王珺等：水平连铸复合成形铜铝层状复合材料的组织与性能 217. the solidification of liquid Al on the solid Cu plate.With the Cu atoms continuously diffusing into the Al liquid,layer I ofy is formed via a solid-solid transition with a certain content of Cu atoms,while layer IlI of a+0 is formed via eutectic transformation under the eutectic temperature.Making of Cu-Al intermetallic compounds,Layer I and layer II are the main areas of crack generation and expansion,thus,the thickness of the interface layer plays an important role that can control bonding strength.The temperature distribution of the composite Cu-Al plate during solidification is optimized by adjusting the parameters and controlling the formation of the composite layer.Therefore,a reasonable matching of the process parameters is the key to improving the microstructure of the composite layer and increasing the bond strength of the clad plate. KEY WORDS horizontal continuous casting:Cu-Al composite plate;process parameters;microstructure;bonding strength 铜铝双金属复合板带兼备铜和铝的优点，具 究的问题 有导电性较高、耐蚀性较好、密度较低和容易连 本文提出了一种可实现铜铝双金属复合板带 接等特点，可代替纯铜板带广泛用于电子通讯、石 水平连铸复合成形的工艺方法，设计了复合装置， 油化工、交通运输、装饰建材、航天航空以及国防 并以宽度为70mm、厚度为24mm、铜铝厚度比为 军工等各个领域- 1:3的铜铝复合板材为对象，开展了制备实验研 铜铝双金属复合板带的制备方法很多，如爆炸 究，对铜铝双金属复合板带复合界面层显微结构 复合法5-刀、轧制复合法⑧-0、挤压-轧制复合法-) 和性能及工艺参数对复合界面层形成过程的影响 和铸轧复合法4等，但是这些方法均存在工艺流 进行了研究 程长，生产成本高，环境负担大和成材率低等问题 1实验方法 双金属水平连铸直接复合法(horizontal core- filling continuous casting,HCFC)是谢建新u,吴永 1.1工艺原理 福等1)，Su等1开发的制备铜包铝双金属复合材 铜铝双金属复合板的水平连铸复合成形新工 料的新工艺，具有工艺流程短、生产效率高及复合 艺原理如图1所示，其工艺原理如下：铜液和铝液 界面可达到治金结合等优点，已成功应用于铜包 分别进行加热和保温，对热型模具采用感应加热， 铝包覆型复合材料的生产，为三明治结构铜铝层 当温度达到预定温度后，通过牵引装置对铜板进 状双金属复合材料的制备提供了新的思路.但是 行引铸，先铸造出铜板带，然后对铝液进行放流， 由于两类双金属复合材料的结构不同，如何通过 在结晶器冷却作用下，使铝液凝固在铜基板上.铜 复合装置的设计控制三明治结构铜铝层状双金属 板和铝液在铸型中直接复合，减小了空气的影响， 复合材料的凝固与复合过程是需要进一步深入研 从而达到冶金结合， 塞棒 铝坩埚 铝液 结品器 铜坩埚 热型模具 牵引机 (o 热电偶 铜铝复合板 热电偶 加热线圈 铜液 感应加热区 图1水平连铸复合成形示意图 Fig.I Sketch of compound forming of horizontal continuous casting 12铜铝双金属复合板材的制备 (Cu厚6mm,A1厚18mm),以含铜量（质量分数）为 采用水平连铸复合成形新工艺制备出截面尺 99.95%的纯铜（标准阴极铜）和含铝量（质量分数） 寸为70mm×24mm(宽度×厚度)的铜铝复合板 为99.6%的工业纯铝1060为原料.铜铸造温度为the solidification of liquid Al on the solid Cu plate. With the Cu atoms continuously diffusing into the Al liquid, layer I of γ is formed via a  solid –solid  transition  with  a  certain  content  of  Cu  atoms,  while  layer  III  of  α  +  θ  is  formed  via  eutectic  transformation  under  the eutectic  temperature.  Making  of  Cu –Al  intermetallic  compounds,  Layer  I  and  layer  II  are  the  main  areas  of  crack  generation  and expansion,  thus,  the  thickness  of  the  interface  layer  plays  an  important  role  that  can  control  bonding  strength.  The  temperature distribution of the composite Cu–Al plate during solidification is optimized by adjusting the parameters and controlling the formation of the  composite  layer.  Therefore,  a  reasonable  matching  of  the  process  parameters  is  the  key  to  improving  the  microstructure  of  the composite layer and increasing the bond strength of the clad plate. KEY WORDS    horizontal continuous casting；Cu–Al composite plate；process parameters；microstructure；bonding strength 铜铝双金属复合板带兼备铜和铝的优点，具 有导电性较高、耐蚀性较好、密度较低和容易连 接等特点，可代替纯铜板带广泛用于电子通讯、石 油化工、交通运输、装饰建材、航天航空以及国防 军工等各个领域[1−4] . 铜铝双金属复合板带的制备方法很多，如爆炸 复合法[5−7]、轧制复合法[8−10]、挤压–轧制复合法[11−13] 和铸轧复合法[14−15] 等，但是这些方法均存在工艺流 程长，生产成本高，环境负担大和成材率低等问题. 双金属水平连铸直接复合法（horizontal core￾filling continuous casting, HCFC）是谢建新[16] ，吴永 福等[17] ，Su 等[18] 开发的制备铜包铝双金属复合材 料的新工艺，具有工艺流程短、生产效率高及复合 界面可达到冶金结合等优点，已成功应用于铜包 铝包覆型复合材料的生产，为三明治结构铜铝层 状双金属复合材料的制备提供了新的思路. 但是 由于两类双金属复合材料的结构不同，如何通过 复合装置的设计控制三明治结构铜铝层状双金属 复合材料的凝固与复合过程是需要进一步深入研 究的问题. 本文提出了一种可实现铜铝双金属复合板带 水平连铸复合成形的工艺方法，设计了复合装置， 并以宽度为 70 mm、厚度为 24 mm、铜铝厚度比为 1:3 的铜铝复合板材为对象，开展了制备实验研 究，对铜铝双金属复合板带复合界面层显微结构 和性能及工艺参数对复合界面层形成过程的影响 进行了研究. 1    实验方法 1.1    工艺原理 铜铝双金属复合板的水平连铸复合成形新工 艺原理如图 1 所示，其工艺原理如下：铜液和铝液 分别进行加热和保温，对热型模具采用感应加热， 当温度达到预定温度后，通过牵引装置对铜板进 行引铸，先铸造出铜板带，然后对铝液进行放流， 在结晶器冷却作用下，使铝液凝固在铜基板上. 铜 板和铝液在铸型中直接复合，减小了空气的影响， 从而达到冶金结合. 1.2    铜铝双金属复合板材的制备 采用水平连铸复合成形新工艺制备出截面尺 寸为 70 mm × 24 mm（宽度×厚度）的铜铝复合板 （Cu 厚 6 mm，Al 厚 18 mm），以含铜量（质量分数）为 99.95% 的纯铜（标准阴极铜）和含铝量（质量分数） 为 99.6% 的工业纯铝 1060 为原料. 铜铸造温度为 牵引机 结晶器 铜铝复合板 加热线圈 热电偶 铜液 铜坩埚 感应加热区 热型模具 铝液 铝坩埚 塞棒 热电偶 图 1    水平连铸复合成形示意图 Fig.1    Sketch of compound forming of horizontal continuous casting 王    珺等： 水平连铸复合成形铜铝层状复合材料的组织与性能 · 217 ·