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，它們便產生粘著摩擦行為，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定的熱擴散，從而實現金屬間的焊接結合。

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，使它們產生原子結合或榫扣嵌合，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技術，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，稱作異步軋制復合法，包括我國在內的許多國家都投入了相當的力量進行基礎研究和產業化。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”內的相對滑動。一方面，相對滑動的界面摩擦生熱，為界面的結合提供能量；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，這種狀態阻礙金屬間的結合。鑒于這些情況，1953年前蘇聯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、復材經過爆炸焊接以后，再經過熱軋機軋制到所需規格尺寸的復合板帶的一種生產方法。此方法是綜合爆炸復合技術和軋制技術各自的優點而發展起來的一種新的聯合技術，其優點在于：

（1）爆炸復合法制坯，保證了兩層或三層金屬復合板結合區的質量；

（2）產品尺寸精度高，表面質量好；

（3）增加了生產的靈活性，便于推廣。

三、燒結法

燒結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。燒結法的基本原理是在高溫下，原子振幅加大，發生擴散，從而使異種金屬原子形成結合。它主要應用于復合基板與合金覆層的復合。由于在燒結過程中，燒結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較高的復合強度。此方法工藝簡單，成本低，可用于批量生產。

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。該方法是一種生產雙金屬復合材料的新熔合技術。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，可生產不銹鋼復合層小于1mm的復合板，能夠實現生產過程的連續化和短流程，工藝簡單，產品質量高，利于環保。

六、電磁連鑄復合法

電磁連鑄生產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晶器，由于在結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晶器熔池分為上、下兩部分。通過結晶器冷卻作用，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芯。

該方法的優點：（1）由于在結晶器內直接實現不銹鋼和其它鋼鐵材料的復合，可避免出現結合界面的氧化、夾渣等情況；（2）由于是液一液相結合，因此與反向凝固法相比，生產的不銹鋼復合板界面結合強度更高，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。 [2]