[發明專利]一種金屬包覆材料的復合設備與工藝

在審

• 申請號: 201610163252.5
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105772683A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 羅奕兵;戴曉元;謝煒;寇莉莉
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: B22D19/04
• 分類號: B22D19/04;B22D19/08;B22D19/16;B22D17/02
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技術領域

此技術涉及到一種金屬包覆材料的生產設備及方法，特別是涉及到金屬熔點存在 較大差異的一種金屬包覆材料的生產設備與方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，石油、化工、電力、電子等領域對材料性能的要求越來越高， 單質材料已難以滿足實際使用性能的要求，將具有不同性能的材料復合在一起，以提高其 綜合使用性能的多層復合材料日益受到重視，是21世紀材料領域的重要研究方向之一。到 目前為止，將兩種金屬材料包覆復合成一體的、適合于大規模工業生產的方法主要，固相- 固相復合法和固相-液相復合法。固相-固相復合法又分軋制、擠壓、拉拔、包覆焊接等（張新 宇等，中國有色金屬學報，2014,24（5）：1275-1276）方法，其特點生產工藝流程長，生產成本 較高。固相-液相復合方法主要有連鑄連軋（廖文俊等，同濟大學學報（自然科學版），2012, 40(8):1234）、垂直鑄造直接成形法（謝建新等，一種包復材料一次鑄造連續成形設備與工 藝[P]，中國專利，專利號：CN01109076。），水平連鑄直接復合成形法（謝建新等，一種包覆材 料水平連鑄直接復合成形設備與工藝[P]，中國專利，專利號：ZL200610112817.3；謝建新 等，異型斷面銅包鋁復合材料的連鑄直接成形模具及制備方法[P]，中國專利，專利號： ZL201110207276.3），雖生產流程短，但制備包覆層面積比受到一定限制，而且包覆層金屬 與芯部液態金屬在高溫階段停留時間過長，過渡層組織和厚度控制不易。

發明內容

本發明目的在于開發一種適合于包覆層金屬熔點高于芯部金屬復合棒坯的成形 方法。

本發明的設備構成為：金屬熔化坩堝（12）、加熱元件（11）、導流管（16）、包覆層金 屬管（5）、芯層金屬棒（3）、防護罩（內置有加熱器）（7）、加壓機構（1、9）、底板（8）、水冷模具 （6）、擠壓筒（15）。其特征在于，擠壓筒（15）置于金屬液熔池，使導流口1（10）低于金屬熔池 液面，擠壓筒（15）與導流管（14）的連接采用機械連接，壓力機構（1）施加于包覆層金屬管 （5）和芯層金屬棒（3），使包覆層金屬管（5）和芯層金屬棒（4）與底板（8）上端緊密相連，底 板（8）與導流管（14）之間采用機械連接，防護罩（7）的加熱器，可對包覆金屬管和芯層金屬 棒加熱和保溫，金屬熔化坩堝（12）內金屬的熔化和保溫由加熱元件（11）實現，鑄造時由壓 力機構（9）對擠壓筒（10）內金屬液（13）實現擠壓，充型，然后在水冷模具（6）的強制冷卻作 用下，實現夾層金屬（4）與包覆層金屬管（5）和芯層金屬棒（4）的復合。

采用本發明的工藝流程為：包覆層金屬管（5）、芯層金屬棒（3）經清洗后，放置于通 入保護性氣體的保護罩內加熱保溫；待復合金屬熔化后，由導流孔1（10）進入擠壓筒（15） 內，壓力機構（9）作用下，金屬液（13）由導流管（14）經導流孔2（17）注入由包覆層金屬管 （4）、芯層金屬棒（3）、底板（8）和壓力機構（1）組成的型腔，由于充型和熱膨脹產生的氣壓則 由排氣孔（2）泄壓，在壓力機構（9）保壓和水冷模具（6）強制冷卻的條件下，金屬液將與包覆 層金屬管（5）、芯層金屬棒（3）產生一定的冶金反應，并逐漸凝固成夾層金屬（4），實現與包 覆層金屬管（5）和芯層金屬棒（3）的復合。整個鑄造過程可采用人工或計算機自動控制。

本發明的優點在于：

1.）將水冷模具（6）用于金屬復合時凝固，加大了金屬凝固的冷卻速度，既可細化晶粒， 也可控制復合界面處金屬的反應時間，以控制復合過渡層厚度，提高材料的力學性能。

2）采用防護罩（7），可放止包覆層金屬管（5）和芯層金屬棒（3）復合表面的氧化，從 而獲得清潔的復合界面，提高復合材料的性能。

3）調節水冷模具的冷卻強度和加壓機構的保壓壓力，可控制固液界面的相對位置 和抑制縮松和裂紋的產生，以及細化晶粒。