[发明专利]层状金属复合材料制造工艺及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属复合材料生产工艺，特别是一种层状复合材料制造工艺及设备。

背景技术

层状金属复合材料是将不同的材料通过铸造、轧制、挤压、焊接、胶接以及浸渍等加工方法而形成一个整体的新材料，使材料的不同部位具有不同的性能，一满足不同的使用要求。

文献《特种铸造及有色合金》杂志(2001年第2期第17-19页)中报导了《高速钢/结构钢双金属复合材料界面研究》，报导中公开了一种双金属复合材料制造工艺，所述的常用工艺为砂型镶铸法，即将所需镶铸的芯材放入砂型内，将所需复合的液体金属浇入到砂型中，液态金属在充满型腔的同时，也将所需镶铸的芯材紧密覆住，包覆层在随后的液态降温、凝固和冷却过程中，释放出大量的热量，这些热量一部分被铸型吸收并通过铸型散热，另一部分被铸型的芯材吸收并使之温度升高，利用金属液的热量，在铸件凝固时，使外层复合材料和芯部材料结合在一起。该工艺的实质就相当于在铸件中放置一块冷铁，因此，要想实现两种材料间的冶金结合，只有在外层材料与芯部材料的体积比大于8.0的条件下，才有可能获得两种材料间的冶金结合。因此该工艺技术难度大，无法制造体积比小于8.0的薄壁形双金属复合材料及多层状复合材料。文献《铸造手册、特种铸造分册》一书(机械工业出版社2003年第二版)中的第7章(离心铸造)部分，论述了用离心铸造工艺制造双金属复合轧辊工艺，该工艺虽然具有设备投资小，生产效率高之特点。但该工艺存在生产工艺复杂，工艺控制难度大，当生产高合金外层复合材料时，易产生偏析，使组织和成分不均匀，且无法制造锻造芯部材料的复合产品等缺陷。

文献《中国材料工程大典》第五卷一书(化学工业出版社2006年第一版)中的第13篇第4章(制造层状复合材料)部分中介绍了日本所开发的包覆层连续铸造复合法制造复合轧辊的CPC生产工艺，该工艺是将需要复合的外层金属液体浇入到在其中心安装有芯棒材料的水冷结晶器内，芯棒材料通过在其上部安装的感应加热器进行预热，从而可以实现二种材料的复合，并实现二种材料之间的界面达到冶金结合。通过抽锭设备，将复合好的轧辊不断地从水冷结晶器中抽出，使生产连续进行，直到复合轧辊浇注完成。该工艺虽然克服了常规镶铸复合工艺所存在的无法制造复合比小于8.0的双金属复合产品和离心铸造工艺所存在的缺点。但是由于CPC法生产设备和生产工艺复杂，生产成本高，外层材料的洁净度和生产效率低，至今推广使用范围很小。该书中同时介绍了乌克兰所开发的一种电渣包覆铸造复合法。该工艺是将芯棒材料安装在导电结晶器的中心，导电水冷结晶器代替非自耗电极对电渣进行加热，使液渣保持在高温状态，将需复合的外层金属液以一定的速度和方式浇入导电水冷结晶器中，外层金属液在与已经被电渣预热的辊芯材料表面熔合的同时受到电渣的精练，并因水冷结晶器的冷却而凝固，形成复合层。高温液态电渣同时还起到对芯棒加热和表面清洗及隔离所浇入的金属液与空气的接触，从而对金属液进行保护。该工艺与CPC工艺相比，虽然设备简单，所生产的产品质量好，但是仍然存在生产效率低，导电结晶器结构复杂，技术难度大，设备的控制技术难度大等缺点。

发明内容

本发明的目的是要提供一种：生产工艺简单、产品性能好、成本低的层状复合材料制造工艺及设备。

解决其技术问题的设备方案是：该设备有一工作台，在工作台上有一孔洞，在工作台的下面安装有一升降装置，在工作台的上面安装有水冷结晶器和电极把持器。水冷结晶器的外部安装有感应加热器，上面安装有保温盖和浇注漏斗，下面安装有底水箱，在水冷结晶器和底水箱的下部和上部分别连接有进出水管。金属芯棒通过水冷结晶器的中心穿过底水箱的中心孔衬套固定在升降装置上。

在电极把持器上安装有多根自耗或非自耗电极，电源K连接在电极把持器和底水箱上。在浇注漏斗的下面连接有浇注管。在芯棒上安装有超声波振动器。在底水箱的中心连接有衬套。水冷结晶器即可以是圆形，赤可以是矩形、长方形等几何形状和带有凹凸形槽形状的整体结构或双开合哈复式结构。