金屬復合板的制備方法

金屬復合板的制備方法

一、直接軋制法

直接軋制法是生產(chǎn)金屬復合板的一種較普遍的方法，它又可分為熱軋復合法、冷軋復合法、異步軋制復合法及真空軋制復合法。

1、熱軋復合法

熱軋復合法是將復材和基材重疊，周圍焊接，通過熱軋使復材與基材結(jié)合在一起的方法。在剪切變形力的作用下，兩種金屬間的接觸表面十分類似于粘滯流體，更趨向于流體特性。一旦新生金屬表面出現(xiàn)，它們便產(chǎn)生粘著摩擦行為，有利于接觸表面問金屬的固著，以固著點為基礎（或核心），在高溫熱激活條件下形成穩(wěn)定的熱擴散，從而實現(xiàn)金屬間的焊接結(jié)合。

2、冷軋復合法

通常人們把等輥徑等輥速冷軋復合法簡稱冷軋復合法。20世紀50年代由美國首先開始研究，提出了以“表面處理+冷軋復合+擴散退火”的三步法生產(chǎn)工藝。與熱軋復合法相比，冷軋復合時的首道次變形量更大，一般要達到60%～70%，甚至更高。冷軋復合憑借大的壓下量，冷軋重疊的二層或多層金屬，使它們產(chǎn)生原子結(jié)合或榫扣嵌合，并隨后通過擴散退火，使之強化。

3、異步軋制復合法

異步軋制是20世紀60年代開始興起的一種板帶軋制生產(chǎn)技術(shù)，它是通過改變上下軋輥軋速使軋輥線速度不同來軋制金屬的。70年代異步軋制被用做復合板的生產(chǎn)，稱作異步軋制復合法，包括我國在內(nèi)的許多國家都投入了相當?shù)牧α窟M行基礎研究和產(chǎn)業(yè)化。異步軋制復合法一般把較硬的金屬與快速輥對應，較軟的金屬與慢速輥對應。異步軋制復合充分利用了“搓軋區(qū)”內(nèi)的相對滑動。一方面，相對滑動的界面摩擦生熱，為界面的結(jié)合提供能量；另一方面，相對滑動有利于接觸表面污染層和氧化膜的破碎和擠出，促進新鮮表面的生成。因此，相對滑動有利于提高界面結(jié)合強度，降低平均軋制壓力。

4、真空軋制復合法

通常在大氣中，金屬表面覆蓋一層氧化膜、吸著層，表面有凸凹，這種狀態(tài)阻礙金屬間的結(jié)合。鑒于這些情況，1953年前蘇聯(lián)首先開始了真空軋制的試驗，隨后美國、中國、日本也開始研究。真空軋制復合法分為真空中熱軋和冷軋兩種情況。真空中熱軋的最大特征是：由于不含氧化性氣氛，金屬表面不形成氧化物、氮化物，使在大氣中氧化而難以加工的金屬變得容易加工，通過塑性加工生成的金屬新生面的本來特性能夠充分發(fā)揮，并因真空中有助于脫氣，可獲得清潔的精加工金屬表面。

二、爆炸制坯一軋制法

爆炸制坯一軋制法是將所需用的基、復材經(jīng)過爆炸焊接以后，再經(jīng)過熱軋機軋制到所需規(guī)格尺寸的復合板帶的一種生產(chǎn)方法。此方法是綜合爆炸復合技術(shù)和軋制技術(shù)各自的優(yōu)點而發(fā)展起來的一種新的聯(lián)合技術(shù)，其優(yōu)點在于：

（1）爆炸復合法制坯，保證了兩層或三層金屬復合板結(jié)合區(qū)的質(zhì)量；

（2）產(chǎn)品尺寸精度高，表面質(zhì)量好；

（3）增加了生產(chǎn)的靈活性，便于推廣。

三、燒結(jié)法

燒結(jié)法是在保護性氣氛下，通過加熱，使粉末顆粒與復合基板相互結(jié)合的復合方法。保護性氣體主要采用氫氣和氮氣等。復合基板需經(jīng)過脫脂、除銹和打毛等工序預處理。粉末的制備主要有兩種方法：

（1）將異種純金屬的粉末均勻混合；

（2）直接制備覆層合金的粉末。燒結(jié)法的基本原理是在高溫下，原子振幅加大，發(fā)生擴散，從而使異種金屬原子形成結(jié)合。它主要應用于復合基板與合金覆層的復合。由于在燒結(jié)過程中，燒結(jié)溫度低于高熔點純金屬組元的熔點，所以合金覆層的組織性能非常均勻，是軋制法的有益補充。

四、鑄軋復合法

鑄軋復合法的工藝過程為：將兩塊鋼板疊合，內(nèi)層涂上剝離劑，四周焊合后放在盛有金屬液的鑄模中，待液態(tài)金屬凝固后進行初軋，最后將焊合的邊部切掉，即得到復合板。在適當溫度及壓力下可實現(xiàn)較高的復合強度。此方法工藝簡單，成本低，可用于批量生產(chǎn)。

五、反向凝固法

反向凝固工藝是由德國冶金工作者于1989年開發(fā)的一種薄帶連鑄工藝。該工藝是讓一定厚度的基帶從反向凝固器內(nèi)的鋼液中通過，使基帶表面附近的鋼水迅速降溫，在基帶表面凝固形成新生相，并在新生相還處于半凝固狀態(tài)時進行軋制，得到表面平整、厚度均勻的熱軋薄帶。該方法是一種生產(chǎn)雙金屬復合材料的新熔合技術(shù)。但同模鑄法有所不同，其基板為普通碳素鋼（固相），復合層為不銹鋼（鋼液）。它具有高效率、低能耗的特點，可生產(chǎn)不銹鋼復合層小于1mm的復合板，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的連續(xù)化和短流程，工藝簡單，產(chǎn)品質(zhì)量高，利于環(huán)保。

六、電磁連鑄復合法

電磁連鑄生產(chǎn)復合板方法尚處于研究階段。其基本原理是：兩種化學成分不同的鋼液通過不同的浸入式水口同時注入結(jié)晶器，由于在結(jié)晶器的下部安裝了水平磁場，作用在鋼流上的洛侖磁力垂直穿過水平磁場，抑制了兩種鋼液的混合，而且水平磁場成為一個分界線，依靠磁流體力的作用把結(jié)晶器熔池分為上、下兩部分。通過結(jié)晶器冷卻作用，上部熔池的鋼液凝固成復合鋼坯的外層，下部熔池的鋼液在外殼的里邊凝固形成鋼坯的內(nèi)芯。

該方法的優(yōu)點：（1）由于在結(jié)晶器內(nèi)直接實現(xiàn)不銹鋼和其它鋼鐵材料的復合，可避免出現(xiàn)結(jié)合界面的氧化、夾渣等情況；（2）由于是液一液相結(jié)合，因此與反向凝固法相比，生產(chǎn)的不銹鋼復合板界面結(jié)合強度更高，同時也無須對基板表面進行活化處理；（3）無污染，適于大批量生產(chǎn)。 [2]