一種制造冶金結合雙金屬復合板工藝及設備制造技術

本發明專利技術公開了一種冶金結合雙金屬復合板制造工藝及設備，包括不同成分的芯部和不同成分的外覆層，其復合成型工藝包括采用感應加熱器對所需成分外層材料管進行整體加熱到600～1000℃，澆入內層金屬液熔鑄，制造成界面呈冶金結合的包覆型雙金屬復合坯料；將熔鑄好的雙金屬坯料進行熱軋成雙金屬復合板。所制造的雙金屬復合板的外層和芯部的冶金結合界面由熔鑄形成，具有結合強度高，組織致密，質量好，產品性能優良，工藝簡單，可控性強，成本低，效率高、能滿足不同材質的成型性能等優點。可以節約稀缺資源，降低成本，適合批量生產，具有廣闊的應用市場。

Process and equipment for manufacturing metallurgical composite bimetal composite plate

The invention discloses a metallurgical bonding process and equipment for manufacturing double metal composite plate, including the different components of the core and the different components of the outer layer, the composite molding process including the use of induction heater pipe of the desired composition of outer material whole heated to 600 to 1000 DEG C, poured into the inner layer of liquid metal casting, manufacturing the interface is coated with metallurgical combination of double metal composite billet; double metal casting billet will good for rolling a double metal composite plate. Combined with the outer core and double metal composite plate made of the metallurgical interface formed by casting, has high bonding strength, compact structure, good quality, excellent performance, simple process, strong controllability, low cost, high efficiency, can satisfy the forming performance advantages of different materials. It can save scarce resources, reduce costs, be suitable for mass production, and have a broad application market.

【技術實現步驟摘要】
一種制造冶金結合雙金屬復合板工藝及設備
本專利技術屬于復合材料領域，具體涉及一種制造冶金結合雙金屬復合板工藝及設備。
技術介紹
金屬復合板可根據基材和面材的品種不同，制備成各種材質的復合板。包括:鋼/鋼復合板，不銹鋼一鋼復合板、銅一鋼復合板、鋁一鋼復合板、鈦一鋼復合板及鋁/鈦、純銀/銀合金等貴金屬復合板等，可以廣泛應用于造船、宇航建筑、電子、化工、機械等領域。被廣泛應用于航天航空、軍工、原子能、國防和冶金、建材、船舶、石油、化工、電力系統、電子器件、機械、汽車、熱能傳導、制藥、食品、信息、民用等許多領域中。目前金屬復合板的生產方法可分為三類：固一固相、液一液相和液一固相復合法。工業生產主要采用鑄造復合、爆炸復合和軋制復合工藝。其中，鑄造復合工藝是將一種基體(固相)和另一種基體(液相)在鑄模內進行組合，凝固后形成復合材料。在適當溫度及壓力下可獲得高的復合強度，適于生產某些金屬復合材料的坯料。目前雙金屬復合材料鑄造成形工藝可分為3類：包覆鑄造、雙流鑄造和離心鑄造工藝。其他復合工藝還有鑄造軋制法，逆向凝固法。目前尚在實驗室研究階段，無工業化生產產品上市。經文獻檢索已經公開的①中國專利技術專利申請號為200710011271.7專利技術名稱為制造銅包鋁排的生產方法，該生產方法步驟為清洗銅管內壁，并涂上一層保護層；在惰性氣體保護下，將銅管加熱，在其內澆鑄熔融金屬鋁；將銅包鋁坯經軋制、拉拔形成銅包鋁排復合板帶。此方法存在的缺點在于：其一，前處理工序復雜，單根生產銅包鋁坯料，生產效率低，難以形成連續化生產，生產成本高；其二，保護性氣體下澆鑄工藝復雜，工作環境較差；其三，銅包鋁坯未經長時間保溫再冷卻，雙金屬組元間相互擴散不充分，在一定程度上未形成良好的界面結合，降低了界面結合強度。②中國專利技術專利申請號為200810057668.4專利技術名稱為一種高性能銅包鋁矩形橫斷面復合導電母排及其制備工藝，該工藝采用水平連鑄直接復合成形銅包鋁復合坯料；將銅包鋁坯經過軋制、拉拔、再軋制工藝最終制成銅包鋁排。此工藝存在的缺點主要在于：對設備要求高，銅包鋁排水平連鑄設備結構復雜，制造成本較高，從而提高了銅包鋁復合板帶的制造難度和制造成本。中國專利技術專利申請號為00806525.x中，提供了一種釬焊用復合板，其將金屬釬焊料粉末與有機物混合后涂覆在金屬基材上，制成釬焊料板，用于鋁制器件的受控氣氛釬焊。但是，這種涂覆金屬釬焊料粉末的復合針料板在有機物揮發后，釬料粉末有脫落的可能，無法保證釬料厚度和質量分布的一致性和均勻性，致使焊接器件局部有漏焊或熔穿的可能，需要對焊接部件的漏焊或熔穿局部進行補焊，從而增加了器件重量和器件的制造成本。就目前國內外雙金屬復合板研究成果來看，其所制備的復合板大都屬于非冶金結合狀態，使該材料表現出一些問題，如兩種材料之間缺乏冶金結合，將會導致覆層過早的開裂，大大降低了材料的抗腐蝕性；材料的質量控制，如覆層厚度的不均勻，內部可能出現腐蝕，使材料長期的力學行為不明確。上述問題在短期和長期內可能造成嚴重后果。在追求資源最小消耗，效益最大獲取的今天，由于復合板所具有的優良性能和良好的節能結材效果越來越受到人們青睞，為了滿足市場需求，提高生產效率，保證產品質量，降低生產成本，提高投入產出合格率，就必須在工藝技術上有所突破，找到一種能使生產效益最大化的方法。因此研究開發新型雙金屬復合板制造工藝是實現高性能金屬復合材料高質量、低成本、高效率生產的關鍵。對于降低工程成本，提高工程工程質量、延長工程結構的使用壽命具有重要意義。具有廣闊的市場發展前景。
技術實現思路
針對上述現有雙金屬復合板技術存在的問題，本專利技術提供了一種制造冶金結合雙金屬復合板工藝及設備，提供一種流程短、方法簡便、設備投資小、生產效率高、成本低、性能好的且非常適合工業化大批量生產雙金屬復合板的工藝方法及設備。為了解決現有技術存在的問題，本專利技術采用的技術方案，包括以下步驟：（a）雙金屬復合坯料熔鑄；（b）復合板成型；（C）后處理：（a）雙金屬復合坯料熔鑄：解決其技術問題采用的工藝技術方案是:首先將制造好的所需材質和尺寸的外層復合材料管（6）內壁表面進行除油、除銹處理后，采用丙酮進行清洗，然后在清洗好的表面均勻涂覆一層高溫防氧化涂料，將其固定在澆注底板（13）上面的金屬液出口處的中心位置上，在外層復合材料管（6）的外部包覆一層耐火材料纖維（8），或者安裝有傳導加熱套（19），啟動升降設備上的傳動系統（1）轉動升降螺桿（3）或液壓缸（3）帶動安裝在升降立柱（2）上的升降臂（4）以所設定的速度將安裝在升降臂（4）上面的電磁感應加熱器（5）下降到外層復合材料管（6）的底部，啟動電磁感應加熱電源，使感應加熱器（5）直接對外層復合材料管（6）進行整體加熱，或者感應加熱器（5）通過安裝在外層復合材料管（6）外部的傳導加熱套（19）對外層復合材料管（6）進行整體加熱，通過安裝在外層復合材料管（6）上面的測溫熱電偶（15）進行測溫和控制加熱溫度，待加熱到600℃～1000℃后，將冶煉好的所需復合成分的內層復合材料金屬液（7）倒入澆注包（9）內，將澆注包（9）內的金屬液按照所預定的澆注程序通過澆注漏斗（10）、中注管（11）、澆鑄流道磚（12）內的澆注流道（14）澆入外層復合材料管（6）內，在澆注過程中，電磁感應加熱器（5）不停止加熱，金屬液（7）澆注完畢后，感應加熱器繼續進行加熱10～30分鐘，使所澆注的金屬液在一定的時間內保持液態，以增加液固時間，使界面形成冶金結合，當金屬液（7）澆注到冒口處時采取點注方式澆注以對冒口進行補縮，澆注完畢后，將保溫劑加入到保溫冒口內；當采用頂部直接澆注時，將澆注包（9）和澆注管（27）一起移到外層復合材料管（6）內孔上方，將澆注包（9）對準復合材料管（6）內孔中心，開始從澆注管（27）澆入內層復合材料金屬液（7），金屬液（7）澆注到復合材料管（6）內的型腔后，根據澆注速度逐步將澆注包（9）和澆注管（27）一起向上提升，當金屬液（7）澆注到冒口處時采取點注方式澆注以對冒口進行補縮，澆注完畢后，將保溫劑加入到保溫冒口內；啟動升降裝置，通過升降臂（5）以所設定的速度將安裝在升降臂（4）上面的電磁感應加熱器（5）以一定的速度向上提升，使電磁感應加熱器（5）逐步脫離復合層，同時打開底水箱（17）的進水管（16）和出水管（18），使在底水箱（17）由下向上的逐層冷卻下，形成逐層順序凝固，并根據質量要求通過控制電磁感應加熱器（5）在不同的區域內的上升速度，實現區域定向凝固，經過5～25分鐘升到保溫冒口處停止，繼續對保溫冒口處進行加熱10～50分鐘，以延遲保溫冒口凝固時間，對冒口進行補縮，使復合層金屬液中的氣體和夾雜物充分上浮，消除復合層金屬鑄造缺陷，達到預定時間后停止加熱，拆除包覆在外層復合材料管（6）外面的耐火材料纖維（8）或者安裝在外層復合材料管（6）外部的傳導加熱套（19），關閉底水箱進水管，松開外層復合材料管（6）的固定裝置，將鑄造好的界面呈冶金結合的由外層復合材料（6）和內層材料（7）和中間為雙金屬復合界面混合層（29）的雙金屬復合材料從澆注底板（13）上面吊出；當采用燃氣加熱時，打開燃氣供氣管（24）的閥門，點燃燃氣噴嘴（23），調整燃氣量大小，通過高溫燃氣對外本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制造冶金結合雙金屬復合板工藝，其特征在于：工藝技術方案包括以下步驟：（a）雙金屬復合坯料熔鑄；（b）復合板成型；（C）后處理：（a）雙金屬復合坯料熔鑄：解決其技術問題采用的工藝技術方案是:首先將制造好的所需材質和尺寸的外層復合材料管（6）內壁表面進行除油、除銹處理后，采用丙酮進行清洗，然后在清洗好的表面均勻涂覆一層高溫防氧化涂料，將其固定在澆注底板（13）上面的金屬液出口處的中心位置上，在外層復合材料管（6）的外部包覆一層耐火材料纖維（8），或者安裝有傳導加熱套（19），啟動升降設備上的傳動系統（1）轉動升降螺桿（3）或液壓缸（3）帶動安裝在升降立柱（2）上的升降臂（4）以所設定的速度將安裝在升降臂（4）上面的電磁感應加熱器（5）下降到外層復合材料管（6）的底部，啟動電磁感應加熱電源，使感應加熱器（6）直接對外層復合材料管（6）進行整體加熱，或者感應加熱器（5）通過安裝在外層復合材料管（6）外部的傳導加熱套（19）對外層復合材料管（6）進行整體加熱，通過安裝在外層復合材料管（6）上面的測溫熱電偶（15）進行測溫和控制加熱溫度，待加熱到600℃～1000℃后，將冶煉好的所需復合成分的內層復合材料金屬液（7）倒入澆注包（9）內，將澆注包（9）內的金屬液按照所預定的澆注程序通過澆注漏斗（10）、中注管（11）、澆鑄流道磚（12）內的澆注流道（14）澆入外層復合材料管（6）內，在澆注過程中，電磁感應加熱器（5）不停止加熱，金屬液（7）澆注完畢后，感應加熱器繼續進行加熱10～30分鐘，使所澆注的金屬液在一定的時間內保持液態，以增加液固時間，使界面形成冶金結合，當金屬液（7）澆注到冒口處時采取點注方式澆注以對冒口進行補縮，澆注完畢后，將保溫劑加入到保溫冒口內；當采用頂部直接澆注時，將澆注包（9）和澆注管（27）一起移到外層復合材料管（6）內孔上方，將澆注包（9）對準復合材料管（6）內孔中心，開始從澆注管（27）澆入內層復合材料金屬液（7），金屬液（7）澆注到復合材料管（6）內的型腔后，根據澆注速度逐步將澆注包（9）和澆注管（27）一起向上提升，當金屬液（7）澆注到冒口處時采取點注方式澆注以對冒口進行補縮，澆注完畢后，將保溫劑加入到保溫冒口內；啟動升降裝置，通過升降臂（5）以所設定的速度將安裝在升降臂（4）上面的電磁感應加熱器（5）以一定的速度向上提升，使電磁感應加熱器（5）逐步脫離復合層，同時打開底水箱（17）的進水管（16）和出水管（18），使在底水箱（17）由下向上的逐層冷卻下，形成逐層順序凝固，并根據質量要求通過控制電磁感應加熱器（5）在不同的區域內的上升速度，實現區域定向凝固，經過5～25分鐘升到保溫冒口處停止，繼續對保溫冒口處進行加熱10～50分鐘，以延遲保溫冒口凝固時間，對冒口進行補縮，使復合層金屬液中的氣體和夾雜物充分上浮，消除復合層金屬鑄造缺陷，達到預定時間后停止加熱，拆除包覆在外層復合材料管（6）外面的耐火材料纖維（8）或者安裝在外層復合材料管（6）外部的傳導加熱套（19），關閉底水箱進水管，松開外層復合材料管（6）的固定裝置，將鑄造好的界面呈冶金結合的由外層復合材料（6）和內層材料（7）和中間為雙金屬復合界面混合層（29）的雙金屬復合材料從澆注底板（13）上面吊出；當采用燃氣加熱時，打開燃氣供氣管（24）的閥門，點燃燃氣噴嘴（23），調整燃氣量大小，通過高溫燃氣對外層復合材料管（6）進行加熱，當澆注完畢后，打開底水箱（17）的進水管（16）和出水管（18），通過底水箱（17）產生由下向上的逐層冷卻，同時將燃氣噴嘴（23）由下向上逐層停止加熱，使內層材料（7）形成由下向上逐層順序凝固，并根據質量要求通過控制燃氣噴嘴（23）在不同的區域內的加熱時間和加熱量的大小，實現區域定向凝固；所述的雙金屬復合材料的外層材料（6）的材質為不銹鋼、模具鋼、工具鋼、高速鋼、合金鋼、低碳鋼、鑄鋼、鑄鐵、合金鑄鐵、高鉻鑄鐵、鈦、銅、銅合金、鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、鎳基合金、純銀、銀合金其中之一種；所述的內層復合材料（7）的材質為不銹鋼、模具鋼、合金鋼、低碳鋼、鑄鋼、鑄鐵、合金鑄鐵、高鉻鑄鐵、鈦、銅、銅合金、鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、鎳基合金、純銀、銀合金其中之一種；（b）復合板成型：將熔鑄好的所述雙金屬復合坯料放入加熱爐中加熱到320～1280℃，保溫30～60?分鐘；將加熱后的所述雙金屬復合坯料放在軋機上，采用現有的軋制工藝軋制，根據所需產品尺寸調整軋制道次及壓下量，逐道次減徑，并通過現有的軋制工藝參數保證所軋制復合板產品的尺寸和外形，獲得所需尺寸的雙金屬復合板產品；所述雙金屬坯料的加熱方式為燃氣加熱、電加熱、電磁感應加熱、等離子加熱其中之一種；（C）后處理：將軋制后的雙金屬復合板進行退火、平整矯直、酸洗、切邊定尺、超聲波探傷；可根據需要將...

【技術特征摘要】
1.一種制造冶金結合雙金屬復合板工藝，其特征在于：工藝技術方案包括以下步驟：（a）雙金屬復合坯料熔鑄；（b）復合板成型；（C）后處理：（a）雙金屬復合坯料熔鑄：解決其技術問題采用的工藝技術方案是:首先將制造好的所需材質和尺寸的外層復合材料管（6）內壁表面進行除油、除銹處理后，采用丙酮進行清洗，然后在清洗好的表面均勻涂覆一層高溫防氧化涂料，將其固定在澆注底板（13）上面的金屬液出口處的中心位置上，在外層復合材料管（6）的外部包覆一層耐火材料纖維（8），或者安裝有傳導加熱套（19），啟動升降設備上的傳動系統（1）轉動升降螺桿（3）或液壓缸（3）帶動安裝在升降立柱（2）上的升降臂（4）以所設定的速度將安裝在升降臂（4）上面的電磁感應加熱器（5）下降到外層復合材料管（6）的底部，啟動電磁感應加熱電源，使感應加熱器（6）直接對外層復合材料管（6）進行整體加熱，或者感應加熱器（5）通過安裝在外層復合材料管（6）外部的傳導加熱套（19）對外層復合材料管（6）進行整體加熱，通過安裝在外層復合材料管（6）上面的測溫熱電偶（15）進行測溫和控制加熱溫度，待加熱到600℃～1000℃后，將冶煉好的所需復合成分的內層復合材料金屬液（7）倒入澆注包（9）內，將澆注包（9）內的金屬液按照所預定的澆注程序通過澆注漏斗（10）、中注管（11）、澆鑄流道磚（12）內的澆注流道（14）澆入外層復合材料管（6）內，在澆注過程中，電磁感應加熱器（5）不停止加熱，金屬液（7）澆注完畢后，感應加熱器繼續進行加熱10～30分鐘，使所澆注的金屬液在一定的時間內保持液態，以增加液固時間，使界面形成冶金結合，當金屬液（7）澆注到冒口處時采取點注方式澆注以對冒口進行補縮，澆注完畢后，將保溫劑加入到保溫冒口內；當采用頂部直接澆注時，將澆注包（9）和澆注管（27）一起移到外層復合材料管（6）內孔上方，將澆注包（9）對準復合材料管（6）內孔中心，開始從澆注管（27）澆入內層復合材料金屬液（7），金屬液（7）澆注到復合材料管（6）內的型腔后，根據澆注速度逐步將澆注包（9）和澆注管（27）一起向上提升，當金屬液（7）澆注到冒口處時采取點注方式澆注以對冒口進行補縮，澆注完畢后，將保溫劑加入到保溫冒口內；啟動升降裝置，通過升降臂（5）以所設定的速度將安裝在升降臂（4）上面的電磁感應加熱器（5）以一定的速度向上提升，使電磁感應加熱器（5）逐步脫離復合層，同時打開底水箱（17）的進水管（16）和出水管（18），使在底水箱（17）由下向上的逐層冷卻下，形成逐層順序凝固，并根據質量要求通過控制電磁感應加熱器（5）在不同的區域內的上升速度，實現區域定向凝固，經過5～25分鐘升到保溫冒口處停止，繼續對保溫冒口處進行加熱10～50分鐘，以延遲保溫冒口凝固時間，對冒口進行補縮，使復合層金屬液中的氣體和夾雜物充分上浮，消除復合層金屬鑄造缺陷，達到預定時間后停止加熱，拆除包覆在外層復合材料管（6）外面的耐火材料纖維（8）或者安裝在外層復合材料管（6）外部的傳導加熱套（19），關閉底水箱進水管，松開外層復合材料管（6）的固定裝置，將鑄造好的界面呈冶金結合的由外層復合材料（6）和內層材料（7）和中間為雙金屬復合界面混合層（29）的雙金屬復合材料從澆注底板（13）上面吊出；當采用燃氣加熱時，打開燃氣供氣管（24）的閥門，點燃燃氣噴嘴（23），調整燃氣量大小，通過高溫燃氣對外層復合材料管（6）進行加熱，當澆注完畢后，打開底水箱（17）的進水管（16）和出水管（18），通過底水箱（17）產生由下向上的逐層冷卻，同時將燃氣噴嘴（23）由下向上逐層停止加熱，使內層材料（7）形成由下向上逐層順序凝固，并根據質量要求通過控制燃氣噴嘴（23）在不同的區域內的加熱時間和加熱量的大小，實現區域定向凝固；所述的雙金屬復合材料的外層材料（6）的材質為不銹鋼、模具鋼、工具鋼、高速鋼、合金鋼、低碳鋼、鑄鋼、鑄鐵、合金鑄鐵、高鉻鑄鐵、鈦、銅、銅合金、鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、鎳基合金、純銀、銀合金其中之一種；所述的內層復合材料（7）的材質為不銹鋼、模...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁家偉，丁剛，耿德英，鹿薇薇，鹿策，施孟達，陳志和，朱堅，
申請(專利權)人：丹陽恒慶復合材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32