固态钢材固液复合及轧制组合制备双金属复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种固态钢材固液复合及轧制组合制备双金属复合材料的方法；所述方法包括固液复合铸造制备双金属轧制坯料的步骤、轧制所述坯料制备双金属复合材料的步骤。本发明专利技术特征在于利用表面锌层保护后固液连接的工艺手段，解决了传统焊接方法连接钢和其它材料时容易出现的气孔、烧穿、中间化合物层过厚等一系列的问题，克服了钢材在高温下表面易形成氧化膜阻碍钢和其它材料之间冶金结合形成的难题，然后通过轧制方法成型，破碎固液复合过程中界面上形成的中间化合物，提高了双金属复合材料以及基体材料的力学性能和物理性能。本发明专利技术无需气体保护、复合技术简单、工艺条件宽泛易操作、工艺设备要求简单、界面结合强度高、导电和导热性能好。

Method for preparing bimetal composite material by solid liquid steel composite and rolling combination

The invention discloses a method for solid steel rolling and solid-liquid composite preparation of double metal composite material; the method comprises the solid-liquid composite casting preparation of double metal rolling process, the rolling billet billet preparation of bimetal composite steps. The invention is characterized in that the technology of zinc surface protection after solid-liquid connection, solve the pores, prone to connecting steel and other materials, the traditional welding methods to burn through the intermediate compound layer is too thick, and a series of problems, overcome the steel surface at a high temperature to form oxide film between the steel and other materials hinder the metallurgical combination the formation of the problem, and then through the rolling forming method, crushing intermediate compounds formed in the process of the solid-liquid interface compound, improved double metal composite materials and the mechanical properties of the matrix material and physical properties. The invention has the advantages of simple structure, easy operation, simple process and equipment requirements, high interfacial bonding strength, good conductivity and thermal conductivity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于双金属复合材料的制备领域，具体是一种固态钢材固液复合及轧制组合制备双金属复合材料的方法，即一种通过固液复合铸造后轧制组合工艺制备双金属复合材料的方法。
技术介绍
随着现代工业技术的发展，对材料综合性能的要求越来越高，在很多工况条件下，单一组元的金属材料已经很难满足要求。因此，研究和制备新型复合材料成了材料科学与工程领域的一个重要发展方向。双金属复合材料是通过各种复合技术使两种性能不同的金属复合在一起而制备的一种新型复合材料。与单一组元的金属材料相比，双金属复合材料可以综合利用两种金属材料各自的物理化学特性，获得单一组元金属不能同时具有的综合性能，可以较好地满足工业与科技的快速发展对于材料越来越高的要求。相比于单一金属材料，其优点具体表现在以下三个方面：(1)优良的综合性能；(2)良好的经济效益；(3)广泛的可设计性。钢材由于其优良的综合力学性能，被广泛应用于航空、机械、汽车、石油、建筑等行业，是应用最广泛的金属之一。经调研发现，钢材其他材料复合形成的双金属复合材料，如钢铝双金属复合材料、钢镁双金属复合材料等受到了越来越多的关注。不过在使用传统焊接方法制备双金属复合材料时，经常由于两种金属之间相差较大的物理和化学性质导致各种缺陷出现。如钢铝双金属材料，两种金属之间熔点相差接近1000℃，很难实现焊接，同时经常在焊接接头出现气孔、烧穿、中间化合物层过厚等一系列的问题。经对现有技术的检索发现，除焊接方法外钢铝间复合常见的方法按照材料状态的不同可以分为固液复合、固固复合及液液复合。对于固固连接方法，如挤压，生产效率较高，不过由于铝和钛在大气环境下都非常容易氧化，尤其是高温条件下，两种金属之间都会形成致密的氧化膜，氧化膜的存在会阻碍冶金结合的形成。而液液连接则经常受到设备的限制，对于材料的外形、尺寸都有非常严格的要求，这也在一定程度上限制了钢镁、钢铝等双金属材料的推广和应用。相比于固固复合及液液复合，固液复合技术工序简单、受外形条件约束小、工艺设备要求简单、生产效率较高，正受到越来越多的关注。不过固液复合同样存在一定的不足，经检索发现，Dezellus等人在《InternationalJournalofAdhesionandAdhesives》期刊2007,27:417-421上发表的Mechanicaltestingofsteel/aluminium–siliconinterfacesbypushout(钢与铝硅合金界面力学性能研究)提到，在液固复合过程中，浇注温度较高时容易在界面上生成较厚的中间化合物，影响钢铝双金属复合材料的结合强度和物理性能。可见，每一种方法都有其特有的优势，但又有一定的局限性。进一步对现有技术检索发现，研究人员开始通过两种复合方法组合在一起制备双金属复合材料以克服单一方法的不足。中国专利CN101364459A公布了一种铜包铝母线排的生产方法及设备。该技术利用挤压和热轧组合的方法制备铜铝双金属复合材料，不过由于是利用两种固固连接方法，而且为了避免氧化膜的影响，在热处理过程中引入了惰性气体保护，对于设备及制备条件要求较高。中国专利CN101465171A公布了一种包覆焊接及轧制连续制作铜包铝母线排的方法。该技术利用包覆焊接及轧制组合的方法制备了铜铝双金属复合材料，不过，同样的利用两种固固连接方法，而且为了避免氧化膜的影响，在热处理过程中引入了惰性气体保护，对于设备及制备条件要求较高。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种固态钢材固液复合铸造及轧制组合制备双金属复合材料的方法，解决现有复合技术连接钢材和其它材料时经常导致结合区域形成气孔、氧化夹渣、烧穿等一系列的问题，同时解决氧化膜和中间化合物的存在严重影响两种金属之间的相互作用以及双金属复合材料的性能较低等一系列的问题，使两种合金之间形成冶金结合，具有优良的力学性能。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供一种固态钢材固液复合及轧制组合制备双金属复合材料的方法，所述方法包括固液复合铸造制备双金属轧制坯料的步骤、轧制所述坯料制备双金属复合材料的步骤。优选地，固液复合铸造制备双金属轧制坯料的步骤具体包括：处理预置：对待连接固态铜预置材料进行表面处理，处理后预置在模具型腔内；铸造结合：将液态待浇注材料浇注入所述模具型腔内，铸造形成双金属轧制坯料。优选地，所述浇注材料包括熔点低于或等于固态钢材料的金属或合金；其中，所述金属或合金包括铝、镁、钢等。当浇注材料为钢时，因为钢材的种类非常多，虽然都为钢材，但是可以选择不同种类的钢材，同样可以综合不同钢材之间不同的性能优势从而得到具有优良性能的双金属复合材料。优选地，处理预置的步骤中，所述表面处理具体指镀锌保护层；优选地，所述锌保护层的实现方式包括电镀、化学镀、热浸镀、热喷涂、气相沉积等；所述锌保护层的厚度为0.1～50μm。锌层太薄在浇注前会气化，表面继而氧化，不能起到保护作用。过厚会造成锌层不能完全溶入到浇注材料中去，导致不能形成冶金结合。或者形成冶金结合界面处有锌聚集，锌的聚集会影响双金属复合材料的性能。优选地，铸造结合的步骤中，所述铸造的方法包括砂型铸造、金属型铸造、低压铸造、高压铸造、真空铸造、挤压铸造、离心铸造等。优选地，铸造结合的步骤中，所述浇注温度为450～1800℃；浇注温度低于450℃充型困难，同时很难熔化表面锌层，不能形成冶金结合。高于1800℃可能会造成预置钢材的严重熔化，失去作为高性能预置材料的意义；进一步优选地，所述浇注温度为650～1800℃；特别优选地，所述浇注温度为1600～1800℃。优选地，轧制所述坯料制备双金属复合材料的步骤中，所述轧制的方式为双层轧制或三层轧制；所述轧制为冷轧、温轧或热轧；所述轧制的温度为-100～浇注材料熔点以下100℃；所述轧制的压下率为10～75％，轧制的速度为0.01～10m/s。轧制温度低于-100℃时，成型性能很差，在轧制过程中会出现裂纹等缺陷。温度高于上限时有可能达到浇注材料甚至钢材的熔点，导致材料熔化，不能形成所需双金属材料。压下率低于10％时，基本没有变形效果，对于中间化合物的破损效果很弱，得到的材料界面上会存在较厚的中间化合物，影响性能。而低于0.01m/s，生产效率较低。进一步优选地，所述轧制的温度为-100～500℃。优选地，所述轧制所述坯料制备双金属复合材料的步骤还包括对所得双金属复合材料进行轧制后退火处理。优选的，所述退火处理的温度为100～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态钢材固液复合及轧制组合制备双金属复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括固液复合铸造制备双金属轧制坯料的步骤、轧制所述坯料制备双金属复合材料的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种固态钢材固液复合及轧制组合制备双金属复合材料的方法，其特征在于，所
述方法包括固液复合铸造制备双金属轧制坯料的步骤、轧制所述坯料制备双金属复合材
料的步骤。
2.根据权利要求1所述的固态钢材固液复合及轧制组合制备双金属复合材料的方
法，其特征在于，固液复合铸造制备双金属轧制坯料的步骤具体包括：
处理预置：对待连接固态铜预置材料进行表面处理，处理后预置在模具型腔内；
铸造结合：将液态待浇注材料浇注入所述模具型腔内，铸造形成双金属轧制坯料。
3.根据权利要求2所述的固态钢材固液复合及轧制组合制备双金属复合材料的方
法，其特征在于，所述浇注材料包括熔点低于或等于固态钢材料的金属或合金。
4.根据权利要求2所述的固态钢材固液复合及轧制组合制备双金属复合材料的方
法，其特征在于，处理预置的步骤中，所述表面处理具体指镀锌保护层。
5.根据权利要求2所述的固态钢材固液复合及轧制组合制备双金属复合材料的方
法，其特征在于，铸造结合的步骤中，所述铸造的方法包括砂型铸造、金属型铸造、低
压铸造、高压铸造、真空铸造、挤压铸造或离心铸造；所述浇注温度为450～1800℃。
6.根据权利要求1所述的固态钢材固液复合及轧制组合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王渠东，刘腾，刘国平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31