本发明涉及复合板材，具体涉及一种铝液连铸制备的铜铝复合板料及其工艺。
背景技术：
1、铜和铝是重要的有色金属，铜具有良好的导电、导热以及耐腐蚀性能，铝具有良好的导电以及导热性能。铜与铝相比较，铜资源短缺，铝资源比较丰富，并且铝比重小，价格低廉。铝与铜复合金属板带是一种以铝为基体外层、包覆铜的双金属，它是将铝的高质量导电性能、低成本的资源与铜的高化学稳定性，较低的接触电阻复合为一体的新型导体材料和装饰材料。铝与铜复合金属板带集中了铜、铝各自的优点。用铝与铜复合金属板带代替铜板带，广泛应用于军工、航空航天、电子计算机、电子器件等高科技领域及电力、高低压电器、自动化、建筑行业，是当前金属材料的研究热点。
2、国际标准中铜铝复合材料的复合强度≥12kgf/cm，现有的锂电池对于铜铝复合材料的复合强度要求是≥15kgf/cm，随着新能源技术的不断发展，锂电池作为新能源中的核心储能设备，铜铝复合材料是锂电池的核心组件材料，所以锂电池生产企业对于铜铝复合材料的强度提出了更高的要求。
3、目前，生产铜铝复合板带的方法主要有轧制复合、爆炸复合、挤压-拉拔复合、扩散焊接复合等固-固复合法和充芯连铸法、双结晶器连铸法等液-固复合法。固-固复合法的工艺一般比较落后，成品率低，质量不稳定，不适合连续大规模生产，因此液-固复合法成为研究的重点；但是，液-固复合法直接将铝液与铜板进行复合，会产生很厚的结合界面层，结合界面层越厚，金属间化合物越多，复合板带的强度越低，因此直接将铝液与铜板进行复合，形成的结合界面层较厚，复合板强度较低，不能满足使用的要求。
4、中国发明专利cn101758071b公开了一种铝与铜复合金属板带的生产方法，采用无氧连续铸轧的方法制备铜铝复合板带。该方法在铜铝结合前需要进行在线打磨至无氧化层，工艺比较复杂，而且铜铝的结合强度较低(100mpa左右)。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提出一种铝液连铸制备的铜铝复合板料及其工艺，可以用于制备新能源电池的极柱，通过连铸和多次轧制的工艺，改善了铝和铜金属界面的浸润性，制得的复合板料结合强度高，界面厚度小，复合强度高，力学性能好，制备方法简单，低成本、高效率，具有广阔的应用前景。
2、本发明的技术方案是这样实现的：
3、本发明提供一种铝液连铸制备铜铝复合板料的工艺，包括以下步骤：
4、s1.熔炼：将铝锭加热到700-800℃熔炼1-3h；
5、s2.静置：将步骤s1熔炼后的铝液脱气处理，保温静置10-30min；
6、s3.铜带预处理：将铜带进行毛化处理，然后清洗；
7、s4.铜带加热：将步骤s3中得到的预处理的铜带加热至200-650℃；
8、s5.连铸：惰性气体保护下，将步骤s2中处理后的铝液连续浇铸在步骤s4中处理后的铜带上，对铜铝复合材料进行急冷结晶，进行无氧连续浇铸；
9、s6.连轧：将步骤s5中连铸完的铜铝复合材料进行轧制，得到铝液连铸制备铜铝复合板料。
10、作为本发明的进一步改进，步骤s3中所述毛化处理包括机械毛化、化学毛化或激光毛化，所述机械毛化为采用钢刷或砂带毛化；所述清洗为超声波清洗或激光清洗。
11、作为本发明的进一步改进，步骤s5中所述浇铸速度在200-1200mm/分钟；浇铸宽度在10-100mm；浇铸厚度在3-20mm，所述急冷结晶的降温速度为100-150℃/min，具体的方法如下：惰性气体保护下，将步骤s4中处理后的铜带连续通过连铸设备结晶器，铝液通过浇铸系统连续浇铸在铜带上，结晶器对铜铝复合材料进行急冷结晶，进行无氧连续浇铸。
12、作为本发明的进一步改进，步骤s6中所述铝液连铸制备铜铝复合板料的厚度为2-12mm，轧制压力为5000-5000000n，轧制速度为300-1500mm/钟，轧制张力为10000-200000n。
13、作为本发明的进一步改进，步骤s2中在脱气处理前加入cu@si@al janus纳米片，添加量为铝液的5-7wt%，所述cu@si@al janus纳米片的制备方法如下：
14、t1. sio2中空纳米微球的制备：将正硅酸乙酯溶于有机溶剂中，得到油相；将乳化剂溶于水中，得到水相；将水相滴入油相中，乳化，调节溶液ph值为10-11，加热搅拌反应，离心，洗涤，干燥，煅烧，制得sio2中空纳米微球；
15、t2. 球磨：将步骤t1制得的sio2中空纳米微球进行球磨，制得sio2纳米片；
16、t3. 改性：将步骤t2制得的sio2纳米片加入乙醇中，加入硅烷偶联剂，加热搅拌反应，离心，洗涤，干燥，制得改性sio2纳米片；
17、t4. 氧化铜@sio2@氧化铝纳米片的制备：将异丙醇铝溶于二氯甲烷中，静置，加入步骤t3制得的改性sio2纳米片，漂浮于界面上，滴加含有铜盐的水溶液，然后加入柠檬酸，静置反应，离心，洗涤，干燥，煅烧，制得氧化铜@sio2@氧化铝纳米片；
18、t5. 还原：将步骤t4制得的氧化铜@sio2@氧化铝纳米片和镁粉混合，加热还原反应，然后进行氢气还原反应，制得cu@si@al janus纳米片。
19、作为本发明的进一步改进，步骤t1中所述正硅酸乙酯、有机溶剂、乳化剂、水的质量比为12-15:100:0.5-1:30-50，所述乳化剂选自吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80中的至少一种，所述加热搅拌反应的温度为50-60℃，时间为10-12h，所述煅烧的温度为300-500℃，时间为1-3h；步骤t2中所述球磨的时间为2-4h；步骤t3中所述sio2纳米片、硅烷偶联剂的质量比为100:22-25，所述硅烷偶联剂为带有氨基的硅烷偶联剂，选自kh550、kh602、kh792中的至少一种，所述加热搅拌反应的温度为40-50℃，时间为0.5-1h。
20、作为本发明的进一步改进，步骤t4中所述改性sio2纳米片、异丙醇铝、铜盐、柠檬酸的质量比为50：12-15:7-12:3-5，所述静置反应的时间为30-50min，所述煅烧的温度为500-700℃，时间为1-3h，所述铜盐选自氯化铜、硫酸铜、硝酸铜中的至少一种；步骤t5中所述氧化铜@sio2@氧化铝纳米片和镁粉的质量比为100:7-12，所述加热还原反应的温度为700-800℃，时间为0.5-1h，所述氢气还原反应的温度为600-800℃，时间为1-2h，所述氢气的通气量为20-30ml/min。
21、作为本发明的进一步改进，步骤s3中清洗处理后，表面涂覆一层11-巯基十一烷酸的乙二醇二甲醚溶液，浓度为7-12wt%。
22、本发明进一步保护一种上述的制备工艺制得的铝液连铸制备铜铝复合板料。
23、本发明进一步保护一种上述铝液连铸制备铜铝复合板料在制备新能源电池极柱中的应用。
24、本发明具有如下有益效果：
25、当金属基体之间的润湿性较差时，导致在制备过程中金属基体之间产生界面孔隙、裂纹等界面缺陷，从而导致界面产生脆相化合物，降低了金属之间的结合强度，从而影响合金材料的使用性能。
26、本发明制备了cu@si@al janus纳米片，首先通过乳液法制备了二氧化硅中空纳米球，在球磨的作用下，破碎形成纳米片，然后表面经过带有氨基的硅烷偶联剂改性后，将其加入有机溶剂和水溶液中，该改性二氧化硅纳米片分散于油水界面，异丙醇铝溶于有机溶剂中，铜盐溶于水中，在改性二氧化硅纳米片上氨基的作用下，异丙醇铝贴附于纳米片表面，在少量水的催化作用下发生溶胶凝胶反应，从而形成氧化铝固定在纳米片靠油层的一侧，同时，铜离子在氨基的络合作用下，固定在纳米片靠水层一侧氨基上，进一步加入柠檬酸后，形成凝胶，分离出纳米片后，经过煅烧，从而制得了氧化铜@sio2@氧化铝纳米片，经过镁热还原和氢气还原后，制得了cu@si@al janus纳米片。
27、本发明通过在铝液中加入cu@si@al janus纳米片，其自动游离到铝铜金属界面，纳米片上带有铝金属的一层向铝金属层渗透，带有铜金属的一层向铜金属层渗透，经过轧制后，大大缩小了界面层的厚度，也减少了界面存在的孔隙或气隔，从而提高了结合强度和复合强度，使得制得的复合板材力学性能得到增强。
28、本发明将铜带进行毛化处理，使其界面变得粗糙，界面结合力增强，进一步在其表面涂覆一层11-巯基十一烷酸溶液，由于其分子结构中含有硫基和羧基，它具有良好的表面活性，原位反应形成了有机无机复合层，改善了金属界面润湿性和分散性，从而明显提高了铜基体与铝基体之间的浸润和复合，提高了二者的界面结合力。
29、本发明制备的铝液连铸制备的铜铝复合板料可以用于制备新能源电池的极柱，通过连铸和多次轧制的工艺，改善了铝和铜金属界面的浸润性，制得的复合板料结合强度高，界面厚度小，复合强度高，力学性能好，制备方法简单，低成本、高效率，具有广阔的应用前景。
1.一种铝液连铸制备铜铝复合板料的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤s3中所述毛化处理包括机械毛化、化学毛化或激光毛化，所述机械毛化为采用钢刷或砂带毛化；所述清洗为超声波清洗或激光清洗。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤s5中所述浇铸速度在200-1200mm/分钟；浇铸宽度在10-100mm；浇铸厚度在3-20mm，所述急冷结晶的降温速度为100-150℃/min，具体的方法如下：惰性气体保护下，将步骤s4中处理后的铜带连续通过连铸设备结晶器，铝液通过浇铸系统连续浇铸在铜带上，结晶器对铜铝复合材料进行急冷结晶，进行无氧连续浇铸。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤s6中所述铝液连铸制备铜铝复合板料的厚度为2-12mm，轧制压力为5000-5000000n，轧制速度为300-1500mm/钟，轧制张力为10000-200000n。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤t1中所述正硅酸乙酯、有机溶剂、乳化剂、水的质量比为12-15:100:0.5-1:30-50，所述乳化剂选自吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80中的至少一种，所述加热搅拌反应的温度为50-60℃，时间为10-12h，所述煅烧的温度为300-500℃，时间为1-3h；步骤t2中所述球磨的时间为2-4h；步骤t3中所述sio2纳米片、硅烷偶联剂的质量比为100:22-25，所述硅烷偶联剂为带有氨基的硅烷偶联剂，选自kh550、kh602、kh792中的至少一种，所述加热搅拌反应的温度为40-50℃，时间为0.5-1h。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤t4中所述改性sio2纳米片、异丙醇铝、铜盐、柠檬酸的质量比为50：12-15:7-12:3-5，所述静置反应的时间为30-50min，所述煅烧的温度为500-700℃，时间为1-3h，所述铜盐选自氯化铜、硫酸铜、硝酸铜中的至少一种；步骤t5中所述氧化铜@sio2@氧化铝纳米片和镁粉的质量比为100:7-12，所述加热还原反应的温度为700-800℃，时间为0.5-1h，所述氢气还原反应的温度为600-800℃，时间为1-2h，所述氢气的通气量为20-30ml/min。
7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤s3中清洗处理后，表面涂覆一层11-巯基十一烷酸的乙二醇二甲醚溶液，浓度为7-12wt%。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的工艺制得的铝液连铸制备铜铝复合板料。
9.一种如权利要求8所述铝液连铸制备铜铝复合板料在制备新能源电池极柱中的应用。
