专利名称：任意复基比多层复合材料生产方法和专用设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及多层复合金属材料制造领域，特别是任意强度、任意韧性、任意厚度匹配的不同钢种或热加工温度相近的其它金属多层复合材料的制造方法和专用设备。
背景技术：
金属复合材料具有耐腐蚀、强度高等多种特殊优点，是单一金属材料所无法比拟的，在等效情况下，可代替纯金属材料广泛应用于多种领域。目前的双金属复合方法有浇铸法，堆焊法、爆炸法、冷轧固相复合法等，这些方法都有自己的应用条件和应用范围。有的存在复层厚度难以精确控制或结合质量差、性能不稳定等问题，而使品种受到了很大限制。以目前应用最广的爆炸法为例，它虽可生产出多种金属的复合材料，但存在以下的限制和不足其一是因为爆炸过程中随着复层厚度的增加，复层与基层的撞击速度下降，复层本身的刚度增加，导致焊接过程无法实现。所以爆炸焊接时，复层最大理论厚度小于21mm，实际远未达到此值。其二是爆炸过程中基层承受了复层的全部动能，所以厚度要大于复层，在通常的爆炸操作中复层与基层厚度之比即复基比一般要控制在小于0.2的范围内才能有效地复合，这就使产品品种受到限制。其三是爆炸复合工艺要求无论基层、复层都必须具有足够的塑性和韧性、较低的强度和脆性，实际生产中已限定了复、基层材料的性能边界为δ≥19、σb≤850MPa，超此界线就无法实现爆炸焊接过程。鉴于上述三点.至目前世界各国尚无生产出复基比丫＞0.2、基层为高强度的马氏体组织的多层复合材料。例如，经查询专利号CN8 710 24 26A“薄板爆炸复合工艺方法”，CN911022341“不锈钢复合金属材料炒锅”等也均不能解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合高强度、高硬度、低塑性、低韧性的金属做基层或复层，或者同时做基层又做复层、并且复层和基层的层数和厚度可以在很大范围内改变，即复基比复层厚度小于基层厚度时为0.05～1，复层厚度大于基层厚度时为1-20的金属复合材料及其制造方法和专用设备。
本发明的目的是这样实现的任意强度、塑性的钢材复层和基层，以投入轧制所允许的坯料厚度为基本条件，按厚度方向叠加，并选择叠加层次和各层厚度，确定层次和厚度时要遵循对称性原理，即厚度的中心线两侧的层次和每层厚度要对称。对于非对称的要单独设计轧制工艺，然后按给定的工艺进行轧制，可分别获得热轧中厚复合板、热轧复合薄板(卷)和冷轧复合薄板(卷)，其复基比或层间厚度比为0.05-20。具体工艺流程如下首先按材料的用途和要求选定复层和基层的材质及尺寸，其基层可以是单一材料，也可以是不同的几种材料。接着对各层材料的两个表面进行必要的机械加工，其加工精度 其次是各层原料匹配，用挥发性清洗剂清洗油污之后，按设计要求进行多层叠合和层间焊接，层间焊接要按照各种材料的焊接规范进行，保证焊接质量，不允许有裂纹、气孔、夹杂存在。再其次把盛有吸气剂的残气捕集器焊接到板叠上，焊接时要确保捕集器空间与各层间的空隙相通，而与外界呈密封的状态.最后是将板叠放置到真空室内吹氩，氩气压力PA≥1.5Kg/cm2，纯度Ar≥99.99％，抽真空焊合。真空室P≤5×10-2torr，抽气速度＞150L/S.真空系统是用来实现板叠间隙的高真空的专用设施。其特点是板叠可在高度真空的状态下进行吹氩和封口焊接操作.从而避免了因大气压的作用而使板叠间隙真空度下降的弊端。其具体操作程序是打开真空盖，板叠经由外、内输送辊道到达真空室内操作位置，盖上盖抽真空、吹氩，再抽真空，当真空度到达5×10-2torr以上时进行封口焊接。全部过程都在视屏中清晰可见，可保证准确操作。该方法特别适应于中间为硬度钢材，两边为同种或异种碳素钢或不锈钢且三层厚度匹配不限的复合钢板或钢带。
由于本发明采用了在真空室内实现所要求的真空并和轧制相结合的方法生产复合材料，并配以残气捕集器保证了界面间无残存气体，因而避免了加工过程中的气致分层，适合生产高强度、高硬度、低塑性、低韧性的金属复合材料，并且复合的层数和每层的厚度均可在很大范围内改变，其复基比为0.05～20。应用本发明可生产出多种和多层复合材料，以钢一钢复合为例，其界面抗剪切强度τb＞200～800MPa.这类材料可广泛应用于化工、石油、造船，建筑、装修、轻工机械、食品酿造、容器制造、汽车排气管、制盐制碱及装饰品等领域.本发明所生产的产品也是制做厨刀的理想材料，在各种肉类加工、饮食行业、农业机具等行业有着极有广阔的应用前景。
图1是本发明生产设备的真空系统结构示意图；图2是图1的A视图。
图中，1、前级泵，2、主泵，3、分配器，4、导管，5、真空室，6、真空室内辊道，7、方形垫圈，8、视屏，9、吹氩焊接口，10、真空室盖，11、真空室外辊道。前级泵1和主泵2组成真空泵系，通过导管将真空室5的前、中、后三部与分配器3连接，设置在真空室盖10上的视屏8用来观察真空室5内的吹氩、焊接操作，视屏8是用高强度平面玻璃制成，在接触面上装有方形垫圈7，来保证良好的密封性.9是真空盖10上的吹氩焊接口，该焊接口9是供在吹氩时插入板叠上的吹氩插头上的橡胶管、或者焊接时电焊条自由移动而保持真空室内的真空度不变的设施，该焊接口9应有防泄漏措施.
操作时打开真空室盖10，通过真空室外辊道11和室内辊道6将板叠送入真空室5内，将板叠上的吹氩插头位置对准真空盖10上的吹氩焊接口9，盖上真空室盖10进行抽真空，然后吹氩后再抽真空，当真空度达到5×10-2tort时进行封口焊接，焊接完后打开真空室盖10推出板叠，施行轧制，即得到所需的复合材料.
具体实施例方式
例1；一种以0～ICrl3不锈钢为上下复层，碳素工具钢为基层，总厚度为3mm，其各层厚度均为1mm，复基比≈1的复合材料。
例2一种以σb为800-1200MPa的高强度结构钢为上复层，以σb为500-1000MPa的结构钢为下复层，中间夹σb为1000～2400MPa的超高强度钢，各层厚度大体均等，即复基比≈1的三层复合材料.
例3一种以厚度10～30mm的不锈钢为上复层或上下复层，以厚度为100～300mm的碳钢为基层，经过本专利复合又经轧制所获得的上复层或上下复层为1～30mm.基层为1-30mm的复合材料。
以上三个实施例其制造方法是这样的组成各基层和复层的复合面经机械加工后，各层原料进行配对，按厚度方向叠加，并对各层材料的两个表面进行清洗，表面涂防氧化剂后进行叠合焊接，把盛有吸气剂的残气捕集器焊接到板叠上，焊接时要确保捕集器空间与各层间的空隙相通而与外界呈密封的状态，然后将板叠放置到真空室抽真空后，再吹氩抽真空，当真空度达到P≤5×10-2torr时进行封口焊接，其氩气压力PA≥1.5Kg/cm2，纯度Ar≥99.99％，抽气速度≥150L/S。所说的防氧化剂可用酒精配制的200目的铜的悬浮液做为防氧化剂，涂敷量为10-50g/m2/L，可选用3-5mm的铝粒加硅铁粒的混合物做为吸气剂.将其放置在专门的残气捕集器内，此捕集器的开口端与层间界面连通，并焊接在板叠头部，其余部位密封，此后将在1240±30℃的高温下加热，残留在界面间的氧、氮将发生以下化学反应Si十O2二SiO24Al十3O2二2Al2O32AI十N2二2AIN上述化学反应后气体被吸收了，反应所生成的SiO2和AI2O3仍留在捕集器内，此捕集器在轧制过程中自动脱落，可保证复合质量。
权利要求
1.一种任意复基比多层复合材料生产方法和专用设备，其特征是所说的任意复基比多层复合材料生产方法是组成各基层和复层的复合面经机械加工后，各层原料进行配对，按厚度方向叠加，并对各层材料的两个表面进行清洗，表面涂防氧化剂后进行叠合焊接，把盛有吸气剂的残气捕集器焊接到板叠上，焊接时要确保捕集器空间与各层间的空隙相通而与外界呈密封的状态，然后将板叠放置到真空室抽真空后，再吹氩抽真空，当真空度达到P≤5×10-2torr时进行封口焊接，其氩气压力PA≥1.5Kg/cm2，纯度Ar≥99.99％，抽气速度≥150L/S。
2.按照权利要求1所说的任意复基比多层复合材料生产方法和专用设备，其特征是所说的防氧化剂可为200目的铜粉和酒精配制的悬浮液，涂敷量为10～50g/m2。
3.按照权利要求1所说的任意复基比多层复合材料生产方法和专用设备，其特征是所说的吸气剂可为3～5mm的铝粒和硅铁的混合物组成。
4.按照权利要求1所说的任意复基比多层复合材料生产方法和专用设备，其特征是所说的专用设备由前级泵(1)和主泵(2)组成真空泵系，通过导管(4)将真空室(5)的前、中.后三部分与分配器(3)连接，真空室(5)内外分别设有真空室内辊道(6)和真空室外辊道(11)，真空室(5)的一端有真空室盖(10)，真空室盖(10)上装有视屏(8)和吹氩焊接口(9)，视屏(8)与真空室盖(10)的接触面上装有方形垫圈(7)。
5.按照权利要求1所说的任意复基比生产方法和专用设备，其特征是所说的多层复合材料的基层可为多种材料或者单一材料，其复基比为0.5～20，复层强度σb≥850MPa。
6.按照权利要求1所说的任意复基比生产方法和专用设备，其特征是所说的多层复合材料，复基比≈1，上复层强度σb为800～1200MPa的高强度结构钢，下复层强度σb为580～1000MPa的结构钢，基层强度σb为1000-2400MPa的超高强度钢组成。
7.按照权利要求1所说的任意复基比生产方法和专用设备，其特征是所说的多层复合材料，复层分别为0～ICr13不锈钢，基层为碳紊工具铜，复基比≈1。
8.按照权利要求1所说的任意复基比生产方法和专用设备，其特征是所说的多层复合材料，厚度0.1-3mm的不锈钢为上复层或上下复层，以厚度1～30mm的碳钢为基层组成。
全文摘要
本发明提供了一种任意复基比多层复合材料生产方法和专用设备，它是在真空室内实观高真空并和轧制相结合的方法来生产复合材料，其工艺特点是将组成各基层和复层的复合面经机械加工后，各层原料进行配对，按厚度方向叠加，并对各层材料的两个表面进行清洗，表面涂防氧化剂后进行叠合焊接，把盛有吸气剂的残气捕集器焊接到板叠上，然后将板叠放置到真空室抽真空后，再吹氩抽真空，当真空度达到一定程度时进行封口焊接，由于采用吹氩、防氧化剂，并配以残气捕集器，保证界面间无残存气体，因而避免了加工过程的气致分层，适合生产高强度、高硬度、低塑性、低韧性的金属复合材料。
文档编号B23K20/16GK101088694SQ20061004477
公开日2007年12月19日 申请日期2006年6月15日 优先权日2006年6月15日
发明者杜炜 申请人:杜炜