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CN113927001B - 铜铝复合板带及其制备方法、装置 - Google Patents

铜铝复合板带及其制备方法、装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种铜铝复合板带及其制备方法、装置，其中铜铝复合板带的制备方法，包括：当铜带和铝液通过铸轧辊的上辊和下辊挤压形成铜铝复合板带过程中，根据待获得铜铝复合板带的铜层比例对上辊的温度和下辊的温度分别进行控制；以及对上辊和下辊施加预定的轧制力以对铜带和铝液进行复合轧制，获得预定复合强度的铜铝复合板带。本发明可适用于制备不同铜厚度比例的高质量的铜铝复合板带。

Description

铜铝复合板带及其制备方法、装置
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，尤其涉及一种铜铝复合板带及其制备方法、装置。
背景技术
在新能源汽车对电池快速充电及电池容量需求越来越高，使得单体动力电池形成电池组件时，铜铝复合连接结构也越来越多，尤其对厚比例铜铝复合板带的需求越来越大。
现有技术中铜铝复合材料的生产工艺主要分为固固复合和固液复合，固固复合难以解决铜铝间的氧化问题，复合强度不稳定。而固液复合在生产高比例铜铝复合板带时，为使两种材料的达到冶金复合，需要提高铝液温度及轧制力，而轧制力过大易造成板型不良，设备易损坏等问题，铝液温度过高，易导致铝板含气量含渣量高，从而埋下质量隐患。
发明内容
本发明提供一种铜铝复合板带及其制备方法、装置，用以克服上述现有技术中存在的技术问题，不仅可降低铜铝复合过程中需要的轧制力，还能够保证制备铜铝复合板带的质量。
本发明提供的一种铜铝复合板带的制备方法，包括：当铜带和铝液通过铸轧辊的上辊和下辊挤压形成铜铝复合板带过程中，根据待获得铜铝复合板带的铜层比例对上辊的温度和下辊的温度分别进行控制；以及对上辊和下辊施加预定的轧制力以对铜带和铝液进行复合轧制，获得预定复合强度的铜铝复合板带。
本发明还提供一种铜铝复合板带的制备装置，包括：铸轧辊和与铸轧辊连接的冷却循环系统，所述铸轧辊包括与铜带接触的上辊和与铝液接触的且与上辊平行水平放置的下辊；冷却循环系统用于根据待获得铜铝复合板带的铜层比例对上辊和下辊分别进行温度控制。
本发明还提供一种铜铝复合板带，其通过上述铜铝复合板带的制备方法制备得到。
本发明还提供一种电池组件，包括：上述铜铝复合板带。
本发明通过对铸轧辊的上辊和下辊分别进行温度控制，实现了根据不同的铜层比例控制不同的冷却水温度，再通过控制水温，就能控制轧辊温度，进一步控制铜带的预热温度，最后通过提高铜带预热温度实现厚比例的铜铝复合强度；另外，上下辊通过分别进行温度控制，既能有效增加对铜带的预热温度，确保复合强度，即在保证铜铝复合板厚比例的复合强度情况下，还解决了固液复合过程中，铜铝间形成冶金结合需要的能量提供问题。复合过程轧制力降低，有助于降低轧机负荷，降低设备损耗，且有助于提升设备的稳定性，从而提升复合产品的质量；通过降低复合铝液温度，还能够确保产品中铝带板面的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种铜铝复合板带的制备装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种上辊或下辊的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
铜铝复合板带的固液复合工艺中，铜带预热较不易控制，由于铜带导热性好，采用直接加热的方法温度难以控制，过高容易氧化，过低起不到作用，预热距离复合远，铜带热量容易散出，所以现有技术中一般多采用提高铝液温度，提高轧制力的方法来实现冶金复合，提高复合强度。但是铝液温度过高，容易造成铝液质量下降，造成铝板含气量，含渣量高，造成质量隐患；轧制力过大会造成板型不良，设备易损坏等问题。为此，本发明提出一种铜铝复合板带的制备工艺方法及配套设备，通过将对复合铜带和铝液的温度分别控制，而且通过控制上下辊的温度来控制参与复合的铜带和铝液的温度，由于上下辊的温度能直接传递给参与复合的铜带和铝液，故对该温度的控制能够更加精确地控制参与复合时的铜带和铝液的温度，从而有利于控制铜铝复合板带的质量。
为使本发明的技术方案更加清楚，以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
图1为本发明实施例提供的一种铜铝复合板带的制备装置的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种上辊或下辊的结构示意图，如图1和图2所示，本发明中的铜铝复合板带的制备装置，包括：铸轧辊100和与铸轧辊连接的冷却循环系统200，铸轧辊包括与铜带11接触的上辊10和与铝液12接触的与上辊平行水平放置的下辊20；冷却循环系统200用于根据待获得铜铝复合板带50的铜层比例对上辊和下辊分别进行温度控制。
在实际应用中，为了实现对上辊和下辊的温度进行分别控制，冷却循环系统200可包括第一调节装置和第二调节装置，第一调节装置与上辊连接，用于对上辊的温度进行控制，以提升参与复合的铜带的预热温度，第二调节装置与下辊连接，用于对下辊的温度进行控制，以降低参与复合的铝液的温度，通过这种控制方式既能保证铜带的预热的能量提供，无需加大轧制力就能达到冶金复合，又能够保证铝液在较低温度下参与复合，降低了复合后铝板质量问题。相比现有技术中通过提升铝液温度以保证铜带预热温度，本发明的制备工艺方式使得参与复合的铜带温度和铝液温度均更容易控制，所以能够更好地控制铜铝复合板的复合强度，而且根据不同应用需求，不同的铜层比例可以调整相应的温度，实现一套设备可以生产出不同铜层厚度比例的铜铝复合板带，从而有利于生产设备的有效利用。
在具体实施例中，上辊和下辊可以均为空心式辊，上辊的空腔内设置的水循环结构101与辊外的第一调节装置连接，下辊的空腔内设置的水循环结构与辊外的第二调节装置连接。这种结构本质上就是水平放置的上下两个具有空腔结构的辊，分别通过空腔中的水进行对辊冷却，铜带在上，铝液在下，上下辊在转动过程中铜带及铝液同时通过上下辊，并经过上下辊进行挤压轧制形成铜铝复合板带。辊外连接调节装置，如冷却装置和加热装置调节水温，泵等调节水压水流速度等，辊外连接的调节装置上下辊分开设置，使其能够通过循环水系统分别控制上下辊的水循环结构中冷却水进水的水温，保证上下辊可独立控制水温和水压。
本发明实施例中上下辊的空心结构中的水循环结构不限于图1或图2所示，实际应用中可根据制备方便进行调整。
在实际应用中，调节装置可以只通过冷却或加热装置进行水温调节以达到温控，还可以结合循环水的水压以调控水流速度及水量，从而达到温控的目的，还可以同时对水压和水温进行控制。
冷却循环系统还可以包括温控运算单元，用于根据待获得铜铝复合板带的铜层比例对流经上辊和下辊的冷却水的水温、水压进行计算分别控制第一调节装置和第二调节装置，通过温控运算单元可以计算用于温控上下辊的水压、水温及流量等冷却介质参数，而且可以基于长期的实践经验利用大量的数据进行参数优化精确计算，从而有利于制备的铜铝复合板带的质量控制。
基于上述制备铜铝复合板带的装置，本发明将其用于以下工艺生产铜层厚度可调的厚铜比例的铜铝复合板带，而且复合轧制过程中无需依赖加大轧制力来提升板带复合强度，因此有助于降低设备损耗。
本发明实施例还提供一种铜铝复合板带的制备方法，包括：当铜带和铝液通过铸轧辊挤压形成铜铝复合板带过程中，根据待获得铜铝复合板带的铜层比例对上辊的温度和下辊的温度分别进行控制；以及对上辊和下辊施加预定的轧制力以对铜带和铝液进行复合轧制，获得预定复合强度的铜铝复合板带。
在具体应用中，对上辊的温度和下辊的温度分别进行控制，包括：通过与上辊连接的第一调节装置使流经上辊的水温和/或水压以对上辊进行温控，实现对铜带进行预热，以及通过与下辊连接的第二调节装置使流经下辊的水温和/或水压以对下辊进行温控，实现对铝液进行冷却。
本发明中，由于上下辊水循环系统独立故可以单独温控，通过控制水压、流量实现冷却水温控，如当需要轧制的铜铝复合板带的铜层比例为35％-70％，时，上辊水温控制在30℃-90℃，水压为0.2MPa-0.3Mpa，通过控制和铜带接触的轧辊(上辊)的冷却强度控制轧辊表面温度，进而控制对铜带的预热温度，增加铜带复合前温度，确保复合强度，同时可以降低轧机负荷；通过控制下辊水温、水压，控制非接触铜带轧辊(下辊)温度，如控制在10℃-90℃，水压为0.35MPa-0.45Mpa，降低复合铝液温度，可确保铝带板面质量。
本发明实施例通过对上辊和下辊分别进行温度控制，实现了根据不同的铜层比例控制不同的冷却水温度，再通过控制水温，就能控制轧辊温度，进一步控制铜带的预热温度，最后通过提高铜带预热温度实现厚比例的铜铝复合强度；另外，上下辊通过分别进行温度控制，既能有效增加对铜带的预热温度，确保复合强度，即在保证铜铝复合板厚比例的复合强度情况下，还解决了固液复合过程中，铜铝间形成冶金结合需要的能量提供问题。复合过程轧制力降低，有助于降低轧机负荷，降低设备损耗，且有助于提升设备的稳定性，从而提升复合产品的质量；通过降低复合铝液温度，还能够确保产品中铝带板面的质量。而且根据应用需求进行调节温度以适应生产不同厚度的铜层比例，因此其生产的铜层比例范围更大，适用范围更广。
采用上述的生产工艺方法可生产铜铝复合板带的铜层厚度：1mm-5mm，铝层厚度：3mm-15mm；复合板总厚度：6mm-16mm；铜层比例范围更大：10％-90％。
以下为采用上述工艺方法生产不同铜层厚度的产品实施例。
实例一：
铜层厚度：3.0mm-4.0mm，宽度600mm，复合板厚度：6.0mm-8.0mm，铜层比例：37.5％-66.0％；铝液浇注温度：690℃-710℃，复合速度：1000mm/min-1500mm/min，上辊水温：40℃-50℃，上辊水压：0.2MPa-0.3MPa；下辊水温：20-25℃；下辊水压：0.4-0.45MPa；轧制力1300-1800吨，完成生产铜铝复合板带，铜铝比例达到50％，复合强度高大于等于60N/mm，表面质量好。
实例二：
铜层厚度5.0mm-5.5mm，宽度：600mm；复合板厚度：7.0mm-8.0mm，铜层比例62.5％-75％；铝液浇注温度：700℃-720℃，复合速度：1500mm/min-2000mm/min，上辊水温：75℃-80℃，上辊水压：0.20MPa-0.25MPa，下辊水温：25℃-30℃，下辊水压：0.35MPa-0.4MPa；轧制力1500-2500吨；复合强度大于等于50N/mm。
本发明实施例基于上述生产工艺及设备可以生产出复合强度满足要求的不同厚度需求的铜铝复合板带，而且能够保证产品质量控制。这些铜铝复合板带可作为电池组件的汇流排等部件。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种铜铝复合板带的制备方法，其特征在于，包括：当铜带和铝液通过铸轧辊的上辊和下辊挤压形成铜铝复合板带过程中，根据待获得铜铝复合板带的铜层比例对上辊的温度和下辊的温度分别进行控制；以及对上辊和下辊施加预定的轧制力以对铜带和铝液进行复合轧制，获得预定复合强度的铜铝复合板带；所述对上辊的温度和下辊的温度分别进行控制，具体包括：通过与上辊连接的第一调节装置使流经上辊的冷却水的水温和/或水压可调以对上辊进行温控，实现对铜带进行预热温度控制，以及通过与下辊连接的第二调节装置使流经下辊的冷却水的水温和/或水压可调以对下辊进行温控，实现对铝液进行冷却温度控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铜层比例为35％-70％，所述上辊的水温为30℃-90℃，水压为0.2MPa-0.3Mpa，所述下辊的水温为10℃-90℃，水压为0.35MPa-0.45Mpa。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铜铝复合板带的铜层比例为10％-90％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述轧制力为1200吨-3000吨。
5.一种铜铝复合板带的制备装置，其特征在于，包括：铸轧辊和与铸轧辊连接的冷却循环系统，所述铸轧辊包括与铜带接触的上辊和与铝液接触的且与上辊平行水平放置的下辊；冷却循环系统用于根据待获得铜铝复合板带的铜层比例对上辊和下辊分别进行温度控制，所述冷却循环系统包括第一调节装置和第二调节装置，所述铜铝复合板带的制备装置采用权利要求1-4中任一项所述的方法制备铜铝复合板带。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述上辊和下辊均为空心式辊，上辊的空腔内设置的水循环结构与辊外的第一调节装置连接，下辊的空腔内设置的水循环结构与辊外的第二调节装置连接。
7.根据权利要求6所述的装置，所述冷却循环系统还包括温控运算单元，用于根据待获得铜铝复合板带的铜层比例对流经上辊和下辊的冷却水的水温和/或水压进行计算分别控制第一调节装置和第二调节装置。
8.一种铜铝复合板带，其特征在于，所述铜铝复合板带通过如权利要求1-4中任一种方法制备得到。
9.一种电池组件，其特征在于，包括：如权利要求8中的铜铝复合板带。
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