Ce este o bandă compozită de cupru-aluminiu
O bandă compozită de cupru-aluminiu este un bimetal placat în care un strat de cupru este lipit metalurgic de un miez de aluminiu pe toată lungimea bobinei. Nu este aluminiu placat cu cupru-și nu este vorba de două benzi nituite sau lipite între ele: legătura se formează prin presiune, căldură și difuzie atomică, astfel încât interfața poartă sarcină și curent. Deoarece aluminiul are o densitate de aproximativ 2,70 g/cm3 față de 8,96 g/cm3 pentru cupru, o construcție cu 20% cupru în volum are aproximativ 56% din masa cuprului solid de aceeași grosime, o economie de greutate aproape de 44%. Conductivitatea totală scade odată cu fracția de cupru și poate fi estimată prin regula amestecurilor, dând în mod obișnuit 60 până la 75% din cupru solid la secțiune transversală egală, în timp ce suprafața expusă de cupru oferă rezistența la coroziune și suprafața lipită sau sudabilă de care are nevoie aplicația.
Această combinație este motivul pentru care materialul continuă să înlocuiască cuprul solid în îmbinările barelor colectoare, urechile bateriei și ansamblurile electronice: proiectantul păstrează cuprul acolo unde curentul traversează o interfață și îl îndepărtează acolo unde nu efectuează lucrări electrice.
Tehnologii de producție comparate
Mai multe rute sunt în uz comercial, iar alegerea depinde de raportul stratului, grosimea, puterea și dacă piesa este bandă plată sau un profil. Fiecare traseu pleacă de la același principiu fizic: desfaceți oxidul de suprafață, expuneți metalul curat și aduceți cele două suprafețe suficient de aproape pentru legarea atomică sub presiune sau căldură.
| Proces | Principiu | Produs tipic | Note |
|---|---|---|---|
| Lipirea ruloului | Presiunea rolei deformează plastic ambele straturi, rupe peliculele de suprafață și creează o legătură metalurgică, întărită de un tratament termic ulterior. | Bandă și foaie, strat de cupru de obicei 10 până la 50 la sută în volum | Continuu, randament ridicat, proces simplu, rezistență ridicată a compozitului; interfața trebuie să fie curată și aspră |
| Sudarea explozivă | Energia de detonare conduce o placă împotriva celeilalte la viteză mare, producând topire locală și legături de difuzie | Placă groasă și forme deosebite | Rezistenta de aderenta foarte mare, evita intermetalicele fragile, flexibila pentru perechi diferite; mecanizare redusă și un risc de siguranță controlat |
| Turnare și rulare | Aluminiul topit este turnat pe sau în jurul cuprului, apoi rulat până la grosimea finală | Placă și sârmă din aluminiu placate cu cupru | Potrivit pentru producția de volum mare a construcțiilor standard |
| Turnare continuă cu miez-umplut | Aluminiul este turnat continuu în jurul unui miez de cupru | Tijă și sârmă compozită | Folosit acolo unde sunt necesare o secțiune rotundă și o piele de cupru definită |
| Turnare sub presiune sau placare | Cuprul este turnat sau presat pe un substrat de aluminiu | Secțiuni complexe sau groase | Se aplică acolo unde rularea benzii nu poate urma geometria |
| Extrudare și desen | Tagla coextrudată este trasă în jos la dimensiunea finală | Sârmă, bară și profile mici | Bun pentru îmbinarea secțiunilor diferite într-o singură operațiune |
Lipirea rulourilor: pregătirea suprafeței, laminare și tratament termic
Lipirea ruloului este calul de lucru pentru benzi. Secvența este tratarea suprafeței în primul rând, în al doilea rând rularea, în al treilea tratament termic și fiecare pas are un scop metalurgic clar.
Tratamentul suprafeței:periere sau șlefuire mecanică combinată cu curățare și degresare chimică, uneori cu o etapă de-construcție a peliculei. Interfața trebuie să fie curată și să aibă rugozitate controlată, deoarece rugozitatea dă presiunea undeva pentru concentrare și metalul proaspăt undeva pentru extrudare.
Rulare:lipire la rece, urmată de încălzire intermediară și o trecere secundară de laminare la cald. Cele trei etape ale formării legăturilor sunt contactul fizic, activarea suprafeței de contact și difuzia. Aluminiul proaspăt este stors în fisurile din cupru, atomii de suprafață sunt activați și se formează legături atomice între particulele proaspăt expuse.
Tratament termic:difuzia sau recristalizarea transformă legăturile punctiforme în lipirea zonei cu o adâncime de difuzie măsurabilă, ceea ce mărește rezistența legăturii. Temperaturile tipice de tratament sunt cuprinse între aproximativ 60 C și 430 C.
Risc de supra-tratament:deasupra ferestrei utile, ambele metale se recristalizează, zona de interfață se îngroașă și compușii intermetalici duri și fragili cresc la îmbinare, astfel încât rezistența de aderență și performanța la îndoire se deteriorează brusc, chiar dacă îmbinarea pare solidă.
Lucrările publicate pe panoul de cupru-aluminiu lipit la rulare au constatat că o temperatură de laminare de aproximativ 430 C cu o reducere de 60 la sută a dat o rezistență bună de lipire și că programul de tratament termic, mai degrabă decât forța de rulare, decide cât de mult dăunează stratul intermetalic proprietățile interfeței. Prin urmare, regula practică pentru producție este de a fixa reducerea laminare, temperatura de laminare și programul de recoacere împreună ca un set de parametri și de a verifica rezultatul prin metalografie, mai degrabă decât prin testarea de peel singur.
Construcții și dimensiuni tipice
| Parametru | Gama tipică | Comentariu |
|---|---|---|
| Fracția de volum a stratului de cupru | 10 la sută până la 50 la sută | Fracțiunile mai mici economisesc greutate; fracțiile mai mari transportă mai mult curent pe partea de cupru |
| Grosimea totală a benzii | 0,1 mm până la 4 mm | Placa sudata la explozie este furnizata mult mai groasa |
| Lăţime | Până la aproximativ 600 mm pentru bandă | Lățimea plăcii este cotată pe comandă |
| Grosimea stratului de cupru | 0,02 mm și în sus | Trebuie să rămână continuu după formare |
| Rezistența la forfecare a interfeței | De obicei 60 până la 90 MPa | Îmbinările lipite eșuează în mod normal în aluminiul mai moale, mai degrabă decât la interfață |
| Conductivitate la secțiune egală | 60 până la 75 la sută de cupru solid | Estimată după regula amestecurilor din raportul stratului |
| Stare de livrare | Bobina, bandă fante, foaie tăiată | Condiție temperatură și margine conform acordului |
Aplicații ale benzii compozite de cupru-aluminiu
Clape de baterie și colectoare de curent:compozitul unește folia de aluminiu sau o bară de aluminiu la bornele de cupru fără o sudură directă aluminiu-la-cupru, îndepărtând coroziunea galvanică și îmbinarea fragilă pe care o produce sudarea directă.
Îmbinări de tranziție pentru bare colectoare:utilizat acolo unde o bară de cupru se întâlnește cu un conductor de aluminiu în aparatele de distribuție și dulapuri de distribuție. Îmbinarea nu se arcuiește și nu se supraîncălzește în funcțiune, prelungește durata de viață a plăcii conductoare și reduce pierderea de putere în comparație cu o îmbinare bimetală cu șuruburi.
Electronică și ecranare:banda este rigidă, stabilă dimensional, plată și ușor de prelucrat, cu ecranare electromagnetică bună și rezistență termică scăzută, care se potrivește plăcilor de circuite imprimate, șasiului de televiziune și electronicelor auto.
Colectori solari termici:colectoarele cu plăci plate cu tub-foi utilizează tabla compozită de cupru-aluminiu ca absorbant, combinând rezistența la coroziune, rezistența la presiune și o eficiență ridicată de colectare la costuri mai mici decât toate construcțiile din-cupru.
Putere și inginerie generală:înfășurări ale transformatorului, bandă de împământare, ornamente decorative și foaie arhitecturală unde este necesar un aspect de cupru fără o secțiune solidă de cupru.
Controlul și testarea calității
Deoarece niciun standard internațional unic nu acoperă benzi de cupru-aluminiu placate cu rulouri ca produs finit, cumpărătorii califică de obicei furnizorii în raport cu standardele de metal de bază împreună cu un pachet de testare intern convenit. Componenta de cupru este specificată în mod normal conform ASTM B152/B152M, iar componenta de aluminiu conform ASTM B209, compozitul fiind testat după cum urmează.
Continuitatea legaturii:scanare cu ultrasunete de-a lungul bobinei pentru a confirma o zonă lipită 100% și pentru a localiza marginile nelegate.
Forța de legătură:teste de forfecare și decojire pe probe prelevate de la capetele și mijlocul fiecărei bobine.
Formabilitate:teste de îndoire și îndoire inversă, deoarece o îmbinare care supraviețuiește la forfecare poate eșua în timpul operațiunii de formare a clientului.
Metalografia interfeței:măsurarea grosimii stratului intermetalic și a continuității, cea mai fiabilă avertizare timpurie a unei bobine supratratate{0}.
Verificări electrice și dimensionale:măsurarea conductibilității sau rezistenței pe fața de cupru, plus verificarea grosimii și a raportului stratului.
Întrebări frecvente
Î: Banda compozită de cupru-aluminiu este aceeași cu aluminiul placat cu-cupru?
Nu. Placarea este un strat subțire electrodepus, de obicei de câțiva microni grosime. O bandă compozită are un strat de cupru legat metalurgic care transportă curent ca parte a secțiunii și poate fi de 10 până la 50 la sută din grosime.
Î: Câtă greutate economisește compozitul?
Cu o fracțiune de volum de cupru de 20%, masa este de aproximativ 56% din cupru solid de aceeași grosime, o economie de aproape 44%, calculată din cupru la 8,96 g/cm3 și aluminiu la 2,70 g/cm3.
Î: De ce contează atât de mult tratamentul termic?
Difuzia moderată transformă lipirea punctiformă în lipire de suprafață și crește rezistența, dar temperatura excesivă determină recristalizarea și creșterea compușilor intermetalici de cupru-aluminiu fragil, ceea ce reduce drastic performanța de lipire și îndoire.
Î: Ce proces ar trebui utilizat pentru placa groasă?
Sudarea explozivă, deoarece leagă secțiuni groase într-o singură trecere, evită formarea intermetalice fragilă și se potrivește formelor speciale. Lipirea ruloului este calea economică pentru banda continuă.
Î: La ce putere de legătură se poate aștepta?
Rezistența la forfecare a interfeței este raportată în mod obișnuit în intervalul de la 60 la 90 MPa, iar o îmbinare bine lipită de obicei eșuează în aluminiul mai moale, mai degrabă decât la interfață.
Î: Se corodează banda la îmbinarea dintre cele două metale?
Cuplul de cupru-aluminiu este galvanic, astfel încât marginea tăiată trebuie protejată, iar îmbinarea nu trebuie expusă electrolitului continuu. În timpul funcționării, materialul este în mod normal etanșat pe margine-, încapsulat sau utilizat într-un mediu uscat.
