一种双金属复合方法技术

本发明专利技术公开了一种双金属复合方法，属于双金属复合铸造技术领域，本发明专利技术要解决的技术问题为双金属铸造复合过程中界面结合强度低、凝固时间控制难以及铸造界面缺陷多，技术方案为：该方法具体步骤如下：S1、将待复合固体金属表面进行表面处理；S2、将待复合固体金属安放于模具内，并将待复合固体固定在超声波振动工具头上，对待复合固体金属施加超声波振动；S3、开启超声波振动装置，使超声波振动工具头连同待复合固体金属产生超声波振动；S4、将待复合的另一种金属熔化至液相线以上10

【技术实现步骤摘要】
一种双金属复合方法


[0001]本专利技术涉及双金属复合铸造
，具体地说是一种双金属复合方法。

技术介绍

[0002]随着现代工业的快速发展，各种零部件对金属材料的综合性能要求越来越高，单一金属材料已经逐渐不能满足复杂零件中不同部分的性能要求，例如：轧辊的内外表面、电机转子不同部位、发动机缸体的缸内外壁对材料均有不同材质的要求。为解决这些需求，双金属材料在工业制造领域中得到广泛应用，双金属复合材料是采用一定的复合工艺将两种物理、化学、力学性能不同金属材料在界面上实现牢固的冶金结合而制备的一种新型复合材料,主要采用的复合工艺有双金属复合铸造、异种金属焊接、铆接等。其中双金属复合铸造的方法有固/液复合、扩散连接、冷轧、挤压、爆炸焊、搅拌摩擦焊等。双金属固/液复合铸造法是一种简单有效的复合方法，具有良好的经济效益、可优化材料表面性质及广泛的可设计性等一系列优点。双金属材料的固/液复合铸造法制备通常是，首先将一种金属熔化，然后浇铸于放有待复合的另一种固体金属的模具内，高温的熔体与待复合的另一种固体金属在高温下相互作用，产生界面处的冶金结合，最后凝固产生双金属材料。固/液复合的界面结合主要有熔合结合和扩散结合两种形式。通过固/液复合所形成的复合界面，易出现裂纹、夹杂、孔隙等缺陷，界面的结合强度深受到熔体温度、预热保温时间、压力、表面预处理情况等工艺参数的影响。在固/液复合过程中，通常存在金属基体表面往往因为高温导致氧化，氧化膜阻碍了双金属复合界面的形成，无法实现界面完全的冶金结合的问题，为此大多双金属复合都要在复合前对待复合固体金属进行表面酸洗、碱洗、电镀、化学镀等去除氧化膜的预处理工序；液体金属凝固速度如果过慢，虽会促进冶金结合，但是会导致晶粒粗大；液体金属凝固速度过快，又会导致金属元素扩散程度低，造成界面结合强度较低，不能满足越来越高性能需求。
[0003]综上所述，现有固/液双金属复合铸造技术存在的问题主要有：
[0004](1)、界面结合强度低：浇铸时因为金属基体表面的氧化膜，造成固/液双金属界面无法实现全部的冶金结合；
[0005](2)、凝固时间控制难：为避免液体金属凝固速度过慢或者过快，需要控制金属的凝固时间，但实际过程中凝固速度很难控制，降低了双金属界面结合性能；
[0006](3)、铸造界面缺陷多：铸造过程中易出现气体排出困难的现象，造成裂纹、夹杂、孔隙等缺陷。

技术实现思路

[0007]本专利技术的技术任务是提供一种双金属复合方法，来解决双金属铸造复合过程中界面结合强度低、凝固时间控制难以及铸造界面缺陷多的问题。
[0008]本专利技术的技术任务是按以下方式实现的，一种双金属复合方法，该方法具体步骤如下：
[0009]S1、将待复合固体金属表面进行表面处理；
[0010]S2、将待复合固体金属安放于模具内，并将待复合固体固定在超声波振动工具头上，对待复合固体金属施加超声波振动；
[0011]S3、开启超声波振动装置，使超声波振动工具头连同待复合固体金属产生超声波振动；
[0012]S4、将待复合的另一种金属熔化至液相线以上10
‑
100℃，再浇筑到步骤S2的模具中，熔融的金属溶体在超声波振动的作用下与固定金属复合；
[0013]S5、金属溶体凝固后，关闭超声波振动装置，冷却到室温，获得双金属复合材料。
[0014]作为优选，所述步骤S1中的表面处理包括采用砂纸打磨金属表面、以盐酸溶液和氢氧化钠容易依次清洗金属表面氧化膜以及采用蒸馏水清洗金属表面并干燥。
[0015]作为优选，所述待复合固体金属采用机械固定的方式固定在超声变幅杆上，且待复合固体金属垂直悬空放置于模具中，使待复合固体金属材料的振动方向垂直于双金属的复合面；
[0016]其中，振动方向指的是待复合金属材料的振动方向。
[0017]更优地，机械固定方式包括螺栓连接、焊接连接及粘合剂连接。
[0018]作为优选，待复合固体金属为板材或棒材的规则形状时，以板材或棒材的规则形状的几何中心为起始振动位置。
[0019]作为优选，待复合固体金属为板材或棒材的规则形状时，待复合固体金属材料的振动方向垂直于结合面，效果最好；
[0020]结合面指的是双金属的复合面。
[0021]待复合固体金属为不规则形状时，软件comsol仿真确定待复合固体金属材料不规则结合面与振动方向的角度，确保结合面处的振动强度最大。
[0022]作为优选，超声波振动装置的功率为100
‑
10000W，振动频率为20
‑
800KHz。
[0023]作为优选，双金属为铝合金或铁合金的合金材料时，根据金属液冷却和凝固时释放的可用于使固体金属与金属液融合的最大热量为：
[0024]Q1＝ρ0(V0‑
V
X
)(L
m
/3+H
l
)；
[0025]其中，ρ0表示金属液密度，单位为kg/m3；V0表示模具体积，单位为m3；V
x
表示固体金属体积，单位为m3；H
l
表示过热热量，其值为C
m
(T
j
‑
T
i
)；T
j
表示金属液浇铸温度，单位为℃；T
i
表示金属液液相线温度，单位为℃；C
m
表示金属液比热，单位为J/kg
·
℃；L
m
表示凝固潜热，单位为J/kg；
[0026]固体金属与金属液熔合所需的热量为：
[0027]Q2＝V
x
ρ
x
[(T
g
‑
T
k
)C
x
+L
x
/5]；
[0028]其中，ρ
x
表示固体金属密度，单位为kg/m3；T
g
表示固体金属固相线温度，单位为℃；T
k
表示固体金属初始温度，单位为℃；C
x
表示固体金属比热，单位为J/kg
·
℃；L
x
表示凝固潜热，单位为J/kg；
[0029]当Q1>Q2时，金属出现熔合，选用越高功率，所产生的声流搅拌和空化作用越强；功率计算公式如下：
[0030]P＝KQ1/Q2；
[0031]其中，K为常数，K∈(300，6000)；
[0032]功率选择时，根据实际所用金属液的流动性、实际生产条件和所需复合效果进行选择。
[0033]本专利技术的双金属复合方法具有以下优点：
[0034](一)本专利技术超声波辅助双金属复合改良了传统的固/液复合技术，采用超声波振动促进了双金属界面的固/液复合，可在较低温度下实现双金属界面的冶金结合，避免高温复合产生的氧化和晶粒粗大等问题；
[0035]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双金属复合方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：S1、将待复合固体金属表面进行表面处理；S2、将待复合固体金属安放于模具内，并将待复合固体固定在超声波振动工具头上，对待复合固体金属施加超声波振动；S3、开启超声波振动装置，使超声波振动工具头连同待复合固体金属产生超声波振动；S4、将待复合的另一种金属熔化至液相线以上10
‑
100℃，再浇筑到步骤S2的模具中，熔融的金属溶体在超声波振动的作用下与固定金属复合；S5、金属溶体凝固后，关闭超声波振动装置，冷却到室温，获得双金属复合材料。2.根据权利要求1所述的双金属复合方法，其特征在于，所述步骤S1中的表面处理包括采用砂纸打磨金属表面、以盐酸溶液和氢氧化钠容易依次清洗金属表面氧化膜以及采用蒸馏水清洗金属表面并干燥。3.根据权利要求1所述的双金属复合方法，其特征在于，所述待复合固体金属采用机械固定的方式固定在超声变幅杆上，且待复合固体金属垂直悬空放置于模具中，使待复合固体金属材料的振动方向垂直于双金属的复合面；其中，振动方向指的是待复合金属材料的振动方向。4.根据权利要求3所述的双金属复合方法，其特征在于，机械固定方式包括螺栓连接、焊接连接及粘合剂连接。5.根据权利要求1所述的双金属复合方法，其特征在于，待复合固体金属为板材或棒材的规则形状时，以板材或棒材的规则形状的几何中心为起始振动位置。6.根据权利要求1所述的双金属复合方法，其特征在于，待复合固体金属为板材或棒材的规则形状时，待复合固体金属材料的振动方向垂直于结合面；结合面指的是双金属的复合面。待复合固体金属为不规则形状时，软件comsol仿真确定待复合固体金属材料不规则结合面与振动方向的角度，确保结合面处的振动强度最大。7.根据权利要求1所述的双金属复合方法，其特征在于，超声波振动装置的功率为100
‑
10000W，振动频率为20
‑
800KHz。8.根据权利要求1所述的双金属复合方法，其特征在于，双金属为铝合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：王致明，姜其智，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：