一种在线熔融碳纤维增强铝镁复合板铸轧成型设备及方法技术

本发明专利技术属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种在线熔融碳纤维增强铝镁复合板铸轧成型设备及方法，目的是解决现有连续纤维增强铝镁复合板工艺复杂、熔融金属易氧化、界面粘接强度小、复合板质量差等技术问题。包括：轧机系统、在线加热系统、气体保护系统、皮板、芯板、增强碳纤维布，本发明专利技术具有铸轧工艺制备纤维材料增强金属基复合板的短流程、界面结合强度高的优点，利用在线熔融代替传统铸轧工艺中的熔炼浇注环节，避免了金属液转运导致的氧化，具有结构紧凑、工艺稳定、温度易控制、复合板尺寸精度高的优点。

A Rolling and Casting Equipment and Method for On-line Fused Carbon Fiber Reinforced Al-Mg Composite Plate

The invention belongs to the technical field of metal matrix composites, and specifically relates to an on-line melt carbon fiber reinforced aluminium-magnesium composite plate casting and rolling forming equipment and method, aiming at solving the technical problems of complex process, easy oxidation of molten metal, low interfacial bonding strength and poor quality of the existing continuous fiber reinforced aluminium-magnesium composite plate. Including: rolling mill system, on-line heating system, gas protection system, skin plate, core plate and reinforced carbon fiber cloth, the invention has the advantages of short process and high interfacial bonding strength of preparing fiber reinforced metal matrix composite plate by casting-rolling process. It uses on-line melting instead of melting and pouring link in traditional casting-rolling process, avoids oxidation caused by liquid metal transfer, and has tight structure. The advantages of compact, stable process, easy temperature control and high dimensional accuracy of composite plate are introduced.

【技术实现步骤摘要】
一种在线熔融碳纤维增强铝镁复合板铸轧成型设备及方法
本专利技术属于金属基复合材料
，具体涉及一种在线熔融碳纤维增强铝镁复合板铸轧成型设备及方法。
技术介绍
镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、电磁屏蔽性好、阻尼减震性好和易于机械加工等优点。近年来，随着航空航天、交通工具、军事武器、电子信息等行业对轻量化需求的不断提升，镁合金板材由于其显著的减重特性而具有巨大的应用前景。然而，镁合金固有的特性限制了其广泛应用，首先，镁合金板材的拉伸强度和弯曲强度较低，不能满足大型覆盖件的力学性能要求；其次，镁合金耐蚀性能较差，使用时需对镁合金表面进行防腐蚀处理，如改变合金成分、阳极氧化、表面涂层或化学转化处理，大大增加了镁合金制品的加工成本，制约了其应用。金属基复合材料自问世以来就以其优异的性能受到广泛的关注，其中又以纤维增强金属基复合材料的研究开发和应用最早,力学性能最好。连续纤维增强金属基复合材料是一种以连续纤维（如碳纤维、玻璃纤维等）作为增强相，轻金属（如铝、镁、钛等）为基体相制备而成的复合材料，它具有轻质，比强度、比模量高，抗疲劳，抗老化等优良的综合性能。通过复合碳纤维等高强连续纤维，可以显著提高镁合金板的强度，尤其在表层复合高强度碳纤维布可大幅度提高镁合金板的弯曲强度。铝镁复合板是通过特定连接方法将铝板和镁板复合为一体，制备成金属复合板带，充分利用镁合金的轻质优点和铝合金的耐腐蚀优点，解决镁合金在空气中容易氧化腐蚀的问题，满足对其高强度、耐腐蚀等要求。目前，常采用铸轧的工艺制备连续碳纤维增强金属基复合材料及多金属复合板，即向两个轧辊中间浇注熔融金属液，同时在一侧轧辊或两侧轧辊喂进皮材，利用轧辊的冷却和轧制塑性变形制备复合板，如：中国专利技术专利“一种三层金属复合板的钎焊法连续铸轧复合成形装置”（申请号201110438621.4）、中国专利技术专利“一种液态铝基板带与单一金属或合金板带冶金结合的复合铸轧设备”（申请号201310501990.2）、中国专利技术专利“一种三层金属复合板的钎焊法铸轧复合成形装置”（申请号201110438617.8）等。这些技术所涉及金属复合板制备工艺可以制备出铝镁复合板，但存在工艺不稳定，熔融金属易氧化，界面粘接强度小，生产效率低，复合板质量差等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种在线熔融碳纤维增强铝镁复合板铸轧成型设备及方法，解决现有技术制备连续纤维增强铝镁复合板工艺不稳定、设备复杂、生产效率低、复合板质量差的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种在线熔融碳纤维增强铝镁复合板铸轧成型设备，包括：轧机、轧辊套筒、在线加热系统、气体保护系统、原料架、皮板、芯板、碳纤维布，其特征在于，皮板绕在轧辊套筒上，皮板原料辊位于轧机出板一侧，目的是增加皮板与轧辊套筒的接触长度，利用轧辊套筒对皮板预热；所述在线加热系统设置有加热线圈、温控系统、接触式测温计，加热系统利用加热线圈分别独立对上下皮板和芯板进行加热，并独立控制温度，使进入辊缝的皮板和芯板分别控制在目标温度范围内；皮板加热线圈套在轧辊套筒和皮板上，对轧辊套筒和皮板同时加热，皮板测温计与皮板接触，位于皮板加热线圈和轧辊辊缝之间；所述芯板置于轧机料台上，穿过外层密封机罩和铸轧区密封板进入轧辊辊缝，芯板上套有芯板加热线圈，在芯板加热线圈和轧辊辊缝之间有与芯板接触的芯板测温计；所述气体保护系统包括外层密封机罩、铸轧区密封板和吹气管，铸轧区密封板和上下两个轧辊辊套构成铸轧密闭腔，由吹气管向铸轧密闭腔内吹入惰性气体对高温碳纤维进行保护，避免其氧化损伤；所述碳纤维布位于皮板和芯板之间，通过与高温皮板的接触，对碳纤维布进行预热。进一步，所述皮板为铝合金，芯板为镁合金。本专利技术还提供了一种在线熔融碳纤维增强铝镁复合板铸轧成型方法，包括以下步骤：①将皮板原料辊和碳纤维布辊分别置于轧机原料架上，将芯板置于轧机料台上，按照由表及里为皮板、碳纤维布和芯板的叠层次序一起穿过轧机辊缝；②按工艺要求调整好辊缝间隙，即调整好上下两个轧辊辊套之间的缝隙尺寸；③将芯板测温计安装在芯板加热线圈和辊缝之间，使其与芯板接触测量芯板的实时温度，并将数据反馈给芯板温控系统，以调整芯板加热线圈的功率，使芯板温度达到目标温度；同理，安装皮板温度计，以控制皮板温度。设置轧辊套筒，并与皮板一起加热的目的是，皮板厚度较薄，在加热过程中很难控制其温度，且与轧辊接触过程中皮板温度骤然下降导致难以与芯板复合，设置与皮板一起加热的轧辊套筒后可降低皮板温度波动，提高复合板结合面强度；④安装铸轧区密封板，使其和上下两个轧辊辊套构成铸轧密闭腔，由吹气管向铸轧密闭腔内吹入惰性气体形成保护气氛；密闭外层机罩，构成双层气体保护，提高气体保护效果；⑤依次分别设定皮板和芯板的温控系统的目标加热温度范围，设定轧机辊速，设定保护气体流量；⑥依次开启吹气系统、轧机、加热系统，开始碳纤维布增强铝镁复合板的铸轧。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：本专利技术采用在线熔融短流程铸轧制备碳纤维增强铝镁复合板，具有铸轧工艺制备纤维材料增强金属基复合板的短流程、界面结合强度高的优点，利用在线熔融代替传统铸轧工艺中的熔炼浇注环节，避免了金属液转运导致的氧化，具有结构紧凑、工艺稳定、温度易控制、复合板尺寸精度高的优点，解决了现有技术制备连续纤维增强铝镁复合板工艺不稳定、设备复杂、生产效率低、复合板质量差的技术问题。附图说明图1为本专利技术在线熔融碳纤维增强铝镁复合板铸轧成型设备的结构示意图（剖面图）。具体实施方式体现本专利技术特征与优点的典型实施例，将结合附图在以下的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的保护范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本专利技术。如图1所示，一种在线熔融碳纤维增强铝镁复合板铸轧成型设备，包括：轧机1、轧辊套筒2、在线加热系统、气体保护系统、原料架、皮板3、芯板4、碳纤维布5，其特征在于，皮板3绕在轧辊套筒2上，皮板原料辊6位于轧机出板一侧，目的是增加皮板3与轧辊套筒2的接触长度，利用轧辊套筒2对皮板3预热；所述在线加热系统设置有涡流加热线圈、温控系统、接触式测温计，加热系统分别独立对上下皮板3和芯板4进行加热，并独立控制温度，使进入辊缝的皮板3的温度控制在580℃～600℃范围内，使芯板4的温度控制在600℃～630℃范围内；皮板加热线圈7套在轧辊套筒2和皮板3上，对轧辊套筒2和皮板3同时加热，皮板测温计8与皮板3接触，位于皮板加热线圈7和轧辊辊缝之间；所述芯板4置于轧机料台9上，穿过外层密封机罩10和铸轧区密封板11进入轧辊辊缝，芯板4上套有芯板加热线圈12，在芯板加热线圈12和轧辊辊缝之间有与芯板4接触的芯板测温计13；所述气体保护系统包括外层密封机罩10、铸轧区密封板11和吹气管14，铸轧区密封板11和上下两个轧辊辊套2构成铸轧密闭腔，由吹气管14向铸轧密闭腔内吹入氮气对高温碳纤维5进行保护，避免其氧化损伤；所述碳纤维布5位于皮板3和芯板4之间，通过与高温皮板3的接触，对碳纤维布5进行预热；所述原料架设置于轧机机架上，用于放置上下两个皮板原料辊6和两个碳纤维布辊15；所述皮板3为ZL301铝合金，厚0.2mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在线熔融碳纤维增强铝镁复合板铸轧成型设备，包括：轧机（1）、轧辊套筒（2）、在线加热系统、气体保护系统、原料架、皮板（3）、芯板（4）、碳纤维布（5），其特征在于：皮板（3）绕在轧辊套筒（2）上，皮板原料辊（6）位于轧机出板一侧，目的是增加皮板（3）与轧辊套筒（2）的接触长度，利用轧辊套筒（2）对皮板（3）预热；所述在线加热系统设置有加热线圈、温控系统、接触式测温计，加热系统分别独立对上下皮板（3）和芯板（4）进行加热，并独立控制温度，使进入辊缝的皮板（3）和芯板（4）分别控制在目标温度范围内；皮板加热线圈（7）套在轧辊套筒（2）和皮板（3）上，对轧辊套筒（2）和皮板（3）同时加热，皮板测温计（8）与皮板（3）接触，位于皮板加热线圈（7）和轧辊辊缝之间；所述芯板（4）置于轧机料台（9）上，穿过外层密封机罩（10）和铸轧区密封板（11）进入轧辊辊缝，芯板（4）上套有芯板加热线圈（12），在芯板加热线圈（12）和轧辊辊缝之间有与芯板（4）接触的芯板测温计（13）；所述气体保护系统包括外层密封机罩（10）、铸轧区密封板（11）和吹气管（14），铸轧区密封板（11）和上下两个轧辊辊套（2）构成铸轧密闭腔，由吹气管（14）向铸轧密闭腔内吹入惰性气体对高温碳纤维（5）进行保护，避免其氧化损伤；所述碳纤维布（5）位于皮板（3）和芯板（4）之间，通过与高温皮板（3）的接触，对碳纤维布（5）进行预热；所述原料架设置于轧机机架上，用于放置上下两个皮板原料辊（6）和两个碳纤维布辊（15）。...

【技术特征摘要】
1.一种在线熔融碳纤维增强铝镁复合板铸轧成型设备，包括：轧机（1）、轧辊套筒（2）、在线加热系统、气体保护系统、原料架、皮板（3）、芯板（4）、碳纤维布（5），其特征在于：皮板（3）绕在轧辊套筒（2）上，皮板原料辊（6）位于轧机出板一侧，目的是增加皮板（3）与轧辊套筒（2）的接触长度，利用轧辊套筒（2）对皮板（3）预热；所述在线加热系统设置有加热线圈、温控系统、接触式测温计，加热系统分别独立对上下皮板（3）和芯板（4）进行加热，并独立控制温度，使进入辊缝的皮板（3）和芯板（4）分别控制在目标温度范围内；皮板加热线圈（7）套在轧辊套筒（2）和皮板（3）上，对轧辊套筒（2）和皮板（3）同时加热，皮板测温计（8）与皮板（3）接触，位于皮板加热线圈（7）和轧辊辊缝之间；所述芯板（4）置于轧机料台（9）上，穿过外层密封机罩（10）和铸轧区密封板（11）进入轧辊辊缝，芯板（4）上套有芯板加热线圈（12），在芯板加热线圈（12）和轧辊辊缝之间有与芯板（4）接触的芯板测温计（13）；所述气体保护系统包括外层密封机罩（10）、铸轧区密封板（11）和吹气管（14），铸轧区密封板（11）和上下两个轧辊辊套（2）构成铸轧密闭腔，由吹气管（14）向铸轧密闭腔内吹入惰性气体对高温碳纤维（5）进行保护，避免其氧化损伤；所述碳纤维布（5）位于皮板（3）和芯板（4）之间，通过与高温皮板（3）的接触，对碳纤维布（5）进行预热；所述原料架设置于轧机机架上，用于放置上下两个皮板原料辊（6）和两个碳纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：林金保，刘二强，常超，王婷婷，许鹏，吴一菲，巩毅，武东旭，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西,14