[发明专利]异型断面铜包铝复合材料的连铸直接成形模具及制备方法

权利要求书

1.一种采用水平连铸制备异型铜包铝复合材料的模具，其特征在于：所述模具由外模3和芯管4组成，由所述外模3的内腔尺寸和所述芯管4的外形尺寸共同控制铜包铝复合铸坯包覆层的形状以及厚度；由所述芯管4的外形尺寸控制芯部铝的尺寸，从而实现铜包铝复合材料的形状以及包覆厚度的控制。

2.根据权利要求1所述的水平连铸制备异型铜包铝复合材料的模具，其特征在于：所述外模3的内腔和所述芯管4的外形为方形、矩形、椭圆形；所述芯管4的内孔为铝液通道5，其形状为圆形或者与外形的形状相同的方形、矩形、椭圆形；所述芯管4的外形沿轴向带有锥度。

3.根据权利要求2所述的水平连铸制备异型铜包铝复合材料的模具，其特征在于：所述具有方形和矩形内腔的外模3的四个角采用圆角过渡，圆角半径为3～8mm。

4.根据权利要求2所述的水平连铸制备异型铜包铝复合材料的模具，其特征在于：所述芯管4的外形沿轴向带有锥度，锥度值α为0.5°～ 2°。

5.根据权利要求1-4所述的水平连铸制备异型铜包铝复合材料的模具，其特征在于：所述模具材料是石墨或氮化硼耐火材料。

6.一种制备异型铜包铝复合材料的方法，其特征在于包括步骤：

1）将铜控温坩埚、铝控温坩埚、导流管、复合腔、复合结晶器、二次冷却系统、牵引机构及锯切机构多个连铸单元装配在一起，组成连铸系统；

2）先将熔炼好的铜液和铝液分别注入到铜控温坩埚和铝控温坩埚并保温；铜液经由导流管和复合腔，进入由安装于复合结晶器1中的外模3和芯管4形成的铸型6中，在冷却水的作用下凝固成异型铜管；

3）同时，铝液经由导流管和芯管4的铝液通道5浇注到铜管中，并以铜管为铸型凝固成为芯材，从而制备异形断面铜包铝复合铸坯； 

4）铜包铝复合铸坯在经过二次冷却水的进一步冷却后，通过牵引机构连续引出，达到规定长度后通过锯切装置切断；

5）外模3和芯管4共同控制铜包铝复合铸坯的断面形状及包覆层厚度；通过改变复合结晶器1中的模具，制备不同断面形状和包覆比的异型铜包铝复合材料。

7.根据权利要求6所述的制备异型铜包铝复合材料的方法，其特征在于：步骤2和3中，铜包铝复合铸坯所需的冷却速度由牵引机构的引锭速度、复合结晶器1的冷却速度、铜控温坩埚、铝控温坩埚以及复合腔的温度共同控制。

8.根据权利要求7所述的制备异型铜包铝复合材料的方法，其特征在于：所述铜控温坩埚温度控制在1150～1300℃，铝控温坩埚温度控制在690～900℃，复合腔的温度控制在1100～1300℃；引锭速度为50～500mm/min；复合结晶器的冷却水流量为0.5～10m³/h，冷却水压力为0.05～0.5MPa。

9.根据权利要求6所述的制备异型铜包铝复合材料的方法，其特征在于：在步骤4中，所述二次冷却水采用多喷头二次冷却系统，在铸坯轴向的上、下、前、后位置采用4个独立可控的二次冷却水喷头，每个二次冷却水喷头的喷水流量为50～1000L/h。