輸線(xiàn)的導(dǎo)體。但，鋁的致命弱點(diǎn)是強(qiáng)度低、容易蠕變、耐蝕性能差、表面極易形成堅(jiān)固的氧化膜，致使接頭部分產(chǎn)生較大的接觸電阻，難以牢固連接，從而限制了“以鋁節(jié)銅”的進(jìn)一步推廣[1]。

隨著科技的進(jìn)步和研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)電流在傳輸過(guò)程中主要集中在導(dǎo)體表面2mm～5mm深度，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者根據(jù)這一特性提出銅鋁復(fù)合材料替代純銅材料的想法，外部包覆層是銅，芯部是鋁。本文作者主要根據(jù)以上研究學(xué)者針對(duì)銅鋁復(fù)合材料開(kāi)發(fā)的不同生產(chǎn)工藝進(jìn)行簡(jiǎn)單總結(jié)，主要概述各種生產(chǎn)工藝的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，方便同行業(yè)者參考查閱。

1 包覆焊接法

包覆焊接法主要是將銅帶與鋁桿通過(guò)包覆焊接和拉拔的固定生產(chǎn)方法[2]。在我國(guó)生產(chǎn)已經(jīng)有幾十年的歷史，是最簡(jiǎn)單也是最常見(jiàn)的一種生產(chǎn)方法。包覆焊接法主要工作原理如下：首先將鋁桿外表面通過(guò)堿洗或者機(jī)械磨削打磨掉氧化皮，將銅帶內(nèi)表面處理干凈，消除氧化物；在氬氣保護(hù)箱中將銅帶圍繞鋁桿卷成管狀，用氬弧焊焊接銅管縱縫，制成線(xiàn)坯；包覆焊接后的線(xiàn)坯其管狀銅層與鋁桿之間約有0.5mm的間隙，在傳統(tǒng)包覆焊接生產(chǎn)線(xiàn)上生產(chǎn)時(shí)，在幾十分鐘的包覆焊接過(guò)程中這個(gè)間隙始終保留，致使間隙中的氬氣不斷散逸而進(jìn)入空氣，使銅帶與鋁桿表面氧化；線(xiàn)坯焊接好后通過(guò)拉絲機(jī)反復(fù)拉拔使銅層與鋁芯界面結(jié)合并獲得所需直徑的硬態(tài)銅鋁復(fù)合材料；拉拔完成后進(jìn)行熱處理獲得所需力學(xué)性能的軟態(tài)銅鋁復(fù)合材料；最后產(chǎn)品纏盤(pán)，包裝出庫(kù)發(fā)貨。

主要優(yōu)勢(shì)是工藝穩(wěn)定，配套設(shè)備成熟，投資風(fēng)險(xiǎn)與成本低；主要缺點(diǎn)是結(jié)合強(qiáng)度低，作業(yè)環(huán)境差，工藝?yán)吓f環(huán)境污染等問(wèn)題。包覆焊接法生產(chǎn)的銅鋁復(fù)合材料產(chǎn)品特點(diǎn)：①規(guī)格范圍小，主要規(guī)格范圍從直徑0.5mm～5mm左右，規(guī)格范圍偏大一般直徑不超過(guò)10mm。②應(yīng)用領(lǐng)域僅限于信號(hào)纜，電視線(xiàn)，以及一小部分用于動(dòng)力纜，從應(yīng)用角度講有很大局限性。③含銅量范圍約為10%～15%，截面形狀為圓形或扁圓形狀，截面形狀受限并且含銅量范圍有限。

2 軋制復(fù)合法

軋制復(fù)合法是將銅、鋁在一定的壓力、溫度作用下通過(guò)軋輥?zhàn)冃谓Y(jié)合成一體。按照是否對(duì)坯料加熱分為冷軋復(fù)合和熱軋復(fù)合。這兩種工藝都可以用于制備銅鋁復(fù)合材料，是目前生產(chǎn)銅鋁復(fù)合材料板材、帶材比較常見(jiàn)的手段之一；按照軋制方式不同可以分為縱軋、橫軋和斜軋,根據(jù)軋機(jī)上下軋輥在軋縫的線(xiàn)速度的異同，可分為同步軋制和異步軋制。LI等嘗試將異步軋制工藝用于銅鋁復(fù)合的復(fù)合，可在較低壓下率下實(shí)現(xiàn)良好的界面復(fù)合。

主要優(yōu)勢(shì)如下：能進(jìn)行金屬板材、管材、棒材的金屬層狀復(fù)合，成本低，產(chǎn)量高；工藝技術(shù)及裝備較為成熟，作為一種材料復(fù)合技術(shù)，它易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)不存在像電鍍等物理化學(xué)方法覆層所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題；主要缺點(diǎn)如下：軋制復(fù)合法屬于典型的固相-固相結(jié)合形式，生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法避免原材料與空氣接觸氧化，完全靠軋輥與材料表面產(chǎn)生摩擦力經(jīng)多道次往復(fù)軋制實(shí)現(xiàn)銅鋁兩種金屬間的結(jié)合，屬于機(jī)械式的冶金結(jié)合，銅鋁原子間的結(jié)合主要靠范德華力，結(jié)合深度淺，屬于微米級(jí)別，結(jié)合強(qiáng)度不僅低而且不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)不結(jié)合，可控性差。

軋制復(fù)合法生產(chǎn)的銅鋁復(fù)合材料目前主要在國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)應(yīng)用，并且用于裝飾產(chǎn)品，在電力行業(yè)沒(méi)有開(kāi)放的市場(chǎng)。

3 焊接復(fù)合法

焊接復(fù)合法是復(fù)合技術(shù)中很重要的一種加工工藝。根據(jù)焊接方式的不同，該類(lèi)加工工藝包括：爆炸焊接、釬焊法、擴(kuò)散焊接等。在焊接成型后，一般都需要進(jìn)行壓力加工最終獲得大幅面的復(fù)合板帶。焊接復(fù)合法的主要工作原理是：焊劑或藥芯通過(guò)爆炸或加熱熔化，在微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)使兩塊金屬板在碰撞點(diǎn)產(chǎn)生高達(dá)106～107/s的應(yīng)變速率和104MPa的高壓，巨大的能量驅(qū)動(dòng)兩塊金屬板高速傾斜碰撞，依靠沖擊及摩擦材料表面氧化膜破碎并消除，同時(shí)依靠沖擊及摩擦產(chǎn)生的熱量在接觸面上實(shí)現(xiàn)原子之間的冶金結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)異種金屬的焊接復(fù)合。

主要優(yōu)點(diǎn)如下：其特點(diǎn)是可使材料性能差異極為特殊的金屬組合實(shí)現(xiàn)焊接復(fù)合；可以避免脆性金屬間化合物的生成；靈活性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)各種異性件的復(fù)合；主要缺點(diǎn)如下：產(chǎn)量、生產(chǎn)率及成材率都比較低，機(jī)械化程度低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差，同時(shí)存在噪音污染，危險(xiǎn)性較高等一系列問(wèn)題。

焊接復(fù)合法不僅可以生產(chǎn)銅鋁復(fù)合板帶材，而且可以直接生產(chǎn)零部件如銅鋁過(guò)渡接線(xiàn)端子等多種異型件。經(jīng)檢測(cè)焊接復(fù)合法生產(chǎn)的銅鋁復(fù)合材料產(chǎn)品分離強(qiáng)度最高可達(dá)106MPa。

4 靜液擠壓法

靜液擠壓是一種特殊的潤(rùn)滑擠壓工藝，其工作原理是：將銅鋁兩種金屬內(nèi)外表面處理干凈，然后將鋁芯坯與銅管組成一個(gè)復(fù)合坯，為了防止氧化并將兩端的縫隙焊合密封；錠坯周?chē)錆M(mǎn)介質(zhì)，壓力通過(guò)介質(zhì)作用到坯料上，坯料受到均勻的等靜液壓力，從模具空槽內(nèi)被擠壓成型。K Y.Rhee等進(jìn)行了熱靜液擠壓法生產(chǎn)銅鋁復(fù)合材料的研究，得出的最佳工藝條件為擠壓溫度320℃、擠壓比19、半模角45°。

優(yōu)點(diǎn)如下：擠壓時(shí)的延伸變形可使界面產(chǎn)生較大比例的新生表面；?？赘浇鼣D壓變形區(qū)內(nèi)的高溫、高壓條件非常有利于界面原子的擴(kuò)散，從而達(dá)到冶金結(jié)合；其缺點(diǎn)如下：靜液擠壓要求設(shè)備龐大，場(chǎng)地要求高，投資大，生產(chǎn)效率低。

5 結(jié)語(yǔ)

銅鋁復(fù)合材料具有廣泛價(jià)值，不僅節(jié)約銅資源，而且減輕產(chǎn)品重量。但綜上銅鋁復(fù)合材料生產(chǎn)工藝發(fā)展來(lái)看，依舊存在各種缺陷。因此，以后對(duì)銅鋁復(fù)合材料的研究方向是盡可能在簡(jiǎn)單生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，努力提高產(chǎn)品使用性能，減少產(chǎn)品缺陷。