[发明专利]用于铝合金复合铸锭的包覆铸造装置和包覆铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属铸造，特别是一种用于半连续铸造铝合金复合铸锭的包覆铸造装置和利用该装置进行铝合金包覆铸造的方法。

背景技术

众所周知，汽车热交换系统包括空调器、水箱散热器、油冷却器、中间冷却器和加热器等，因其位于汽车前端，经受雨水、路面挥发的盐分、汽车排出的废气、砂粒、灰尘和泥浆等的污染和承受反复冷热循环及周期性振动，对这些热交换器在选材、防腐蚀和接合技术等方面有严格的要求。传统的热交换系统采用铜材制造，然而随着汽车轻量化进程的加速及对节能减排、降低油耗、提高燃油效率、减轻环境污染等要求指标的提高，同时由于制造技术与装配技术的进步，使铝材逐渐取代铜材成为制造这些汽车热交换系统零部件的用材。

然而，为满足这一需要，很难找到一种铝合金材料既耐蚀又能够进行钎焊，而采用由3XXX和4XXX两种铝合金构成的复合材料却能较好地满足这一要求。目前，3XXX/4XXX铝合金复合材料主要是以箔材的形式出现，当需要以管材形式出现的该复合材料时，一般采取芯材为3XXX铝合金，皮材为4XXX铝合金，利用前者优良的耐蚀性，管内可以通冷却液体，利用后者的良好的钎焊性，可以进行复杂形状的构建。

目前，生产3XXX/4XXX铝合金复合管材的方法主要有焊接法和挤压法两种。焊接法就是用复合板做成管型进行焊接，这种方法的缺点是有焊缝，在某些情况下不能使用；挤压法是通过挤压将两种合金焊合在一起，这种工艺难度大，且成材率低。为克服这两种方法的缺点，最好的方法是先获得复合铸锭，然后再进行挤压，这样，不仅会大大降低工艺难度，而且可提高成材率。但目前针对铝和铝合金复合铸锭，技术上还比较困难。

另外，在其它领域，铝和铝合金复合材料也有很多用途，典型的如铝锂合金。由于锂元素具有化学活泼的特性，在铸造过程中易与水反应，使其表面氧化，质量不好，并且失锂严重，皮下贫锂层很厚，大大增加了加工时的铣面量。另外，铸锭在均匀化过程中同样会有表面失锂严重的问题，从而使铝锂合金在轧制过程中只能采用包铝轧制。因此，对于铝锂合金来说，如果能在铸锭表面包覆一层纯铝是解决上述问题的好办法。

再有，如目前装潢行业所需要的装饰板和灯光反光板，特别是灯光反光板，经常需用高纯铝制做。但高纯铝成本太高，考虑到它的使用仅仅是表层起反光作用，如果能在工业纯铝的表面复合一层高纯铝就可以很好地解决使用高纯铝反光板成本高的问题。

目前，通过铸造生产铝合金复合铸锭的方法很多，其中最为典型的是美国Novelis公司所使用的复合铸造法（Fusion^TM法）。这些方法都是生产三明治型（ABA型）复合铸锭，不能满足上述铝和铝合金包覆铸锭的要求。

对于铝合金包覆铸造，目前公开报道的都是采用固液复合的包覆铸造方法，即构成复合铸锭的双金属中有一种（一般为芯材）在复合铸造前是以固态形式出现，利用包覆铸造设备将另一液态形式的金属包覆在被加热的固态金属表面，冷却后得到所需复合铸锭。这些包覆铸造方法不但增加了工艺流程，而且存在一致命缺陷：固态形式的金属在预先加热时表面会被氧化，从而使复合铸锭界面处氧化物非常多，直接影响复合铸锭双金属界面冶金结合层的形成，界面结合不牢固，导致产品成材率降低。

发明内容

本发明的目的是针对上述需求和现有技术存在的问题及缺陷提供一种专用于铝合金复合铸锭的包覆铸造装置和包覆铸造方法。

为实现上述目的，本发明提供的用于铝合金复合铸锭的包覆铸造装置由芯材结晶器和皮材结晶器组成；所述芯材结晶器由石墨内套和水冷铜套构成，石墨内套镶嵌在水冷铜套内；其中皮材结晶器由石墨环、水冷铝套和热顶构成，石墨环镶嵌在水冷铝套内，水冷铝套内壁下端有冷却水眼，热顶由保温材料制成的储液箱构成，安装在水冷铝套和石墨环的上方，热顶底部有通向外部的流道和沿周边均匀分布、通向芯材结晶器的分流孔；芯材结晶器位于皮材结晶器内侧的上方，其内镶嵌石墨内套的水冷铜套坐落在皮材结晶器的热顶内壁的底边上。

利用上述铝合金包覆铸造装置进行铝合金包覆铸造的方法是：先将芯材熔体从浇口浇注到芯材结晶器中，同时通过流道将皮材熔体注入带分流的热顶的储液箱中；待芯材熔体在芯材结晶器冷却水冷却下形成一定厚度的凝固壳时，启动铸造机，使皮材熔体通过热顶底部的分流孔供流，与芯材熔体形成的凝固壳相接触，通过合金元素扩散形成具有冶金结合的界面；随着铸锭的连续进行，到达预定高度时停止供流，冷却后获得芯材铸锭外包覆一定厚度皮材铸锭的复合铸锭。