[发明专利]一种金属包覆材料的复合设备与工艺

说明书

技术领域

此技术涉及到一种金属包覆材料的生产设备及方法，特别是涉及到金属熔点存在 较大差异的一种金属包覆材料的生产设备与方法。

背景技术

随着科学技术的发展，石油、化工、电力、电子等领域对材料性能的要求越来越高， 单质材料已难以满足实际使用性能的要求，将具有不同性能的材料复合在一起，以提高其 综合使用性能的多层复合材料日益受到重视，是21世纪材料领域的重要研究方向之一。到 目前为止，将两种金属材料包覆复合成一体的、适合于大规模工业生产的方法主要，固相- 固相复合法和固相-液相复合法。固相-固相复合法又分轧制、挤压、拉拔、包覆焊接等（张新 宇等，中国有色金属学报，2014,24（5）：1275-1276）方法，其特点生产工艺流程长，生产成本 较高。固相-液相复合方法主要有连铸连轧（廖文俊等，同济大学学报（自然科学版），2012, 40(8):1234）、垂直铸造直接成形法（谢建新等，一种包复材料一次铸造连续成形设备与工 艺[P]，中国专利，专利号：CN01109076。），水平连铸直接复合成形法（谢建新等，一种包覆材 料水平连铸直接复合成形设备与工艺[P]，中国专利，专利号：ZL200610112817.3；谢建新 等，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[P]，中国专利，专利号： ZL201110207276.3），虽生产流程短，但制备包覆层面积比受到一定限制，而且包覆层金属 与芯部液态金属在高温阶段停留时间过长，过渡层组织和厚度控制不易。

发明内容

本发明目的在于开发一种适合于包覆层金属熔点高于芯部金属复合棒坯的成形 方法。

本发明的设备构成为：金属熔化坩埚（12）、加热元件（11）、导流管（16）、包覆层金 属管（5）、芯层金属棒（3）、防护罩（内置有加热器）（7）、加压机构（1、9）、底板（8）、水冷模具 （6）、挤压筒（15）。其特征在于，挤压筒（15）置于金属液熔池，使导流口1（10）低于金属熔池 液面，挤压筒（15）与导流管（14）的连接采用机械连接，压力机构（1）施加于包覆层金属管 （5）和芯层金属棒（3），使包覆层金属管（5）和芯层金属棒（4）与底板（8）上端紧密相连，底 板（8）与导流管（14）之间采用机械连接，防护罩（7）的加热器，可对包覆金属管和芯层金属 棒加热和保温，金属熔化坩埚（12）内金属的熔化和保温由加热元件（11）实现，铸造时由压 力机构（9）对挤压筒（10）内金属液（13）实现挤压，充型，然后在水冷模具（6）的强制冷却作 用下，实现夹层金属（4）与包覆层金属管（5）和芯层金属棒（4）的复合。

采用本发明的工艺流程为：包覆层金属管（5）、芯层金属棒（3）经清洗后，放置于通 入保护性气体的保护罩内加热保温；待复合金属熔化后，由导流孔1（10）进入挤压筒（15） 内，压力机构（9）作用下，金属液（13）由导流管（14）经导流孔2（17）注入由包覆层金属管 （4）、芯层金属棒（3）、底板（8）和压力机构（1）组成的型腔，由于充型和热膨胀产生的气压则 由排气孔（2）泄压，在压力机构（9）保压和水冷模具（6）强制冷却的条件下，金属液将与包覆 层金属管（5）、芯层金属棒（3）产生一定的冶金反应，并逐渐凝固成夹层金属（4），实现与包 覆层金属管（5）和芯层金属棒（3）的复合。整个铸造过程可采用人工或计算机自动控制。

本发明的优点在于：

1.）将水冷模具（6）用于金属复合时凝固，加大了金属凝固的冷却速度，既可细化晶粒， 也可控制复合界面处金属的反应时间，以控制复合过渡层厚度，提高材料的力学性能。

2）采用防护罩（7），可放止包覆层金属管（5）和芯层金属棒（3）复合表面的氧化，从 而获得清洁的复合界面，提高复合材料的性能。

3）调节水冷模具的冷却强度和加压机构的保压压力，可控制固液界面的相对位置 和抑制缩松和裂纹的产生，以及细化晶粒。