一种制造冶金结合双金属复合板工艺及设备制造技术

本发明专利技术公开了一种冶金结合双金属复合板制造工艺及设备，包括不同成分的芯部和不同成分的外覆层，其复合成型工艺包括采用感应加热器对所需成分外层材料管进行整体加热到600～1000℃，浇入内层金属液熔铸，制造成界面呈冶金结合的包覆型双金属复合坯料；将熔铸好的双金属坯料进行热轧成双金属复合板。所制造的双金属复合板的外层和芯部的冶金结合界面由熔铸形成，具有结合强度高，组织致密，质量好，产品性能优良，工艺简单，可控性强，成本低，效率高、能满足不同材质的成型性能等优点。可以节约稀缺资源，降低成本，适合批量生产，具有广阔的应用市场。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种制造冶金结合双金属复合板工艺及设备
本专利技术属于复合材料领域，具体涉及一种制造冶金结合双金属复合板工艺及设备。
技术介绍
金属复合板可根据基材和面材的品种不同，制备成各种材质的复合板。包括:钢/钢复合板，不锈钢一钢复合板、铜一钢复合板、铝一钢复合板、钛一钢复合板及铝/钛、纯银/银合金等贵金属复合板等，可以广泛应用于造船、宇航建筑、电子、化工、机械等领域。被广泛应用于航天航空、军工、原子能、国防和冶金、建材、船舶、石油、化工、电力系统、电子器件、机械、汽车、热能传导、制药、食品、信息、民用等许多领域中。目前金属复合板的生产方法可分为三类：固一固相、液一液相和液一固相复合法。工业生产主要采用铸造复合、爆炸复合和轧制复合工艺。其中，铸造复合工艺是将一种基体(固相)和另一种基体(液相)在铸模内进行组合，凝固后形成复合材料。在适当温度及压力下可获得高的复合强度，适于生产某些金属复合材料的坯料。目前双金属复合材料铸造成形工艺可分为3类：包覆铸造、双流铸造和离心铸造工艺。其他复合工艺还有铸造轧制法，逆向凝固法。目前尚在实验室研究阶段，无工业化生产产品上市。经文献检索已经公开的①中国专利技术专利申请号为200710011271.7专利技术名称为制造铜包铝排的生产方法，该生产方法步骤为清洗铜管内壁，并涂上一层保护层；在惰性气体保护下，将铜管加热，在其内浇铸熔融金属铝；将铜包铝坯经轧制、拉拔形成铜包铝排复合板带。此方法存在的缺点在于：其一，前处理工序复杂，单根生产铜包铝坯料，生产效率低，难以形成连续化生产，生产成本高；其二，保护性气体下浇铸工艺复杂，工作环境较差；其三，铜包铝坯未经长时间保温再冷却，双金属组元间相互扩散不充分，在一定程度上未形成良好的界面结合，降低了界面结合强度。②中国专利技术专利申请号为200810057668.4专利技术名称为一种高性能铜包铝矩形横断面复合导电母排及其制备工艺，该工艺采用水平连铸直接复合成形铜包铝复合坯料；将铜包铝坯经过轧制、拉拔、再轧制工艺最终制成铜包铝排。此工艺存在的缺点主要在于：对设备要求高，铜包铝排水平连铸设备结构复杂，制造成本较高，从而提高了铜包铝复合板带的制造难度和制造成本。中国专利技术专利申请号为00806525.x中，提供了一种钎焊用复合板，其将金属钎焊料粉末与有机物混合后涂覆在金属基材上，制成钎焊料板，用于铝制器件的受控气氛钎焊。但是，这种涂覆金属钎焊料粉末的复合针料板在有机物挥发后，钎料粉末有脱落的可能，无法保证钎料厚度和质量分布的一致性和均匀性，致使焊接器件局部有漏焊或熔穿的可能，需要对焊接部件的漏焊或熔穿局部进行补焊，从而增加了器件重量和器件的制造成本。就目前国内外双金属复合板研究成果来看，其所制备的复合板大都属于非冶金结合状态，使该材料表现出一些问题，如两种材料之间缺乏冶金结合，将会导致覆层过早的开裂，大大降低了材料的抗腐蚀性；材料的质量控制，如覆层厚度的不均匀，内部可能出现腐蚀，使材料长期的力学行为不明确。上述问题在短期和长期内可能造成严重后果。在追求资源最小消耗，效益最大获取的今天，由于复合板所具有的优良性能和良好的节能结材效果越来越受到人们青睐，为了满足市场需求，提高生产效率，保证产品质量，降低生产成本，提高投入产出合格率，就必须在工艺技术上有所突破，找到一种能使生产效益最大化的方法。因此研究开发新型双金属复合板制造工艺是实现高性能金属复合材料高质量、低成本、高效率生产的关键。对于降低工程成本，提高工程工程质量、延长工程结构的使用寿命具有重要意义。具有广阔的市场发展前景。
技术实现思路
针对上述现有双金属复合板技术存在的问题，本专利技术提供了一种制造冶金结合双金属复合板工艺及设备，提供一种流程短、方法简便、设备投资小、生产效率高、成本低、性能好的且非常适合工业化大批量生产双金属复合板的工艺方法及设备。为了解决现有技术存在的问题，本专利技术采用的技术方案，包括以下步骤：（a）双金属复合坯料熔铸；（b）复合板成型；（C）后处理：（a）双金属复合坯料熔铸：解决其技术问题采用的工艺技术方案是:首先将制造好的所需材质和尺寸的外层复合材料管（6）内壁表面进行除油、除锈处理后，采用丙酮进行清洗，然后在清洗好的表面均匀涂覆一层高温防氧化涂料，将其固定在浇注底板（13）上面的金属液出口处的中心位置上，在外层复合材料管（6）的外部包覆一层耐火材料纤维（8），或者安装有传导加热套（19），启动升降设备上的传动系统（1）转动升降螺杆（3）或液压缸（3）带动安装在升降立柱（2）上的升降臂（4）以所设定的速度将安装在升降臂（4）上面的电磁感应加热器（5）下降到外层复合材料管（6）的底部，启动电磁感应加热电源，使感应加热器（5）直接对外层复合材料管（6）进行整体加热，或者感应加热器（5）通过安装在外层复合材料管（6）外部的传导加热套（19）对外层复合材料管（6）进行整体加热，通过安装在外层复合材料管（6）上面的测温热电偶（15）进行测温和控制加热温度，待加热到600℃～1000℃后，将冶炼好的所需复合成分的内层复合材料金属液（7）倒入浇注包（9）内，将浇注包（9）内的金属液按照所预定的浇注程序通过浇注漏斗（10）、中注管（11）、浇铸流道砖（12）内的浇注流道（14）浇入外层复合材料管（6）内，在浇注过程中，电磁感应加热器（5）不停止加热，金属液（7）浇注完毕后，感应加热器继续进行加热10～30分钟，使所浇注的金属液在一定的时间内保持液态，以增加液固时间，使界面形成冶金结合，当金属液（7）浇注到冒口处时采取点注方式浇注以对冒口进行补缩，浇注完毕后，将保温剂加入到保温冒口内；当采用顶部直接浇注时，将浇注包（9）和浇注管（27）一起移到外层复合材料管（6）内孔上方，将浇注包（9）对准复合材料管（6）内孔中心，开始从浇注管（27）浇入内层复合材料金属液（7），金属液（7）浇注到复合材料管（6）内的型腔后，根据浇注速度逐步将浇注包（9）和浇注管（27）一起向上提升，当金属液（7）浇注到冒口处时采取点注方式浇注以对冒口进行补缩，浇注完毕后，将保温剂加入到保温冒口内；启动升降装置，通过升降臂（5）以所设定的速度将安装在升降臂（4）上面的电磁感应加热器（5）以一定的速度向上提升，使电磁感应加热器（5）逐步脱离复合层，同时打开底水箱（17）的进水管（16）和出水管（18），使在底水箱（17）由下向上的逐层冷却下，形成逐层顺序凝固，并根据质量要求通过控制电磁感应加热器（5）在不同的区域内的上升速度，实现区域定向凝固，经过5～25分钟升到保温冒口处停止，继续对保温冒口处进行加热10～50分钟，以延迟保温冒口凝固时间，对冒口进行补缩，使复合层金属液中的气体和夹杂物充分上浮，消除复合层金属铸造缺陷，达到预定时间后停止加热，拆除包覆在外层复合材料管（6）外面的耐火材料纤维（8）或者安装在外层复合材料管（6）外部的传导加热套（19），关闭底水箱进水管，松开外层复合材料管（6）的固定装置，将铸造好的界面呈冶金结合的由外层复合材料（6）和内层材料（7）和中间为双金属复合界面混合层（29）的双金属复合材料从浇注底板（13）上面吊出；当采用燃气加热时，打开燃气供气管（24）的阀门，点燃燃气喷嘴（23），调整燃气量大小，通过高温燃气对外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造冶金结合双金属复合板工艺，其特征在于：工艺技术方案包括以下步骤：（a）双金属复合坯料熔铸；（b）复合板成型；（C）后处理：（a）双金属复合坯料熔铸：解决其技术问题采用的工艺技术方案是:首先将制造好的所需材质和尺寸的外层复合材料管（6）内壁表面进行除油、除锈处理后，采用丙酮进行清洗，然后在清洗好的表面均匀涂覆一层高温防氧化涂料，将其固定在浇注底板（13）上面的金属液出口处的中心位置上，在外层复合材料管（6）的外部包覆一层耐火材料纤维（8），或者安装有传导加热套（19），启动升降设备上的传动系统（1）转动升降螺杆（3）或液压缸（3）带动安装在升降立柱（2）上的升降臂（4）以所设定的速度将安装在升降臂（4）上面的电磁感应加热器（5）下降到外层复合材料管（6）的底部，启动电磁感应加热电源，使感应加热器（6）直接对外层复合材料管（6）进行整体加热，或者感应加热器（5）通过安装在外层复合材料管（6）外部的传导加热套（19）对外层复合材料管（6）进行整体加热，通过安装在外层复合材料管（6）上面的测温热电偶（15）进行测温和控制加热温度，待加热到600℃～1000℃后，将冶炼好的所需复合成分的内层复合材料金属液（7）倒入浇注包（9）内，将浇注包（9）内的金属液按照所预定的浇注程序通过浇注漏斗（10）、中注管（11）、浇铸流道砖（12）内的浇注流道（14）浇入外层复合材料管（6）内，在浇注过程中，电磁感应加热器（5）不停止加热，金属液（7）浇注完毕后，感应加热器继续进行加热10～30分钟，使所浇注的金属液在一定的时间内保持液态，以增加液固时间，使界面形成冶金结合，当金属液（7）浇注到冒口处时采取点注方式浇注以对冒口进行补缩，浇注完毕后，将保温剂加入到保温冒口内；当采用顶部直接浇注时，将浇注包（9）和浇注管（27）一起移到外层复合材料管（6）内孔上方，将浇注包（9）对准复合材料管（6）内孔中心，开始从浇注管（27）浇入内层复合材料金属液（7），金属液（7）浇注到复合材料管（6）内的型腔后，根据浇注速度逐步将浇注包（9）和浇注管（27）一起向上提升，当金属液（7）浇注到冒口处时采取点注方式浇注以对冒口进行补缩，浇注完毕后，将保温剂加入到保温冒口内；启动升降装置，通过升降臂（5）以所设定的速度将安装在升降臂（4）上面的电磁感应加热器（5）以一定的速度向上提升，使电磁感应加热器（5）逐步脱离复合层，同时打开底水箱（17）的进水管（16）和出水管（18），使在底水箱（17）由下向上的逐层冷却下，形成逐层顺序凝固，并根据质量要求通过控制电磁感应加热器（5）在不同的区域内的上升速度，实现区域定向凝固，经过5～25分钟升到保温冒口处停止，继续对保温冒口处进行加热10～50分钟，以延迟保温冒口凝固时间，对冒口进行补缩，使复合层金属液中的气体和夹杂物充分上浮，消除复合层金属铸造缺陷，达到预定时间后停止加热，拆除包覆在外层复合材料管（6）外面的耐火材料纤维（8）或者安装在外层复合材料管（6）外部的传导加热套（19），关闭底水箱进水管，松开外层复合材料管（6）的固定装置，将铸造好的界面呈冶金结合的由外层复合材料（6）和内层材料（7）和中间为双金属复合界面混合层（29）的双金属复合材料从浇注底板（13）上面吊出；当采用燃气加热时，打开燃气供气管（24）的阀门，点燃燃气喷嘴（23），调整燃气量大小，通过高温燃气对外层复合材料管（6）进行加热，当浇注完毕后，打开底水箱（17）的进水管（16）和出水管（18），通过底水箱（17）产生由下向上的逐层冷却，同时将燃气喷嘴（23）由下向上逐层停止加热，使内层材料（7）形成由下向上逐层顺序凝固，并根据质量要求通过控制燃气喷嘴（23）在不同的区域内的加热时间和加热量的大小，实现区域定向凝固；所述的双金属复合材料的外层材料（6）的材质为不锈钢、模具钢、工具钢、高速钢、合金钢、低碳钢、铸钢、铸铁、合金铸铁、高铬铸铁、钛、铜、铜合金、铝、铝合金、镁、镁合金、镍基合金、纯银、银合金其中之一种；所述的内层复合材料（7）的材质为不锈钢、模具钢、合金钢、低碳钢、铸钢、铸铁、合金铸铁、高铬铸铁、钛、铜、铜合金、铝、铝合金、镁、镁合金、镍基合金、纯银、银合金其中之一种；（b）复合板成型：将熔铸好的所述双金属复合坯料放入加热炉中加热到320～1280℃，保温30～60 分钟；将加热后的所述双金属复合坯料放在轧机上，采用现有的轧制工艺轧制，根据所需产品尺寸调整轧制道次及压下量，逐道次减径，并通过现有的轧制工艺参数保证所轧制复合板产品的尺寸和外形，获得所需尺寸的双金属复合板产品；所述双金属坯料的加热方式为燃气加热、电加热、电磁感应加热、等离子加热其中之一种；（C）后处理：将轧制后的双金属复合板进行退火、平整矫直、酸洗、切边定尺、超声波探伤；可根据需要将...

【技术特征摘要】
1.一种制造冶金结合双金属复合板工艺，其特征在于：工艺技术方案包括以下步骤：（a）双金属复合坯料熔铸；（b）复合板成型；（C）后处理：（a）双金属复合坯料熔铸：解决其技术问题采用的工艺技术方案是:首先将制造好的所需材质和尺寸的外层复合材料管（6）内壁表面进行除油、除锈处理后，采用丙酮进行清洗，然后在清洗好的表面均匀涂覆一层高温防氧化涂料，将其固定在浇注底板（13）上面的金属液出口处的中心位置上，在外层复合材料管（6）的外部包覆一层耐火材料纤维（8），或者安装有传导加热套（19），启动升降设备上的传动系统（1）转动升降螺杆（3）或液压缸（3）带动安装在升降立柱（2）上的升降臂（4）以所设定的速度将安装在升降臂（4）上面的电磁感应加热器（5）下降到外层复合材料管（6）的底部，启动电磁感应加热电源，使感应加热器（6）直接对外层复合材料管（6）进行整体加热，或者感应加热器（5）通过安装在外层复合材料管（6）外部的传导加热套（19）对外层复合材料管（6）进行整体加热，通过安装在外层复合材料管（6）上面的测温热电偶（15）进行测温和控制加热温度，待加热到600℃～1000℃后，将冶炼好的所需复合成分的内层复合材料金属液（7）倒入浇注包（9）内，将浇注包（9）内的金属液按照所预定的浇注程序通过浇注漏斗（10）、中注管（11）、浇铸流道砖（12）内的浇注流道（14）浇入外层复合材料管（6）内，在浇注过程中，电磁感应加热器（5）不停止加热，金属液（7）浇注完毕后，感应加热器继续进行加热10～30分钟，使所浇注的金属液在一定的时间内保持液态，以增加液固时间，使界面形成冶金结合，当金属液（7）浇注到冒口处时采取点注方式浇注以对冒口进行补缩，浇注完毕后，将保温剂加入到保温冒口内；当采用顶部直接浇注时，将浇注包（9）和浇注管（27）一起移到外层复合材料管（6）内孔上方，将浇注包（9）对准复合材料管（6）内孔中心，开始从浇注管（27）浇入内层复合材料金属液（7），金属液（7）浇注到复合材料管（6）内的型腔后，根据浇注速度逐步将浇注包（9）和浇注管（27）一起向上提升，当金属液（7）浇注到冒口处时采取点注方式浇注以对冒口进行补缩，浇注完毕后，将保温剂加入到保温冒口内；启动升降装置，通过升降臂（5）以所设定的速度将安装在升降臂（4）上面的电磁感应加热器（5）以一定的速度向上提升，使电磁感应加热器（5）逐步脱离复合层，同时打开底水箱（17）的进水管（16）和出水管（18），使在底水箱（17）由下向上的逐层冷却下，形成逐层顺序凝固，并根据质量要求通过控制电磁感应加热器（5）在不同的区域内的上升速度，实现区域定向凝固，经过5～25分钟升到保温冒口处停止，继续对保温冒口处进行加热10～50分钟，以延迟保温冒口凝固时间，对冒口进行补缩，使复合层金属液中的气体和夹杂物充分上浮，消除复合层金属铸造缺陷，达到预定时间后停止加热，拆除包覆在外层复合材料管（6）外面的耐火材料纤维（8）或者安装在外层复合材料管（6）外部的传导加热套（19），关闭底水箱进水管，松开外层复合材料管（6）的固定装置，将铸造好的界面呈冶金结合的由外层复合材料（6）和内层材料（7）和中间为双金属复合界面混合层（29）的双金属复合材料从浇注底板（13）上面吊出；当采用燃气加热时，打开燃气供气管（24）的阀门，点燃燃气喷嘴（23），调整燃气量大小，通过高温燃气对外层复合材料管（6）进行加热，当浇注完毕后，打开底水箱（17）的进水管（16）和出水管（18），通过底水箱（17）产生由下向上的逐层冷却，同时将燃气喷嘴（23）由下向上逐层停止加热，使内层材料（7）形成由下向上逐层顺序凝固，并根据质量要求通过控制燃气喷嘴（23）在不同的区域内的加热时间和加热量的大小，实现区域定向凝固；所述的双金属复合材料的外层材料（6）的材质为不锈钢、模具钢、工具钢、高速钢、合金钢、低碳钢、铸钢、铸铁、合金铸铁、高铬铸铁、钛、铜、铜合金、铝、铝合金、镁、镁合金、镍基合金、纯银、银合金其中之一种；所述的内层复合材料（7）的材质为不锈钢、模...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁家伟，丁刚，耿德英，鹿薇薇，鹿策，施孟达，陈志和，朱坚，
申请(专利权)人：丹阳恒庆复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32