金属复合板的制备方法

金属复合板的制备方法

一、直接轧制法

直接轧制法是生产金属复合板的一种较普遍的方法，它又可分为热轧复合法、冷轧复合法、异步轧制复合法及真空轧制复合法。

1、热轧复合法

热轧复合法是将复材和基材重叠，周围焊接，通过热轧使复材与基材结合在一起的方法。在剪切变形力的作用下，两种金属间的接触表面十分类似于粘滞流体，更趋向于流体特性。一旦新生金属表面出现，它们便产生粘着摩擦行为，有利于接触表面问金属的固着，以固着点为基础（或核心），在高温热激活条件下形成稳定的热扩散，从而实现金属间的焊接结合。

2、冷轧复合法

通常人们把等辊径等辊速冷轧复合法简称冷轧复合法。20世纪50年代由美国首先开始研究，提出了以“表面处理+冷轧复合+扩散退火”的三步法生产工艺。与热轧复合法相比，冷轧复合时的首道次变形量更大，一般要达到60%～70%，甚至更高。冷轧复合凭借大的压下量，冷轧重叠的二层或多层金属，使它们产生原子结合或榫扣嵌合，并随后通过扩散退火，使之强化。

3、异步轧制复合法

异步轧制是20世纪60年代开始兴起的一种板带轧制生产技术，它是通过改变上下轧辊轧速使轧辊线速度不同来轧制金属的。70年代异步轧制被用做复合板的生产，称作异步轧制复合法，包括我国在内的许多地区都投入了相当的力量进行基础研究和产业化。异步轧制复合法一般把较硬的金属与快速辊对应，较软的金属与慢速辊对应。异步轧制复合充分利用了“搓轧区”内的相对滑动。一方面，相对滑动的界面摩擦生热，为界面的结合提供能量；另一方面，相对滑动有利于接触表面污染层和氧化膜的破碎和挤出，促进新鲜表面的生成。因此，相对滑动有利于提高界面结合强度，降低平均轧制压力。

4、真空轧制复合法

通常在大气中，金属表面覆盖一层氧化膜、吸着层，表面有凸凹，这种状态阻碍金属间的结合。鉴于这些情况，1953年前苏联首先开始了真空轧制的试验，随后美国、中国、日本也开始研究。真空轧制复合法分为真空中热轧和冷轧两种情况。真空中热轧的特征是：由于不含氧化性气氛，金属表面不形成氧化物、氮化物，使在大气中氧化而难以加工的金属变得容易加工，通过塑性加工生成的金属新生面的本来特性能够充分发挥，并因真空中有助于脱气，可获得清洁的精加工金属表面。

二、爆炸制坯一轧制法

爆炸制坯一轧制法是将所需用的基、复材经过爆炸焊接以后，再经过热轧机轧制到所需规格尺寸的复合板带的一种生产方法。此方法是综合爆炸复合技术和轧制技术各自的优点而发展起来的一种新的联合技术，其优点在于：

（1）爆炸复合法制坯，保障了两层或三层金属复合板结合区的质量；

（2）产品尺寸精度高，表面质量好；

（3）增加了生产的灵活性，便于推广。

三、烧结法

烧结法是在保护性气氛下，通过加热，使粉末颗粒与复合基板相互结合的复合方法。保护性气体主要采用氢气和氮气等。复合基板需经过脱脂、除锈和打毛等工序预处理。粉末的制备主要有两种方法：

（1）将异种纯金属的粉末均匀混合；

（2）直接制备覆层合金的粉末。烧结法的基本原理是在高温下，原子振幅加大，发生扩散，从而使异种金属原子形成结合。它主要应用于复合基板与合金覆层的复合。由于在烧结过程中，烧结温度低于高熔点纯金属组元的熔点，所以合金覆层的组织性能非常均匀，是轧制法的有益补充。

四、铸轧复合法

铸轧复合法的工艺过程为：将两块钢板叠合，内层涂上剥离剂，四周焊合后放在盛有金属液的铸模中，待液态金属凝固后进行初轧，将焊合的边部切掉，即得到复合板。在适当温度及压力下可实现较高的复合强度。此方法工艺简单，成本低，可用于批量生产。

五、反向凝固法

反向凝固工艺是由德国冶金工作者于1989年开发的一种薄带连铸工艺。该工艺是让一定厚度的基带从反向凝固器内的钢液中通过，使基带表面附近的钢水迅速降温，在基带表面凝固形成新生相，并在新生相还处于半凝固状态时进行轧制，得到表面平整、厚度均匀的热轧薄带。该方法是一种生产双金属复合材料的新熔合技术。但同模铸法有所不同，其基板为普通碳素钢（固相），复合层为不锈钢（钢液）。它具有高效率、低能耗的特点，可生产不锈钢复合层小于1mm的复合板，能够实现生产过程的连续化和短流程，工艺简单，产品质量高，利于环保。

六、电磁连铸复合法

电磁连铸生产复合板方法尚处于研究阶段。其基本原理是：两种化学成分不同的钢液通过不同的浸入式水口同时注入结晶器，由于在结晶器的下部安装了水平磁场，作用在钢流上的洛仑磁力垂直穿过水平磁场，抑制了两种钢液的混合，而且水平磁场成为一个分界线，依靠磁流体力的作用把结晶器熔池分为上、下两部分。通过结晶器冷却作用，上部熔池的钢液凝固成复合钢坯的外层，下部熔池的钢液在外壳的里边凝固形成钢坯的内芯。

该方法的优点：（1）由于在结晶器内直接实现不锈钢和其它钢铁材料的复合，可避免出现结合界面的氧化、夹渣等情况；（2）由于是液一液相结合，因此与反向凝固法相比，生产的不锈钢复合板界面结合强度更高，同时也无须对基板表面进行活化处理；（3）无污染，适于大批量生产。