[发明专利]一种制备金属复合板带材的固态/半固态复合成形装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，特别是涉及一种制备金属复合板带材的固态/半固态复合成形装置和方法。

技术背景

随着近代新技术的发展， 人们对材料本身及其加工成形方法不断提出更高的要求，推动着材料向高比强度、高比刚度、高比韧性、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等多方面发展。复合材料是由两种或两种以上材料通过一定的工艺加工而成的新型材料。由于在设计上综合了各组元的优点，并尽力弥补了各自的不足，具有单一金属或合金无法比拟的优良性能，成为发展高科技产业不可忽视的关键技术之一，因此，人们都非常重视复合材料加工技术的研究与开发。

异种金属复合材料是将两种或两种以上的金属材料利用其各自的性能优势进行分层组合而形成的一类金属材料。金属复合材料的成形技术研究比较多，根据实现复合的两种金属的状态，从总体上可以分为三大类：固－固相复合法(也称固相复合法)、固－液相复合法和液－液相复合法。每种工艺都有其不同的特点和应用范围。因此，各种成形技术难以完全相互替代，一定时期内仍然是百花齐放、各种制备工艺并存的局面。

目前每种工艺都存在其自身的不足：（1）固相复合法对原材料有较高的要求，而且工序比较多，需要对原材料进行表面清理等工序，生产周期也很长，实现连续化生产比较困难，因此其生产效率比较低。（2）液－液相复合法的关键是复合浇注工艺。它要求必须掌握好两种金属的浇注温度，选择恰当的时间间隔，如果控制不好将出现两种金属互相混杂或复合不良现象。所以，该工艺过程复杂且难以控制。此外，该工艺在实际应用中也有很大的局限性。（3）固－液相复合法是将覆层金属液浇注到已预制好的基体金属上或将表面已处理好的基体金属浸入覆层金属液中而形成复合材料的工艺方法。相对于固相复合法来讲，减少了覆层金属的预制，工序简单，生产效率比较高，减少了流程，节约了资源，降低了成本；相对于液－液相复合法，它的工艺过程相对简单，易于控制，是生产中常用的方法。固－液相复合法中的铸轧复合法由于具有能实现较高强度的复合，可以连续生产、流程短，效率高、成本低等优点，被认为是最有潜力的复合成形方法。但是固－液复合存在如下问题：（1）复合成形速率低，由于液体金属凝固时间长，成形速率低。（2）成形界面明显，界面结合性能与基体差别大。

发明内容

为解决以上问题，本提供了一种制备金属复合板带材的固态/半固态复合成形装置和方法，本装置和方法采用半固态金属替代液体金属为原料，进行固态/半固态复合。

本发明采用以下技术方案：

一种制备金属复合板带材的固态/半固态复合成形装置，包括进料靴、上工作辊和下工作辊，所述进料靴、上工作辊和下工作辊设在机架上；所述上工作辊包括冷却水孔、冷却水通道、空心轴、轴外进水通道、轴内出水通道和上工作辊凹槽，冷却水孔通过冷却水通道与空心轴连通；所述下工作辊上设有与上工作辊凹槽相配合的下工作辊凸台；进料靴上设有进料靴上弧形面和带有进料靴下弧形面环形凹槽的进料靴下弧形面，分别与上工作辊凹槽和下工作辊凸台形成液态金属和固态母板材的进料型腔。

作为优选，所述进料靴上还设有进料靴冷却水孔。

作为优选，所述上工作辊凹槽和下工作辊凸台均为环形。

作为优选，所述进料靴上弧形面与上工作辊的包角为30-90^o，进料靴下弧形面与下工作辊的包角范围为30-90^°。

作为优选，上工作辊凹槽的宽度为100-2000mm，凹槽深度为5-40mm；下工作辊凸台的宽度为100-2000mm，凸台高度为5-40mm。

一种制备固态/半固态铝/铜复合板带材的方法，包括如下步骤：

第一步：将铝合金在熔炼炉里加热，熔化精炼后控制熔体温度在680-710℃；

第二步：对尺寸宽度为100-2000mm、厚度为2-15mm的铜板母材进行处理：首先将铜板进行脱脂处理，然后用清水冲洗，在钢丝轮上进行除锈和打毛处理，最后再将经上述处理的铜板浸入60-100℃的自制熔剂水溶液中进行预处理3-5min后取出并烘干，在进行复合成形前再预热至400℃；

第三步：接通电源，启动成形装置，使上述处理后并预热至400℃的铜板进入由下工作辊面和进料靴下弧形面组成的母材进料型腔内，同时将680-710℃的铝合金熔体浇入到由上工作辊面和进料靴上弧形面组成的液体进料型腔形成了半固态金属浆料，半固态金属浆料与固态铜板母材在轧制入口汇合，直接进行固态/半固态轧制复合成形，轧制速度为2-15m/min。