銅-アルミニウム複合ストリップ: 生産技術、加工、応用

銅-アルミニウム複合条板とは

銅-アルミニウム複合ストリップは、コイルの全長にわたって銅層がアルミニウムのコアに冶金的に接合されたクラッドバイメタルです。これは銅-メッキされたアルミニウムではなく、2つのストリップをリベット留めしたり接着したりしたものでもありません。接着は圧力、熱、原子拡散によって形成されるため、界面には負荷と電流が流れます。銅の密度が 8.96 g/cm3 であるのに対し、アルミニウムの密度は約 2.70 g/cm3 であるため、体積で 20 パーセントの銅を含む構造では、同じ厚さの固体銅の質量が約 56 パーセントとなり、重量が 44 パーセント近く削減されます。全体の導電率は銅の割合に応じて低下し、混合の法則によって推定できます。通常、等しい断面で固体銅の 60 ～ 75 パーセントが得られます。一方、露出した銅面は、用途に必要な耐食性と、はんだ付けまたは溶接が可能な表面を提供します。-

この組み合わせが、この材料がバスバー接合部、バッテリータブ、電子アセンブリにおいて固体の銅を置き換え続ける理由です。設計者は、電流が界面を通過する部分には銅を残し、電気的な作業を行わない部分には銅を除去します。

生産技術の比較

いくつかのルートが商業的に使用されており、選択は層の比率、厚さ、生産量、および部品が平坦なストリップかプロファイルかによって異なります。すべてのルートは同じ物理原理から始まります。つまり、表面の酸化物を破壊し、きれいな金属を露出させ、圧力または熱の下で 2 つの表面を原子結合ができるほど近づけます。

ロールボンディング：表面処理、圧延、熱処理

ロールボンディングはストリップの主力製品です。順序は、最初に表面処理、二番目に圧延、三番目に熱処理であり、各ステップには明確な冶金的目的があります。

表面処理:機械的なブラッシングや研削と、化学洗浄や脱脂を組み合わせ、場合によっては膜形成ステップを伴うこともあります。-界面はきれいで、粗さが制御されている必要があります。粗さによってどこかに圧力が集中し、新鮮な金属がどこかに押し出されるからです。

ローリング：冷間圧延接合、その後の中間加熱および二次熱間圧延パス。結合形成の 3 つの段階は、物理的接触、接触表面の活性化、拡散です。新しいアルミニウムが銅の亀裂に押し込まれ、表面原子が活性化され、新たに露出した粒子間に原子結合が形成されます。

熱処理：拡散または再結晶化により、点結合が測定可能な拡散深さの面結合に変換され、結合強度が向上します。一般的な処理温度は約 60 ℃ ～ 430 ℃ です。

過剰治療のリスク:有効窓を超えると、両方の金属が再結晶化し、界面領域が厚くなり、硬くて脆い金属間化合物が接合部で成長するため、接合部は健全に見えても、接合強度と曲げ性能が急激に低下します。

ロールボンドされた銅-アルミニウム パネルに関する発表された研究では、圧延温度を約 430 ℃、圧下率を 60% にすると良好な接合強度が得られること、圧延力だけではなく熱処理スケジュールが金属間化合物層が界面特性に与えるダメージの程度を決定することがわかりました。したがって、生産における実際的なルールは、圧下率、圧延温度、および焼鈍スケジュールを 1 つのパラメータセットとしてまとめて固定し、剥離試験のみではなく金属組織学によって結果を検証することです。

代表的な構造と寸法

銅-アルミニウム複合ストリップの用途

バッテリータブと集電装置:この複合材料は、アルミニウムと銅を直接溶接することなく、アルミ箔またはアルミニウム バスバーを銅端子に接合し、直接溶接によって生じる電気腐食や接合部の脆性を除去します。

バスバー移行ジョイント:配電盤や配電盤内で銅のバスバーがアルミニウムの導体と接触する場所に使用されます。このジョイントは使用中にアークや過熱が発生せず、ボルト締めバイメタル ジョイントと比較して導電プレートの寿命を延ばし、電力損失を減らします。

電子機器とシールド:このストリップは剛性が高く、寸法安定性があり、平坦で加工が容易で、良好な電磁シールドと低い熱抵抗を備えており、プリント基板、テレビのシャーシ、自動車電子機器に適しています。

太陽熱収集器:チューブ-シート平板コレクターは、銅-アルミニウム複合シートを吸収体として使用しており、全銅製構造よりも低コストで耐食性、耐圧性、高い収集効率を兼ね備えています。-

電力および一般エンジニアリング:変圧器の巻線、接地ストリップ、装飾トリム、および固体銅部分のない銅の外観が必要な建築用シート。

品質管理とテスト

完成品としての銅{0}アルミニウム ロール クラッド ストリップをカバーする単一の国際規格はないため、通常、バイヤーは合意された内部テスト パッケージとともに卑金属規格に対してサプライヤーを認定します。通常、銅コンポーネントは ASTM B152/B152M に指定され、アルミニウムコンポーネントは ASTM B209 に指定され、複合材料は次のようにテストされます。

結合の連続性:コイルに沿って超音波スキャンして、100% 接着された領域を確認し、接着されていないエッジを特定します。

結合強度:各コイルの端と中間から採取したサンプルのせん断試験と剥離試験。

成形性:せん断に耐えた接合部でも顧客の成形作業中に破損する可能性があるため、曲げおよび逆曲げテストを行ってください。

界面金属組織学:金属間化合物層の厚さと連続性の測定。過剰処理されたコイルの最も信頼性の高い早期警告です。{0}}

電気的および寸法のチェック:銅面の導電率または抵抗の測定、さらに厚さと層の比率の検証。

よくある質問

Q: 銅-アルミニウム複合ストリップは銅-メッキアルミニウムと同じですか?
いいえ、メッキは通常数ミクロンの厚さの薄い電着層です。複合ストリップには、セクションの一部として電流を流す冶金的に結合された銅層があり、その厚さは 10 ～ 50 パーセントになります。

Q: 複合材料によりどのくらいの重量が削減されますか?
銅の体積分率が 20 パーセントの場合、質量は同じ厚さの固体銅の約 56 パーセントとなり、銅の 8.96 g/cm3 とアルミニウムの 2.70 g/cm3 から計算すると、44 パーセント近く節約されます。

Q: なぜ熱処理がそれほど重要なのでしょうか?
適度な拡散は点結合を面結合に変換し、強度を高めますが、過度の温度は再結晶化を引き起こし、脆い銅-アルミニウムの金属間化合物を成長させ、結合と曲げの性能を大幅に低下させます。

Q: 厚板の場合はどの工程を使用すればよいですか？
爆発溶接は、厚い部分を 1 回のパスで接合するため、脆い金属間化合物の形成を回避し、特殊な形状に適します。ロールボンディングは、連続ストリップの経済的な方法です。

Q: どの程度の接着強度が期待できますか?
界面せん断強度は一般に 60 ～ 90 MPa の範囲であると報告されており、十分に接着された接合部は通常、界面ではなく柔らかいアルミニウム内で破損します。

Q: ストリップは 2 つの金属間の接合部で腐食しますか?
銅-アルミニウムの結合はガルバニックであるため、切断端を保護する必要があり、接合部が連続的に電解液にさらされないようにしてください。使用中、材料は通常、エッジシール、カプセル封入、または乾燥環境で使用されます。-