一种贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备和工艺制造技术

技术编号:21154281 阅读:18 留言:0更新日期:2019-05-22 06:33
本发明专利技术属于连铸技术领域,尤其涉及一种贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备与工艺,该设备包括外层金属熔化与保温装置、芯部金属熔化与保温装置、真空系统、复合结晶器、引锭机构、二次冷却装置和辅助设备组成。连铸工艺过程为:设备组装与可靠连接;对炉体抽真空;对两种金属加热熔化;先进行外层金属连铸,然后使芯部金属进入外层金属管中,在复合结晶器和二次冷却装置作用下凝固并与外层金属复合。当连铸棒材达到一定长度后,可以根据需要锯断。优点在于:可保证了贵金属需要的高真空连铸环境,内外金属的熔炼、成形,双金属界面复合,均在无氧化、无污染状态下实现;制备过程流程短、效率高。

A HIGH VACUUM CONTINUOUS CASTING FORMING EQUIPMENT AND TECHNOLOGY FOR NOBLE METAL LAYERED COMPOSITES

The invention belongs to the technical field of continuous casting, and in particular relates to a high vacuum continuous casting forming equipment and process for precious metal laminated composite materials. The equipment comprises an outer metal melting and insulation device, a core metal melting and insulation device, a vacuum system, a composite crystallizer, an ingot introduction mechanism, a secondary cooling device and auxiliary equipment. The continuous casting process includes: equipment assembly and reliable connection; vacuum evacuation of furnace body; heating and melting of two kinds of metals; first, outer metal continuous casting is carried out, then the core metal enters the outer metal tube, solidifies under the action of compound crystallizer and secondary cooling device, and compounds with outer metal. When the continuous casting bar reaches a certain length, it can be sawed as needed. The advantages are: high vacuum continuous casting environment for precious metals is guaranteed, smelting and forming of internal and external metals, and bimetallic interface compounding are realized in the state of no oxidation and pollution, and the preparation process is short and efficient.

【技术实现步骤摘要】
一种贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备和工艺
本专利技术属于连铸
,特别是提供了一种适用于外层金属熔点高于芯部金属熔点的双金属,尤其是对熔炼、铸造条件要求高、易吸气、易氧化的双金属一次复合成形的贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备与工艺。技术背景金、银等贵金属导线由于具有优良的导电性能、焊接性能和稳定性,是电子信息行业必需的关键材料。随着电子信息产业的快速发展,人们对金属导线的要求越来越高,线径越来越细,导电率越来越高,强度、刚度越来越适宜,成本越来越低。传统的单金属导线难以满足这些要求,综合性能优异的复合导线逐渐被人关注。目前,适合复合材料的大规模工业生产方法有:机械复合法、塑性变形复合法、冶金复合法。由于机械复合法获得的界面为机械结合面,结合强度低;塑性变形复合法所得的界面易存在氧化、夹杂等,均不适合生产高性能的包覆材料(见:陈勇富等,轻合金加工技术,Vol.24,NO.11(1996),p.3)。冶金复合法包括反向凝固法、包覆层连铸法和一次连铸直接复合法等,前两种方法在铸造时需要对复合界面做预处理,或采取必要的防护措施,而一次连铸直接复合法不仅实现了界面的冶金结合,而且工艺流程短,效率高,是制备外层金属熔点高于内层金属熔点的复合材料最广泛使用的方法(见:谢建新等,一种包复材料水平连铸直接复合成形设备与工艺,CN200610112817.3)。但常规的一次连铸直接复合法局限性在于金属的熔化、保温、铸造都是在大气环境中,即使是金、银等化学性质稳定的金属,当对成品质量要求高时,也无法满足工艺要求。尤其是如何实现易氧化、易吸气贵重金属的高质量复合,是需要解决的技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备与工艺,该设备相对简单,提供了贵金属熔化和铸造需要的特殊铸造条件,能满足特定需要的双金属直接复合成形。该工艺简单、高效,适合规模化工业生产,成品质量高、成品率高,能高效制备性能优异的层状复合材料。为达到上述目的,本专利技术的具体方案是:一种贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备,所述贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备包括:-外层金属熔化与保温装置,用于熔化外层金属,并存储熔化后外层金属溶液;-芯部金属熔化与保温装置,用于熔化芯部金属,并存储熔化后芯部金属溶液;-真空或气体保护系统,用于使金属在熔炼、保温、连铸全过程处于真空环境中;复合模具,用于将外层金属材料预成形为管材,并将芯部金属材料导入预成形的外层金属管中;-结晶器,用于复合材料的初步冷却凝固成形;-引锭机构,用于将凝固成形后的复合材料从结晶器中拉出;-二次冷却装置,用于进一步冷却凝固成形后的复合线材;-测温装置,用于监控整个成型过程中的温度变化;-支撑平台,用于为所述结晶器和真空或气体保护系统提供工作平台;-辅助设备,用于控制拔出外层金属熔化与保温装置和芯部金属熔化与保温装置的棒塞,使金属溶液流出;-集成控制系统,集成控制系统,用于控制辅助设备、引锭机构、测温装置、测温装置、真空或气体保护系统、外层金属熔化与保温装置和芯部金属熔化与保温装置。进一步,所述外层金属熔化与保温装置包括第一感应加热线圈和第一坩埚;所述芯部金属熔化与保温装置包括第二感应加热线圈、第二坩埚和塞棒;所述真空或气体保护系统由包括真空炉腔、真空泵和真空管道;所述复合结晶器包括复合模具和结晶器;所述复合模具的中心位置设有外层金属成形通孔,所述外层金属成形通孔内部的中心位置设有芯部金属成形通管,所述芯部金属成形管的进液口设置在所述复合模具的一侧;所述测温装置包括第一热电偶、第二热电偶和第三热电偶;所述辅助设备包括塞棒提升机构和塞棒提升杆动密封部件;其中,所述第一感应加热线圈设置在所述第一坩埚外侧壁上,所述第二感应加热线圈设置在所述第二坩埚外侧壁上,所述第一坩埚和第二坩埚的底部均设有出流口,所述第二坩埚的出流口上设有棒塞,所述复合模具上端的外层金属成形通孔的进液口与所述第一坩埚有出流口连接,所述复合模具的芯部金属成形管的进液口通过导液管与所述第二坩埚的出流口连接,所述复合模具的下端与所述设置在所述支撑平台上的所述结晶器的石墨内衬的上端连接,所述结晶器的下端设有引锭杆动密封部件,所述二次冷却装置设置在所述引锭杆动密封部件的下端,所述引锭机构设置在所述二次冷却装置的下端;所述真空炉腔设置在所述支撑平台的上端,将整个支撑平台的上端罩住,所述真空泵通过真空管道与所述真空炉腔连通,所述塞棒提升机构设置在所述真空炉腔上,并通过塞棒提升杆动密封部件密封;所述第一热电偶设置在所述第一坩埚内,所述第二热电偶设置在所述第二坩埚内,所述第三热电偶设置在所述复合模具内;所述集成控制系统与所述第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶、塞棒提升机构,真空泵、二次冷却装置、引锭机构和加热电源控制连接,进一步,所述真空炉腔呈圆筒状,上部为半球形炉盖,侧边设有方形炉门。进一步,所述复合模具包括主体和芯部材料成形管;其中,所述主体呈圆形,所述芯部材料成形管呈L型;呈圆形所述主体的中心位置设有外部材料成型通孔,呈圆形所述主体的其中一端侧壁上设有芯部材料的进流孔,呈L型所述芯部材料成形管设置在所述外部材料成形通孔的中心位置,且呈L型所述芯部材料成形管一端与所述进流孔连通。进一步,所述引锭杆动密封部件包括底座、压紧法兰、上密封圈和下密封圈;所述底座的一端与所述结晶器的下端面密封连接,所述底座的中心位置设有引锭杆通孔,所述上密封圈和下密封圈设置在所述底座的引锭杆通孔的端部,通过所述压紧法兰压紧固定;所述上密封圈和下密封圈由橡胶或硅胶制成。进一步,所述第一坩埚、复合模具、结晶器、引锭机构的中心线在同一垂线上。本专利技术的另一目的是提供一种贵金属层状复合材料高真空连铸成形工艺,所述工艺具体包括以下步骤:步骤1:两种金属原料分别置于第一坩埚和第二坩埚中,安装好测温热电偶;安装牵引杆,使其沿垂直向下方向,同时将牵引杆与结晶器出口处采用引锭杆动密封部件密封,再将二次冷却喷头安装于结晶器出口下方;步骤2:将真空炉的炉门锁紧,启动真空泵对真空炉抽真空,使炉内真空度达到:1×10-2Pa以上;步骤3:启动第一坩埚和第二坩埚的加热电源,对坩埚内的金属进行熔化,达到设定的熔化温度后在一定的温度下保温20~30分钟,调整结晶器的冷却水流量至合适的值,通过集成控制系统设定连铸拉坯程序,启动牵引机构,进行包覆层金属管的连铸成形;当外层金属成形适当长度后,通过塞棒提升机构提起第二坩埚中的塞棒,使芯部金属熔体充入先凝固的包覆层金属管中,同时开启二次冷却装置,对连铸坯进行二次冷却;芯部的金属熔体在结晶器和二次冷却装置的作用下凝固成芯材,并与包覆层金属管复合在一起。进一步,所述步骤3中的保温的温度控制在对应金属熔点以上50~300℃。进一步,所述步骤3中牵引机构的引锭速度为1~500mm/min。进一步,所述结晶器的冷却水流量的范围在0.1~5m3/h;所述二次冷却装置的冷却强度由冷却水流量表示,范围在0.1~1m3/h。本专利技术的优点在于:(1)设备相对简单,实现了短流程、高效率制备;(2)保证了高真空连铸环境,内外金属的熔炼、成形、以及双金属界面复合,均在无氧化、无污染状态下实现。附图说明图1和图2为一种贵金属层状复合材本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备,所述贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备包括:引锭机构、二次冷却装置、支撑平台,其特征在于,所述贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备还包括:-外层金属熔化与保温装置,用于熔化外层金属,并存储熔化后外层金属溶液;-芯部金属熔化与保温装置,用于熔化芯部金属,并存储熔化后芯部金属溶液;-真空或气体保护系统,用于使金属在熔炼、保温、连铸全过程处于真空环境中;-复合模具,用于将外层金属材料预成形为管材,并将芯部金属材料导入预成形的外层金属管中;-结晶器,用于复合材料的初步冷却凝固成形;-测温装置,用于监控成型过程中的温度变化;-辅助设备,用于控制拔出外层金属熔化与保温装置和芯部金属熔化与保温装置的棒塞,使金属溶液流出;-集成控制系统,用于控制辅助设备、测温装置、真空或气体保护系统、外层金属熔化与保温装置和芯部金属熔化与保温装置。

【技术特征摘要】
1.一种贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备,所述贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备包括:引锭机构、二次冷却装置、支撑平台,其特征在于,所述贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备还包括:-外层金属熔化与保温装置,用于熔化外层金属,并存储熔化后外层金属溶液;-芯部金属熔化与保温装置,用于熔化芯部金属,并存储熔化后芯部金属溶液;-真空或气体保护系统,用于使金属在熔炼、保温、连铸全过程处于真空环境中;-复合模具,用于将外层金属材料预成形为管材,并将芯部金属材料导入预成形的外层金属管中;-结晶器,用于复合材料的初步冷却凝固成形;-测温装置,用于监控成型过程中的温度变化;-辅助设备,用于控制拔出外层金属熔化与保温装置和芯部金属熔化与保温装置的棒塞,使金属溶液流出;-集成控制系统,用于控制辅助设备、测温装置、真空或气体保护系统、外层金属熔化与保温装置和芯部金属熔化与保温装置。2.根据权利要求1所述的贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备,其特征在于,所述外层金属熔化与保温装置包括第一感应加热线圈和第一坩埚;所述芯部金属熔化与保温装置包括第二感应加热线圈、第二坩埚和塞棒;所述真空或气体保护系统由包括真空炉腔、真空泵和真空管道;所述复合结晶器包括复合模具和结晶器;所述复合模具的中心位置设有外层金属成形通孔,所述外层金属成形通孔内部的中心位置设有芯部金属成形通管,所述芯部金属成形管的进液口设置在所述复合模具的一侧;所述测温装置包括第一热电偶、第二热电偶和第三热电偶;所述辅助设备包括塞棒提升机构和塞棒提升杆动密封部件;其中,所述第一感应加热线圈设置在所述第一坩埚外侧壁上,所述第二感应加热线圈设置在所述第二坩埚外侧壁上,所述第一坩埚和第二坩埚的底部均设有出流口,所述第二坩埚的出流口上设有棒塞,所述复合模具上端的外层金属成形通孔的进液口与所述第一坩埚的出流口连接,所述复合模具的芯部金属成形管的进液口通过导液管与所述第二坩埚的出流口连接,所述复合模具的下端与所述设置在所述支撑平台上的所述结晶器的上端连接,所述结晶器的下端设有引锭杆动密封部件,所述二次冷却装置设置在所述引锭杆动密封部件的下端,所述引锭机构设置在所述二次冷却装置的下端;所述真空炉腔设置在所述支撑平台的上端,将整个支撑平台的上端罩住,所述真空泵通过真空管道与所述真空炉腔连通,所述塞棒提升机构设置在所述真空炉腔上,并通过塞棒提升杆动密封部件密封;所述第一热电偶设置在所述第一坩埚内,所述第二热电偶设置在所述第二坩埚内,所述第三热电偶设置在所述复合模具内;所述集成控制系统与所述第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶、塞棒提升机构,真空泵、二...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘新华谢建新施兵兵谢明
申请(专利权)人:北京科技大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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