1.本发明属于铜铝层状复合材料及制备工艺技术领域，具体涉及一种导电用强界面结合铜铝复合材料及其制备方法。
背景技术：
2.铜具有优良的导电导热性能，而我国铜矿资源有限，对外依存大，减少铜的消耗是目前关注的热点。铜铝复合材料既具有铜优良的导电和加工性能，还具有铝的质轻和价格低的优点，兼具优良性能和成本经济，可广泛应用于通讯、光伏发电、新能源等领域，可用作5g通讯基板、动力电池用复合组件、光伏用线路板、光伏发电mwt背板、led照明铜铝复合线路板、新能源发电igbt逆变装置过渡排等。既能实现“以铝节铜”有效缓解铜资源匮乏，又能减少企业材料成本和促进产品发展。
3.当前铜铝层状复合材料的制备工艺主要包括固固复合工艺、固液复合工艺和液液复合工艺三大类。固固复合工艺铜铝界面以机械啮合为主，界面结合的效果差。液液复合界面原子扩散程度大，极易形成较厚的脆硬且电阻高的化合物，损害材料导电和力学性能。固态铜和半固态铝的固液复合可以实现良好的冶金结合，工艺简单高效。相比于固固复合工艺和液液复合工艺存在着明显优势。但是固液结合也存在着界面结合强度不高，材料容易发生分层断裂的情况。
4.鉴于铜铝层状复合材料主要应用在通讯和新能源电池领域，所以对材料的导电性能也有较高要求。虽然电流在导体中存在“集肤效应”，但是材料的导电效果受到材料整体的导电率影响，整个材料导电率取决于基体材料本身的电导率和基体材料的占比。公告号为200810057668.4的中国专利通过提高铜铝复合材料中铜层的面积百分比来提高复合材料的导电率，但不能达到“以铝节铜”的目的。此外，申请号为202211350449.1的中国专利通过在表面电镀银的铜与铝复合的方式来改善复合材料导电性能，但银料成本和电镀工艺成本太高。
5.综上所述，为了促进铜铝层状复合材料在通讯和新能源领域更好的应用，急需提高铜铝层状复合材料的导电和界面结合性能，开发出一种成本低廉的导电用强界面结合铜铝层状复合材料及制备方法。
技术实现要素：
6.本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，为了提高铜铝层状复合板的导电性能和界面结合强度，且不增加工艺的复杂性、设备成本以及原料成本，提供了一种导电用强界面结合铜铝层状复合材料及其制备方法。
7.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
8.本发明提供了一种导电用强界面结合铜铝层状复合材料，所述导电用强界面结合铜铝层状复合材料包括纯铜层和微合金化铝层；所述微合金化铝层是通过将半固态的微合金化铝铸轧在纯铜层表面，再经过交叉轧制、退火联合处理得到。
9.优选地，微合金化铝包括以下质量百分含量的元素组成：mg 0.1-0.8wt.％、mn 0.1-0.8wt.％、zr 0.1-0.8wt.％，余量为al以及不可避免的杂质元素，各组分之和为100％。
10.本发明还提供了一种导电用强界面结合铜铝层状复合材料的制备方法，主要包括如下步骤：
11.s1、纯铜层(铜板)预处理
12.将纯铜层(铜板)进行碱洗，并打磨待复合铜面，再将铜板预加热；
13.s2、制备半固态铝料
14.按质量百分比称取高纯铝、纯镁、al-zr中间合金、al-mn中间合金，先将纯铝升温加热至完全熔化，精炼除渣后，加入纯镁、al-zr和al-mn中间合金，静置，调节熔体温度，得到半固态的微合金化铝；
15.s3、无氧铸轧
16.在无氧条件下，将半固态的微合金化铝均匀浇注在纯铜层(铜板)表面，进行铸轧，得到铸轧态铜铝复合板；
17.s4、交叉轧制/退火处理循环处理
18.将铸轧态铜铝复合板先进行长度方向后宽度方向的交叉轧制，轧制后进行退火处理，将交叉轧制、退火处理进行循环，即得所述导电用强界面结合铜铝层状复合材料。
19.优选地，步骤s1中，所述纯铜层(铜板)厚度为1-2mm；碱洗是进行脱脂，打磨用钢刷打磨待复合铜面，除去表面氧化物；预加热的温度为250-350℃。
20.优选地，步骤s2中，纯铝升温加热的温度为730-750℃，调节熔体温度为670-700℃。精炼是通入氩气对其精炼0.5-1h，静置时间为0.2-0.4h。
21.优选地，步骤s3中，所述无氧条件是在保护气氛围下铸轧，使用的保护气体包括氩气、氮气中的一种或多种。
22.优选地，步骤s3中，所述铸轧的轧辊线速度1-3m/min，轧制压力10*106n-15*106n。
23.优选地，步骤s3中，所得铸轧态铜铝复合板的厚度控制在4-6mm。
24.优选地，步骤s4中，所述长度方向上轧制轧辊线速度1-3m/min，轧制压力5*106n-10*106n；宽度方向上轧制轧辊线速度1-3m/min，轧制压力5*106n-10*106n。
25.优选地，步骤s4中，退火处理的温度为300-400℃，时间为1.5-2.5h。
26.优选地，步骤s4中，循环次数为2-3次，且最后1次循环不进行退火处理。
27.优选地，步骤s4中，所得导电用强界面结合铜铝层状复合材料(铜铝复合板)的厚度在1-3mm，其中纯铜层厚度在0.2-1.2mm。厚度是通过循环次数控制的，循环次数过多材料的塑性下降过多，还导致厚度太薄变成箔材，非本发明需要的层状复合材料。
28.本发明采用的“铸轧 交叉轧制/退火”工艺，铸轧和轧制过程产生的金属间化合物，通过控制退火过程中的温度和时间可以控制化合物生长，使界面实现冶金结合，合适的冶金结合有利于界面的结合；同时界面化合物厚度有限(在10μm以内，如sem图所示)，对复材力学性能和导电性能不会有影响。
29.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
30.(1)本发明所述的铜铝层状复合材料通过微合金化提高铝基体的导电性能，进而提高复材整体的导电性能。0.1～0.8wt.％镁的存在能显著提高铝合金强度，同时避免塑性
下降过多。锰与铝的原子半径相似，0.1～0.8wt.％锰在合金中易形成稳定的固溶体，提高合金的导电能力。0.1～0.8wt.％锆既能降低溶质固溶度，提高导电性能，又可以细化晶粒，稳定晶界，增加合金强度。没有增加复杂的工艺的和昂贵的材料，节约了材料成本和设备成本，保证制备工艺的简单高效。
31.(2)铸轧后进行多道次交叉轧制/退火联合处理，一是交叉轧制力能过形成交叉变形区，等效应变延长度和宽度方向分布更加均匀，轧制后界面结合更加稳定，最后1次循环不进行退火处理，避免把均匀的等效应变消除，提高界面结合强度；二是在进行交叉轧制处理后进行退火，促进界面铜铝原子的扩散，控制退火时间和温度形成可控的界面扩散层，促进界面的冶金结合；三是在退火处理后再进行交叉轧制，可以撕裂界面扩散层，使得内层铜铝再接触结合，使界面形成咬合式的冶金结合，比常规机械啮合和冶金结合更加紧密，界面结合强度得到显著提高。
附图说明
32.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
33.图1为本发明的导电用强界面结合铜铝层状复合材料制备工艺流程图；
34.图2为实施例1制备的导电用强界面结合铜铝层状复合材料的sem微观组织。
具体实施方式
35.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
36.实施例1
37.本实施例提供了一种导电用强界面结合铜铝层状复合材料，如图1所示，制备流程如下：
38.s1、铜板预处理
39.将1mm铜板进行碱洗脱脂，并用钢刷打磨待复合铜面，除去表面氧化物，再将铜板预加热至250℃；
40.s2、制备半固态铝料
41.根据0.4wt.％mg、0.4wt.％mn、0.4wt.％zr、余量为铝的比重称取高纯铝、纯镁、al-mn中间合金、al-zr中间合金，先将纯铝升温加热至730℃完全熔化，然后通入氩气对其精炼0.5h，除渣后，加入纯镁、al-zr和al-mn中间合金，静置0.3h，调节熔体温度为680℃，得到半固态的微合金化铝。
42.s3、无氧铸轧
43.在保护气氛围下，将半固态的铝料均匀浇注在铜板表面，进行铸轧，得到铸轧态铜铝复合板，铜铝复合板厚度控制在4mm；
44.s4、交叉轧制/退火处理循环处理
45.在室温条件下，对铸轧态铜铝复合板进行2次交叉轧制/退火热处理循环处理，退
火温度350℃、时间2h，控制铜铝复合板的厚度在2mm，其中铜层厚度在0.6mm。
46.s3中无氧铸轧使用的保护气体是氩气。
47.s3中铸轧轧辊线速度2m/min，轧制压力10*106n。
48.s4中长度方向上轧制轧辊线速度2m/min，轧制压力5*106n。
49.s4中宽度方向上轧制轧辊线速度2m/min，轧制压力5*106n。
50.s4中最后1次循环不进行退火处理。
51.所得导电用强界面结合铜铝层状复合材料的sem微观组织如图2所示。
52.实施例2
53.本实施例提供了一种导电用强界面结合铜铝层状复合材料，制备流程如下：
54.s1、铜板预处理
55.将1mm铜板进行碱洗脱脂，并用钢刷打磨待复合铜面，除去表面氧化物，再将铜板预加热至250℃；
56.s2、制备半固态铝料
57.根据0.4wt.％mg、0.4wt.％mn、0.2wt.％zr、余量为铝的比重称取高纯铝、纯镁、al-mn中间合金、al-zr中间合金，先将纯铝升温加热至730℃完全熔化，然后通入氩气对其精炼0.5h，除渣后，加入纯镁、al-zr和al-mn中间合金，静置0.3h，调节熔体温度为700℃，得到半固态的微合金化铝。
58.s3、无氧铸轧
59.在保护气氛围下，将半固态的铝料均匀浇注在铜板表面，进行铸轧，得到铸轧态铜铝复合板，铜铝复合板厚度控制在4mm；
60.s4、交叉轧制/退火处理循环处理
61.在室温条件下，对铸轧态铜铝复合板进行2次交叉轧制/退火热处理循环处理，退火温度380℃、时间2h，控制铜铝复合板的厚度在2mm，其中铜层厚度在0.6mm。
62.s3中无氧铸轧使用的保护气体是氩气。
63.s3中铸轧轧辊线速度2m/min，轧制压力10*106n。
64.s4中长度方向上轧制轧辊线速度2m/min，轧制压力5*106n。
65.s4中宽度方向上轧制轧辊线速度2m/min，轧制压力5*106n。
66.s4中最后1次循环不进行退火处理。
67.实施例3
68.本实施例提供了一种导电用强界面结合铜铝层状复合材料，制备流程如下：
69.s1、铜板预处理
70.将1mm铜板进行碱洗脱脂，并用钢刷打磨待复合铜面，除去表面氧化物，再将铜板预加热至250℃；
71.s2、制备半固态铝料
72.根据0.4wt.％mg、0.4wt.％mn、0.4wt.％zr、余量为铝的比重称取高纯铝、纯镁、al-mn中间合金、al-zr中间合金，先将纯铝升温加热至730℃完全熔化，然后通入氩气对其精炼0.5h，除渣后，加入纯镁、al-zr和al-mn中间合金，静置0.3h，调节熔体温度为680℃，得到半固态的微合金化铝。
73.s3、无氧铸轧
74.在保护气氛围下，将半固态的铝料均匀浇注在铜板表面，进行铸轧，得到铸轧态铜铝复合板，铜铝复合板厚度控制在5mm；
75.s4、交叉轧制/退火处理循环处理
76.在室温条件下，对铸轧态铜铝复合板进行3次交叉轧制/退火热处理循环处理，退火温度350℃、时间2h，控制铜铝复合板的厚度在2mm，其中铜层厚度在0.4mm。
77.s3中无氧铸轧使用的保护气体是氩气。
78.s3中铸轧轧辊线速度2m/min，轧制压力10*106n。
79.s4中长度方向上轧制轧辊线速度2m/min，轧制压力5*106n。
80.s4中宽度方向上轧制轧辊线速度2m/min，轧制压力5*106n。
81.s4中最后1次循环不进行退火处理。
82.对比例1
83.本对比例与实施例1的区别在于微合金化铝中不加入zr。
84.对比例2
85.本对比例与实施例1的区别在于最后1次循环进行350℃、1.5h退火处理。
86.对比例3
87.本对比例与实施例1的区别在于不进行交叉轧制，而是只进行长度方向的轧制。
88.性能对比
89.表1实施例与对比例铜铝层状复合材料性能对比
[0090][0091]
从表1中可以看出，实施例1-3制备的铜铝层状复合材料具有优异导电性能和界面结合性能，这表明本发明提供的制备方法能够制备出同时兼顾高的导电性能和强界面结合的铜铝层状复合材料。
[0092]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。