[发明专利]一种多金属阶梯型复合铸造装置及方法

说明书

本发明属于金属材料制备技术领域，涉及一种多金属阶梯型复合铸造装置及方法，包括相互对应的组合阶梯式结晶器、阶梯冷却板、热顶和引锭，组合阶梯式结晶器从上到下由组合阶梯式的初始冷却水箱、多个侧面冷却水箱和终端冷却水箱组成，初始冷却水箱、多个侧面冷却水箱和终端冷却水箱上均连接有对应的热顶，阶梯冷却板一端与初始冷却水箱、多个侧面冷却水箱和终端冷却水箱对应连接，另一端与对应的热顶连接，阶梯冷却板将组合阶梯式结晶器分隔为若干个熔体腔，引锭安装在对应的熔体腔正下方，各熔体腔均设有分流板，熔体腔整体在竖直方向呈阶梯式分布，该铸造方法能够实现多层金属一次浇铸成形，解决传统工艺生产率低、界面质量差等问题。

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域，涉及一种多金属阶梯型复合铸造装置及方法。

背景技术

层状复合金属材料是通过物理或化学的方法将两种或两种以上具有不同性能的金属以层状方式在界面处实现牢固结合的新型结构材料和功能材料，其既能具备原材料各自的性能优势，又能通过“互补效应”弥补各自的缺点，从而获得单一材料无法比拟的物理化学力学性能。层状复合金属材料由于具有良好的设计性和卓越的综合性能，已广泛应用于交通运输、航空航天、石油化工、医疗器械、建筑等多个领域。

目前制备层状复合金属材料的方法主要分为机械复合和冶金复合。前者包括液压胀形复合工艺、冷拔复合工艺、旋压复合工艺、爆燃复合工艺等，后者包括热挤压法、扩散复合法、钎焊法、热轧法、离心铸造法等。随着科学技术的不断进步，今年来连续铸造法制备层状复合金属材料技术受到国内外学者的广泛关注。

专利(ZL01109076.6)提出一种多层复合材料一次铸造成形设备与工艺，采用氧化防护套等措施，在连铸芯材的表面无氧化、无夹杂、无油污的条件下，热态直接连铸包覆层，但是由于凝固过程为由内向外，只适合制各芯材为高熔点合金、包覆层为低熔点的圆棒，也不能制备层状复合方坯。另外，设备中虽设有氧化防护罩，但易受包覆层熔体液面波动和温度波动的影响，很难获得无氧化皮、无夹杂的复合界面。故该方法存在应用范围窄、界面质量不稳定等缺点。

专利(US20050011630A1)申请中提出，在传统结晶器中安装隔板，将其分为两个型腔，当第一种合金熔体流入结晶器凝固一段时间，靠近隔板处形成一定厚度的半固态支撑层后，立即使引锭下降，待下降到设定高度时，导入第二种合金(表面合金)熔体，与支撑层接触，凝固后形成冶金结合，两种合金在冷却的作用下形成复合铸锭。但是该方法中的半固态支撑层的技术思想不能确保形成平直、稳定的界面，而且该结晶器结构决定了支撑层形成后，先裸露在空气中，然后才与表材熔体接触，这样支撑层表面很容易生成氧化物，降低界面质量。另外，由于在冷却板和铝套形成的三角区是三向冷却，所以在这个区域易形成过厚的冷却壳，导致铣面量增加。

专利(CN200910187947.7)介绍了一种稳恒磁场作用下铝合金低过热度复合铸造的方法及其装置，通过直流静磁场的作用，利用静磁场电磁制动效果，抑制界面附近的熔体流动。该方法制备的复合铸锭质量较好，但液面控制操作复杂，步骤过多，在表材的液面易升至冷却板上的金属板而形成虚焊。另外，该方法只适合制备两侧表材为同种合金的复合方锭，对于多层不同合金的复合铸锭，还存在诸多不足。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决上述铝合金复合铸造过程中存在的问题，提供一种多金属阶梯型复合铸造装置及方法，该铸造方法能够实现多层金属一次浇铸成形，解决传统工艺生产率低、界面质量差等问题。

为达到上述目的，本发明提供一种多金属阶梯型复合铸造装置，包括相互对应的组合阶梯式结晶器、阶梯冷却板、热顶和引锭，组合阶梯式结晶器从上到下由组合阶梯式的初始冷却水箱、多个侧面冷却水箱和终端冷却水箱组成，初始冷却水箱、多个侧面冷却水箱和终端冷却水箱上均连接有对应的热顶，阶梯冷却板一端与初始冷却水箱、多个侧面冷却水箱和终端冷却水箱对应连接，另一端与对应的热顶连接，阶梯冷却板将组合阶梯式结晶器分隔为若干个熔体腔，引锭安装在对应的熔体腔正下方，各熔体腔均设有分流板，熔体腔整体在竖直方向呈阶梯式分布。