一种布里奇曼法双金属复合板的制备方法技术

本申请公开了一种布里奇曼法双金属复合板的制备方法，双金属复合板由金属基板和覆层板组成，覆层板由金属粉末造粒后烧结得到，包括以下步骤：(1)将金属基板矫正平整，顶面依次进行除锈、除油和打毛，清理干净后备用；(2)将金属粉末混合造粒，倒在金属基板的顶面，振实后抹平；(3)将顶面覆有金属混合颗粒的金属基板水平送入区域烧结炉，通入惰性气体保护，加热至金属颗粒液化烧结温度，温区宽度10

【技术实现步骤摘要】
一种布里奇曼法双金属复合板的制备方法


[0001]本申请涉及一种布里奇曼法双金属复合板的制备方法，属于金属复合板材制备


技术介绍

[0002]双金属复合板是指在一层金属上覆焊另外一种金属的板子，在满足特种性能的前提下节约资源、降低成本的效果。广义的双金属复合工艺方法可以根据材料状态分为固/液、液/液、固/固复合三大类。固/液法的典型例子是在基板上倒上一层或者铸造一层金属，该方法靠熔化的金属自身热量产生界面结合，但由于作用时间短，界面结合情况难以保证。液/液复合法也叫双液铸造复合法，采用这种工艺在浇注过程中,需要很好地控制两种金属的浇注速度。固/固复合方法通常有爆炸复合，爆炸轧制复合、轧制复合等。爆炸结合法机械化程度低,劳动条件差，且具有一定的危险性，制备的双金属材料变形较大、不平整，在板类生产中很少采用。直接轧制法又可分为热轧制法和冷轧制法两种，采用直接轧制法制造的复合板具有如下优点:(1)可以扩大复合板面尺寸；(2)生产成本低，产品在市场上具有竞争力；(3)适合大批量生产；(4)易建立自动化程度较高的生产线；(5)产品结合性能好，质量稳定。轧制复合是一种有效的生产层状复合板的工艺方法，可以生产比较薄的板带复合材料。但轧制高熔点金属时，需要温度高，压力大，对轧制辊要求较高，复合板的厚度难以控制，生产一致性和稳定性差，多适合于生产厚的复合板材及板坯。另外还有半固态挤压铸造技术用于复合件的制造，但板件面积大，要求压机的吨位较大。连铸轧制工艺适合大量生产，对轧机要求高，需要多道次轧制才能实现，无法进行小批量或者特种板型规格加工，只能在大型钢铁工厂才能实现。
[0003]粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。粉末冶金可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织，节约金属，降低成本，粉末冶金可以保证材料成分在配比时的正确性和均匀性，大批量生产降低成本。粉末冶金的烧结是在保护气氛的高温炉或真空炉中进行。烧结不同于金属熔化，烧结时至少有一种元素仍处于固态。烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程，成为具有一定孔隙度的冶金产品。粉末冶金产品由于孔隙度高，强度、韧性差，压模成本较高。粉末冶金可以实现近净成形和自动化批量生产，可以有效地降低生产的资源和能源消耗，一般情况下，烧结好的制件可直接使用。为解决粉末冶金产品的缺陷，对于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件还要进行烧结后处理。后处理包括精压、滚压、挤压、淬火、表面淬火、浸油、及熔渗等。
[0004]中国专利CN109500400.A公开了金属粉末与金属板带复合轧制复合板带的工艺。包括依次相连并且成流水线布置的上料辊道、钢板表面处理装置、机前辊道、布料装置、粉末轧机、中间辊道、在线加热炉、热轧机以及机后辊道；中间辊道分为前中间辊道与后中间辊道，在线加热炉位于前中间辊道与后中间辊道之间；粉末轧机与热轧机均为轧辊上下布
置的水平轧机，金属板或金属带在轧制方向连续运行。实现高品质金属板(带)的连续在线批量生产。该工艺集合了粉末冶金工艺与轧制工艺的优点，通过轧制，进行初步成型，实现粉末冶金工艺烧结，降低了压模成本。如前所述，后续的热轧降低了粉末冶金烧结的孔隙率。该工艺如前所述的轧制法，需要投入多台轧机，生产设备成本高，一般企业难以进行生产，且该工艺本质上仍然属于粉末冶金工艺。
[0005]烧结法基本相同与粉末冶金方法，只是直接铺粉末，无需加压，在保护性气氛或者真空环境下，通过加热，使粉末颗粒与复合基板相互结合的复合方法。由于在烧结过程中,烧结温度低于高熔点纯金属组元的熔点，所以合金覆层的组织性能非常均匀，是轧制法的有益补充(材料开发与应用，2008，V23，No5，P48
‑
51)。烧结法获得的金属复合板孔隙率大，所以此法只能应用于制备孔隙率高的复合金属材料，适用范围非常狭窄。
[0006]堆焊或者说焊接方法，具有直接方便的优势，在耐磨板行业有许多应用。但由于焊接熔池较窄，保温措施不足，导致表面开裂比较严重，表面也不光滑平整，另外焊接的效率相当低。
[0007]综合以上各种工艺方法的优缺点，寻求一种经济可行的实现制备一种双金属复合板的制备工艺方法已经成为人们所关注的焦点。
[0008]布里奇曼晶体生长法是一种常用的晶体生长方法。分为垂直布里奇曼法(Vertical Bridgman method,VB)和水平布里奇曼法(Horizontal Bridgman method,HB)。水平布里奇曼法是由BarIIacapob研制成功的一种制备大面积定型薄片状晶体的方法。将原料置于舟型坩埚中，使坩埚水平通过加热区，原料熔化并结晶。炉膛沿水平方向上存在高温区和低温区，先将坩埚置于炉膛内高温区，使原料全部熔融，当籽晶顶部开始融化时，坩埚开始向低温区移动，熔体不断结晶，晶体慢慢长大，此法用于砷化镓和一些化合物半导体晶体生长。该方法具有以下一些特点：开放式的坩埚便于观察晶体的生长情况；由于熔体的高度远小于其表面尺寸，有利于去除挥发性杂质，另外还有利于降低对流强度，提高结晶过程的稳定性；开放式的熔体表面使在结晶的任意阶段向熔体中添加激活离子成为可能；通过多次结晶的方法，可以对原料进行化学提纯。

技术实现思路

[0009]为了解决上述问题，提供了一种布里奇曼法双金属复合板的制备方法，该方法以基板作为坩埚，熔化的复合金属层作为晶体生长，设置了适合双金属板制备的区域温度控制方法和冷却结晶方式，能够简单、快速、经济地制备双(多)金属板，通过该方法得到的双金属复合板具有高的致密性、强度、以及材料一致性，并且双金属复合板的双金属之间界面结合力较高。
[0010]根据本申请的一个方面，提供了一种布里奇曼法双金属复合板的制备方法，双金属复合板由金属基板和覆层板组成，覆层板由金属粉末造粒后烧结得到，包括以下步骤：
[0011](1)将金属基板矫正平整，顶面依次进行除锈、除油和打毛，清理干净后备用；
[0012](2)将金属粉末混合造粒，倒在金属基板的顶面，振实后抹平；
[0013](3)将顶面覆有金属混合颗粒的金属基板水平送入区域烧结炉，通入惰性气体保护，加热至金属颗粒液化烧结温度，温区宽度10
‑
50cm，以30
‑
200cm/h的速度逐渐通过区域高温，完成烧结；
[0014](4)在区域烧结炉出口底部对金属基板吹冷却气体，另外一侧自然降温后即得所述双金属复合板。
[0015]具体地，金属粉末加入量为根据需要的覆层板厚度计算确定，将金属粉末完全均匀摊平，覆层板金属混合颗粒加入的厚度为金属基板厚度的0.3
‑
3倍。
[0016]可选地，步骤(3)中区域烧结炉的烧结温度为高于制备覆层板金属粉末的熔化温度10
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50℃，且至少需要达到粉末熔化量90％以上的温度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种布里奇曼法双金属复合板的制备方法，其特征在于，双金属复合板由金属基板和覆层板组成，覆层板由金属粉末造粒后烧结得到，包括以下步骤：(1)将金属基板矫正平整，顶面依次进行除锈、除油和打毛，清理干净后备用；(2)将金属粉末混合造粒，倒在金属基板的顶面，振实后抹平；(3)将顶面覆有金属混合颗粒的金属基板水平送入区域烧结炉，通入惰性气体保护，加热至金属颗粒液化烧结温度，温区宽度10
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50cm，以30
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200cm/h的速度逐渐通过区域高温，完成烧结；(4)在区域烧结炉出口底部对金属基板吹冷却气体，另外一侧自然降温后即得所述双金属复合板。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中区域烧结炉的烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛红星，程斌，黄发祥，黄卫星，
申请(专利权)人：江苏鑫州耐磨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：