Čo je medený-hliníkový kompozitný pás
Medený-hliníkový kompozitný pás je plátovaný bimetal, v ktorom je medená vrstva metalurgicky spojená s hliníkovým jadrom po celej dĺžke cievky. Nie je to pomedený-hliník a nie sú to dva pásy znitované alebo zlepené dohromady: spojenie je vytvorené tlakom, teplom a atómovou difúziou, takže rozhranie prenáša zaťaženie a prúd. Pretože hliník má hustotu približne 2,70 g/cm3 oproti 8,96 g/cm3 pre meď, konštrukcia s 20 percentami objemu medi má zhruba 56 percent hmotnosti pevnej medi rovnakej hrúbky, čo predstavuje úsporu hmotnosti takmer 44 percent. Celková vodivosť klesá s podielom medi a možno ju odhadnúť podľa pravidla zmesí, ktoré zvyčajne poskytujú 60 až 75 percent pevnej medi pri rovnakom priereze, zatiaľ čo odkrytá medená plocha poskytuje odolnosť proti korózii a spájkovateľný alebo zvárateľný povrch, ktorý aplikácia potrebuje.
Táto kombinácia je dôvodom, prečo materiál stále nahrádza pevnú meď v prípojnicových spojoch, batériových jazýčkoch a elektronických zostavách: dizajnér zachováva meď tam, kde prúd prechádza rozhraním, a odstraňuje ju tam, kde nevykonáva elektrickú prácu.
Porovnanie výrobných technológií
Komerčne sa používa niekoľko ciest a výber závisí od pomeru vrstiev, hrúbky, výkonu a od toho, či je dielom plochý pás alebo profil. Každá cesta vychádza z rovnakého fyzikálneho princípu: rozbiť povrchový oxid, odkryť čistý kov a priblížiť dva povrchy dostatočne blízko pre atómové spojenie pod tlakom alebo teplom.
| Proces | Princíp | Typický produkt | Poznámky |
|---|---|---|---|
| Lepenie valčekmi | Tlak valca plasticky deformuje obe vrstvy, pretrháva povrchové filmy a vytvára metalurgickú väzbu, spevnenú neskorším tepelným spracovaním | Pás a plech, medená vrstva bežne 10 až 50 percent objemu | Kontinuálny, vysoký výkon, jednoduchý proces, vysoká pevnosť kompozitu; rozhranie musí byť čisté a drsné |
| Výbušné zváranie | Detonačná energia poháňa jednu dosku proti druhej vysokou rýchlosťou, čím vzniká lokálne tavenie a difúzne spojenie | Hrubý plech a špeciálne tvary | Veľmi vysoká pevnosť spoja, vyhýba sa krehkým intermetalickým látkam, flexibilné pre rozdielne páry; nízka mechanizácia a kontrolované bezpečnostné riziko |
| Odlievanie a valcovanie | Roztavený hliník sa odlieva proti medi alebo okolo nej, potom sa valcuje na konečnú hrúbku | Medený plátovaný hliníkový plech a drôt | Vhodné pre veľkosériovú výrobu štandardných konštrukcií |
| Kontinuálne liatie-jadra | Hliník je kontinuálne odlievaný okolo medeného jadra | Kompozitná tyč a drôt | Používa sa tam, kde sa vyžaduje okrúhly prierez a definovaný medený plášť |
| Tlakové liatie alebo obklad | Meď sa odlieva alebo lisuje na hliníkový substrát | Komplexné alebo hrubé rezy | Používa sa tam, kde valcovanie pásu nemôže sledovať geometriu |
| Vytláčanie a ťahanie | Koextrudovaný predvalok sa ťahá na konečnú veľkosť | Drôt, tyč a malé profily | Dobré na spájanie rôznych častí v jednej operácii |
Valcovanie: Príprava povrchu, valcovanie a tepelné spracovanie
Lepenie valcovaním je ťahúňom pásov. Postupnosť je najprv povrchová úprava, potom valcovanie, tretie tepelné spracovanie a každý krok má jasný metalurgický účel.
Povrchová úprava:mechanické kefovanie alebo brúsenie v kombinácii s chemickým čistením a odmasťovaním, niekedy aj s krokom vytvárania filmu-. Rozhranie musí byť čisté a musí mať kontrolovanú drsnosť, pretože drsnosť dáva tlak niekde sa sústrediť a čerstvý kov niekde vytlačiť.
Rolovanie:spájanie valcovaním za studena, po ktorom nasleduje medziohrev a sekundárny prechod valcovaním za tepla. Tri fázy tvorby väzby sú fyzický kontakt, aktivácia kontaktného povrchu a difúzia. Čerstvý hliník sa vtlačí do trhlín v medi, aktivujú sa povrchové atómy a medzi čerstvo obnaženými časticami sa vytvoria atómové väzby.
Tepelné spracovanie:difúzia alebo rekryštalizácia premieňa bodové spojenie na plošné spojenie s merateľnou hĺbkou difúzie, čo zvyšuje pevnosť spojenia. Typické teploty spracovania sa pohybujú od približne 60 C do 430 C.
Riziko nadmernej{0}}liečby:nad užitočným okienkom oba kovy rekryštalizujú, styčná zóna sa zahusťuje a na spoji rastú tvrdé, krehké intermetalické zlúčeniny, takže pevnosť spoja a ohybové vlastnosti sa prudko zhoršia, aj keď spoj vyzerá dobre.
Publikovaná práca o valcovanom medenom-hliníkovom paneli zistila, že teplota valcovania približne 430 C so 60-percentným znížením poskytla dobrú pevnosť spoja a že skôr než samotná sila valcovania rozhoduje o tom, do akej miery intermetalická vrstva poškodí vlastnosti rozhrania, časový rozvrh tepelného spracovania. Praktickým pravidlom pre výrobu je preto stanoviť redukciu valcovania, teplotu valcovania a harmonogram žíhania spolu ako jeden súbor parametrov a overiť výsledok skôr metalografiou než samotným testom odlupovania.
Typické konštrukcie a rozmery
| Parameter | Typický rozsah | Komentujte |
|---|---|---|
| Objemový podiel medenej vrstvy | 10 percent až 50 percent | Nižšie frakcie šetria hmotnosť; vyššie frakcie prenášajú väčší prúd na strane medi |
| Celková hrúbka pásu | 0,1 mm až 4 mm | Výbušne zváraný plech sa dodáva oveľa hrubší |
| šírka | Až do cca 600 mm pre pás | Šírka dosky je uvedená na objednávku |
| Hrúbka medenej vrstvy | 0,02 mm a viac | Po formovaní musí zostať súvislý |
| Pevnosť v šmyku rozhrania | Bežne 60 až 90 MPa | Lepené spoje normálne zlyhávajú skôr v mäkšom hliníku ako na rozhraní |
| Vodivosť na rovnakom úseku | 60 až 75 percent pevnej medi | Odhaduje sa pravidlom zmesí z pomeru vrstiev |
| Dodacia podmienka | Cievka, rezaný pás, rezaný list | Temper a stav hrany dohodou |
Aplikácie medených{0}}hliníkových kompozitných pásov
Záložky batérie a zberače prúdu:kompozit spája hliníkovú fóliu alebo hliníkovú prípojnicu s medenými koncovkami bez priameho zvaru hliníka-k{1}}meď, čím sa odstraňuje galvanická korózia a krehký spoj, ktorý priame zváranie vytvára.
Prechodové spoje prípojníc:používa sa tam, kde sa medená prípojnica stretáva s hliníkovým vodičom v rozvádzačoch a rozvodných skriniach. Spoj sa pri prevádzke neprehrieva ani neprehrieva, predlžuje životnosť vodivej dosky a znižuje stratu výkonu v porovnaní so skrutkovým bimetalovým spojom.
Elektronika a tienenie:pás je pevný, rozmerovo stabilný, plochý a ľahko sa opracúva, s dobrým elektromagnetickým tienením a nízkou tepelnou odolnosťou, čo vyhovuje doskám plošných spojov, televíznym šasi a automobilovej elektronike.
Solárne tepelné kolektory:trubicové{0}}plechové ploché kolektory používajú ako absorbér medený-hliníkový kompozitný plech, ktorý kombinuje odolnosť proti korózii, tlakovú odolnosť a vysokú účinnosť zberu pri nižších nákladoch ako všetky-medené konštrukcie.
Energetika a všeobecné inžinierstvo:vinutia transformátora, uzemňovacia lišta, ozdobné lemovanie a architektonický plech, kde sa vyžaduje medený vzhľad bez pevnej medenej časti.
Kontrola kvality a testovanie
Keďže žiadna medzinárodná norma nepokrýva medené-hliníkové plátované pásy ako hotový výrobok, kupujúci zvyčajne kvalifikujú dodávateľov podľa noriem pre základné kovy spolu s dohodnutým interným testovacím balíkom. Medený komponent je normálne špecifikovaný podľa ASTM B152/B152M a hliníkový komponent podľa ASTM B209, pričom kompozit sa testuje nasledovne.
Kontinuita väzby:ultrazvukové skenovanie pozdĺž cievky na potvrdenie 100-percentne spojenej oblasti a na lokalizáciu nespojených okrajov.
Pevnosť väzby:šmykové a odlupovacie skúšky na vzorkách odobratých z koncov a stredu každej cievky.
Tvarovateľnosť:skúšky ohybu a spätného ohybu, pretože spoj, ktorý prežije šmyk, môže stále zlyhať počas operácie tvárnenia zákazníkom.
Metalografia rozhrania:meranie hrúbky a kontinuity intermetalickej vrstvy, najspoľahlivejšie včasné varovanie pred nadmerne{0}}upravenou cievkou.
Elektrické a rozmerové kontroly:meranie vodivosti alebo odporu na medenej ploche plus overenie hrúbky a pomeru vrstiev.
Často kladené otázky
Otázka: Je medený-hliníkový kompozitný pás rovnaký ako medený-pokovovaný hliník?
Nie. Pokovovanie je tenká elektrolyticky nanesená vrstva typicky hrubá niekoľko mikrónov. Kompozitný pás má metalurgicky viazanú medenú vrstvu, ktorá vedie prúd ako súčasť profilu a môže mať 10 až 50 percent hrúbky.
Otázka: Koľko hmotnosti kompozit ušetrí?
Pri objemovom podiele medi 20 percent je hmotnosť asi 56 percent pevnej medi rovnakej hrúbky, čo predstavuje úsporu takmer 44 percent, počítané z medi 8,96 g/cm3 a hliníka 2,70 g/cm3.
Otázka: Prečo je tepelné spracovanie tak dôležité?
Mierna difúzia premieňa bodové spojenie na plošné spojenie a zvyšuje pevnosť, ale nadmerná teplota spôsobuje rekryštalizáciu a rast krehkých intermetalických zlúčenín medi-hliníka, čo výrazne znižuje lepenie a ohýbanie.
Otázka: Ktorý proces by sa mal použiť pre hrubý plech?
Výbušné zváranie, pretože spája hrubé časti v jedinom prechode, zabraňuje tvorbe krehkého intermetalu a vyhovuje špeciálnym tvarom. Lepenie valcovaním je ekonomická cesta pre súvislý pás.
Otázka: Akú pevnosť väzby možno očakávať?
Pevnosť v šmyku na rozhraní sa bežne uvádza v rozsahu 60 až 90 MPa a dobre lepený spoj zvyčajne zlyhá skôr v mäkšom hliníku ako na rozhraní.
Otázka: Nekoroduje pásik v spoji medzi dvoma kovmi?
Medený-hliníkový pár je galvanický, takže rezná hrana musí byť chránená a spoj nesmie byť vystavený nepretržitému elektrolytu. Pri prevádzke je materiál normálne-zapečatený, zapuzdrený alebo používaný v suchom prostredí.
