[發明專利]一種銅包鋁棒材低壓充芯裝置及其制作方法

在審

• 申請號: 201710468525.1
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107377938A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 盛曉波;竇瑞;戴挺;董寅生;儲成林;郭超
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B22D18/04
• 分類號: B22D18/04;B22D19/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明為一種銅包鋁復合棒材的生產設備。涉及新材料加工機械設計的技術領域。

背景技術

銅包鋁復合材料是在鋁芯的外表面均勻地包覆銅層，使銅鋁兩種金屬在界面形成冶金結合而成為一個整體的雙金屬復合材料。它結合了銅良好導電性能和鋁低成本低密度的特點，具有廣泛的應用前景。

銅包鋁復合棒材的生產方法從整體上可以分為三類：固-固相復合法，固-液相復合法，液-液相復合，固-固相復合法，如軋制壓接法、靜液擠壓法、包覆焊接法等，材料利用率高，產品質量好，但連續化生產困難，生產效率低；液-液相復合法，如充芯連鑄法，可以實現連續生產，但工藝過程復雜，工藝參數控制難度大；固-液相復合法，如包覆層連續澆鑄法，工序簡單，生產效率高，但對設備能力和廠房條件要求比較高，工藝參數難以控制，直接澆鑄法的產品質量不高，容易產生縮孔、氣孔等缺陷。

低壓充芯法是一種新型固-液相復合工藝技術，其工藝過程是在密封的裝有金屬液的坩堝中，通入氮氣或其他惰性氣體，對坩堝內金屬液表面加壓，使金屬液沿著升液管自下而上的擠壓到銅管內，等到金屬液充滿銅管后增大氣壓，同時使液面壓力保持至鑄件完全凝固后，解除坩堝內的壓力，使升液管內未凝固的金屬液回落到坩堝內，即可取下銅包鋁復合棒材，完成制備過程。

發明內容

技術問題：本發明的目的是針對低壓充芯法制備原理設計出一種銅包鋁復合棒材低壓充芯裝置。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供了一種銅包鋁棒材低壓充芯裝置，該裝置包括鋁液熔煉電阻爐，用于鋁液在保護性氣氛中熔化和保溫，并使鋁液通過升液管填充銅管；

位于鋁液熔煉電阻爐上部并與通過法蘭連接的銅管預熱電阻爐，用于銅管的預熱，在充芯和凝固過程中抽真空，保持真空狀態；

位于鋁液熔煉電阻爐和銅管預熱電阻爐內部，并且與鋁液熔煉電阻爐和銅管預熱電阻爐分別連接的銅管和升液管支架，用于安裝銅管和升液管，支架與電阻爐法蘭之間的密封采用耐高溫的氟橡膠密封圈。

優選的，該裝置還包括連接法蘭，用于連接位于下部的鋁液熔煉電阻爐和上部的銅管預熱電阻爐；插入在連接法蘭中的升液管，位于連接法蘭的下部，用于鋁液的充芯；位于連接法蘭上部，靠螺釘連接的的支架，用于固定和安裝銅管。

優選的，在所述的鋁液熔煉電阻爐中氣體壓力：0.1-0.8MPa，保溫溫度：700-850℃。

本發明還提供了一種銅包鋁棒材低壓充芯裝置的制作方法，該方法包括如下步驟：

首先將銅管預熱電阻爐抽真空并填充保護氣體，啟動電源升溫，將銅管進行預熱和保溫；用鋁液熔煉電阻爐在保護氣體下熔化鋁液并保溫；給鋁液熔煉電阻爐中充入氮氣。

利用壓強原理將熔融的鋁液充入銅管，增壓、保壓、卸壓，待鋁液完全凝固和冷卻后取出銅管，完成銅包鋁棒材的制備。

優選的，充芯過程中采用的壓縮氣體為氮氣或氬氣，充芯速度為5ml/s-10ml/s。

有益效果：本發明對比已有技術相比，具有以下優點：裝置能夠體現低壓充芯工藝的優點，制作出無氣孔、縮孔、裂紋等缺陷的界面冶金結合的復合棒材。鋁的利用率高，同時工藝簡單，生產成本較低，生產效率高。

附圖說明

圖1為低壓充芯裝置示意圖，以及三個主要部分：1-鋁液熔煉電阻爐，2-銅管和升液管連接支架，3-銅管預熱電阻爐的示意圖。

圖2為銅管預熱電阻爐示意圖，4-石棉板；5-輕質粘土磚；6-硅藻土磚；7-爐殼；8-電熱絲引出端；9-電熱絲；10-氣體出入口；11-熱電偶插入口；

圖3為鋁液熔煉電阻爐示意圖，4-石棉板；5-輕質粘土磚；6-硅藻土磚；7-爐殼；8-電熱絲引出端；10-氣體出入口；11-熱電偶插入口；12-坩堝；

圖4為銅管和升液管支架示意圖，主要由13-壓桿；14-排氣壓板；15-銅管；16-銅管支架；17-連接法蘭支架；18-升液管；19-連接法蘭等組成。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明。

本發明提供了一種銅包鋁棒材低壓充芯裝置，該裝置包括鋁液熔煉電阻爐1，用于鋁液在保護性氣氛中熔化和保溫，并使鋁液通過升液管填充銅管；

位于鋁液熔煉電阻爐1上部并與通過法蘭連接的銅管預熱電阻爐2，用于銅管的預熱，在充芯和凝固過程中抽真空，保持真空狀態；