本發(fā)明屬于復(fù)合板材技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鑄造單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件及其生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

單面復(fù)合板是一種以碳素鋼、合金鋼為基材，單面復(fù)合其它材質(zhì)的覆材（面材），基材與覆材以一定連接方式結(jié)合成一體的復(fù)合板、鑄件，兼具輔材材料的特有性能和碳素鋼、合金鋼的強(qiáng)度，是一種性價(jià)比高、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新型節(jié)能材料，具有十分廣闊的市場(chǎng)和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

為描述方便，以復(fù)合不銹鋼板為例，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外不銹鋼復(fù)合板及其生產(chǎn)方法闡述如下。

概括來(lái)說(shuō)，目前不銹鋼復(fù)合板有三類生產(chǎn)方式：固-固相復(fù)合、液-液相復(fù)合、液-固相復(fù)合。固-固相復(fù)合：主要包括爆炸復(fù)合、焊接-軋制復(fù)合、直接軋制復(fù)合等。綜合經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用性、基材與覆材的結(jié)合強(qiáng)度等原因，目前規(guī)?；I(yè)應(yīng)用的主要是爆炸復(fù)合法和焊接軋制復(fù)合法。爆炸復(fù)合法基材與覆材結(jié)合強(qiáng)度好、界面冶金結(jié)合率高，但生產(chǎn)成本高，受自然環(huán)境氣象條件影響大，如陰雨天就不能進(jìn)行爆炸作業(yè)，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，并且爆炸時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音、粉塵污染，近年來(lái)已受到越來(lái)越多的限制。焊接-軋制復(fù)合法：將基材如低碳鋼板的復(fù)合面進(jìn)行拋光除銹，脫除氧化層等污物。將不銹鋼復(fù)合面進(jìn)行拋光除銹脫除氧化膜。為防止軋制時(shí)碳鋼向不銹鋼滲碳并阻止已清理好的復(fù)合界面再氧化，有的在基材或覆材清理好的界面上涂上一層金屬鎳，然后將基材與覆材疊合，疊合面四周封焊，封焊時(shí)留一個(gè)抽氣孔，從抽氣孔中抽去空氣使結(jié)合界面保持高真空狀態(tài)，封閉抽氣孔后便完成了焊接復(fù)合板坯的制作。在復(fù)合板完成軋制后需要切掉四周的封焊層。需要注意的是軋制前的復(fù)合板坯界面不存在任何的物理、化學(xué)及冶金結(jié)合形式，只有在板坯軋制過(guò)程中，在高溫及強(qiáng)大軋制力的作用下，才能實(shí)現(xiàn)復(fù)合界面有限的冶金結(jié)合，因其界面結(jié)合程度受軋制溫度、壓下量、軋制力、復(fù)合界面清潔度、復(fù)合界面真空度（或惰性氣體的保護(hù)能力）等眾多環(huán)節(jié)的影響，決定了基材與覆材難以實(shí)現(xiàn)100%的冶金結(jié)合，用戶在使用該方法生產(chǎn)復(fù)合板的彎曲、扭曲過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)覆材與基材脫離的現(xiàn)象，打擊了消費(fèi)者的使用信心。該方法工藝繁瑣，制造成本高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，不容易上產(chǎn)量，目前號(hào)稱國(guó)內(nèi)最大的焊接-軋制不銹鋼復(fù)合板企業(yè)，年產(chǎn)能不過(guò)3萬(wàn)噸。

液-液相復(fù)合：又叫電磁連鑄復(fù)合法，其基本原理是借助于安裝在結(jié)晶器下方的兩個(gè)水平電磁場(chǎng)，利用洛倫茲力各自約束不同材質(zhì)的鋼水，在連鑄過(guò)程中完成不同材料的復(fù)合，具有無(wú)污染、材料復(fù)合強(qiáng)度高、適合大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)，但目前工藝設(shè)備都不完善，處于進(jìn)一步深入研究論證的階段。

液-固相復(fù)合法：包括反向凝固法、鑄軋法、澆鑄復(fù)合法等。反向凝固法是一種浸鍍復(fù)合法，將一定厚度的固態(tài)基材母帶，連續(xù)通過(guò)熔融的覆材鋼水中，鋼水在母帶表面凝固生成一定厚度的覆材。該方法具有效率高、能耗低、質(zhì)量好、生產(chǎn)流程短、能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的特點(diǎn)，但操作難度大，目前工藝設(shè)備都不完善，處于進(jìn)一步深入研究論證的階段。鑄軋法是將半凝固狀態(tài)的金屬與固態(tài)金屬同時(shí)送入軋機(jī)軋制，可實(shí)現(xiàn)高熔點(diǎn)與低熔點(diǎn)金屬的復(fù)合，復(fù)合強(qiáng)度高、生產(chǎn)效率高、成本低，但目前工藝技術(shù)設(shè)備均不完善，尚處于深入研究論證的階段。

澆鑄復(fù)合法：澆鑄復(fù)合法是將兩塊不銹鋼板疊合，中間涂上剝離劑，朝外的復(fù)合界面涂上抗氧化劑，四周焊合后放入鑄模中澆入鋼水，在鑄模中實(shí)現(xiàn)碳素鋼水與不銹鋼復(fù)合形成復(fù)合板坯。在板坯軋制后，將焊合的四周割掉，形成兩張復(fù)合不銹鋼板。該方法工藝、技術(shù)均不成熟，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到要求、生產(chǎn)不穩(wěn)定，原因有以下幾個(gè)方面：結(jié)合界面雖有抗氧化劑，但在鋼水澆鑄過(guò)程中的高溫下極易氧化，在界面處生成渣、孔缺陷；結(jié)合界面的抗氧化劑涂層難以有效阻止高溫鋼水的碳向覆材滲透；對(duì)不銹鋼覆板缺乏有效的保護(hù)，使不銹鋼板容易被高溫鋼水熔損造成廢品；基層或覆層鋼板厚度不能按照客戶要求的任意比例復(fù)合，市場(chǎng)推廣受限。因此，在文獻(xiàn)資料中，該方法僅限于簡(jiǎn)單的介紹，未見(jiàn)工業(yè)應(yīng)用。

綜上所述，目前的不銹鋼復(fù)合方法和技術(shù)，除尚在研究探索階段的電磁連鑄法、反向凝固法外，實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的是爆炸復(fù)合法和焊接-軋制復(fù)合法。爆炸復(fù)合法覆層與基層結(jié)合質(zhì)量好，但對(duì)環(huán)境影響大，成本高，產(chǎn)量低、難以形成規(guī)模生產(chǎn)。焊接-軋制復(fù)合法是目前最普遍的一種生產(chǎn)方法，但難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并且覆板與基板界面結(jié)合強(qiáng)度較差，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，造成消費(fèi)者使用焊接-軋制復(fù)合不銹鋼板的信心不足，影響了焊接-軋制不銹鋼復(fù)合板的推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種鑄造單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明包括覆材、基材，覆材與基材可以任意比例搭配，將兩件覆材疊合后挾在澆鑄模具的中間，在覆材與澆鑄模具的兩空腔中澆入基材熔融液，形成基材，打開(kāi)澆鑄模具切除兩基材的澆口，形成完整的兩塊單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件。覆材與基材在澆鑄后就可實(shí)現(xiàn)100%的冶金結(jié)合界面，并且不會(huì)出現(xiàn)覆材被高溫基材熔損。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：鑄造單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件的生產(chǎn)方法，所述單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件包括覆材和位于覆材內(nèi)側(cè)面的基材，所述內(nèi)側(cè)面為覆材與基材的結(jié)合界面，其特征在于：覆材放置在澆鑄模具內(nèi)，把基材熔融液澆鑄到覆材的內(nèi)側(cè)面與澆鑄模具之間的空腔內(nèi)，形成基材，澆鑄之前，在覆材的內(nèi)側(cè)面涂覆鎳基涂層。根據(jù)需要選擇合適的覆材為不銹鋼、鈦板或各種合金成分板材、鑄鋼件、鑄鐵件，厚度可以任意厚度；根據(jù)需要確定基材的合金成分、厚度，所述基材為碳素鋼、合金鋼、鑄鐵件，厚度可以任意厚度。用不同空腔尺寸的澆鑄模具和覆材，組成所需尺寸的鑄造基材模型，在兩空腔中澆入金屬液，形成兩塊基材。

本發(fā)明所述鎳基涂層的涂覆方法為等離子噴涂、電弧噴涂或火焰噴涂，該涂覆方法的鎳基涂層的組成成分按重量份數(shù)為：鎳50-100、鎢10-35、鈷10-25；噴涂鎳基涂層的厚度：5-200um。

本發(fā)明所述鎳基涂層的涂覆方法為刷涂或噴淋施工方法，該涂覆方法的鎳基涂層的組成成分按重量份數(shù)為：鎳粉50-100、鎢粉10-20、鈷粉10-20、醇溶性樹(shù)脂粘結(jié)劑5-10、醇類溶劑40-60，鎳基涂料的涂層厚度：0.1-2.0mm。

所述醇溶性樹(shù)脂粘結(jié)劑為：脲醛樹(shù)脂。所述醇類溶劑為商品甲醇或乙醇。

鎳基涂層的作用是：防止鋼水澆鑄前和澆鑄過(guò)程中界面氧化，防止熔融基材在高溫下向覆材滲碳，降低覆材和基材接合界面金屬的熔點(diǎn)，防止覆材被液態(tài)基材熔損。

本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法：兩件覆材疊合后挾在澆鑄模具中，在覆材與澆鑄模具的兩空腔中澆入基材熔融液，形成基材，打開(kāi)澆鑄模具，制成兩塊單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件，在兩件覆材的外表面涂覆防鍛接涂層。

基材澆鑄前的準(zhǔn)備工作：用對(duì)應(yīng)基材厚度、寬度、長(zhǎng)度的澆鑄模具，將已經(jīng)疊合到一起的覆材挾在澆鑄模具中，用若干緊固螺絲把合緊實(shí)。在兩覆材與澆鑄模具之間形成的空腔，即型腔，就是待澆鑄基材的模型。

防鍛接涂層的作用是：防止兩覆材在澆鑄過(guò)程中或后續(xù)深加工過(guò)程中產(chǎn)生任何形式的連接，保證兩覆材在澆鑄后或后續(xù)深加工過(guò)程中能夠輕松分離；保證兩覆材在熔融狀態(tài)下仍然保持原有形狀不變。

所述防鍛接涂層按重量份數(shù)的組成成分：鋁礬土粉熟料40-60、膨潤(rùn)土粉2-10、石英粉20-40、粘結(jié)劑5-10、水40-60，所述粘結(jié)劑為：硅溶膠、鉀水玻璃或白乳膠。防鍛接涂層的施工方法：涂層可以通過(guò)刷涂、噴涂、噴淋、浸涂等。所述防鍛接涂層的厚度為5-200um。

本發(fā)明所述鑄造單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件的生產(chǎn)方法，具體包括以下步驟：

1）覆材的內(nèi)側(cè)面脫除污漬和氧化膜，提高覆材結(jié)合界面表面活性；

2）在覆材的內(nèi)側(cè)面涂覆鎳基涂層；

3）在覆材的外表面涂覆防鍛接涂層；

3）把覆材放置在澆鑄模具中；

4）首先在澆鑄模具的型腔內(nèi)充滿氬氣，然后開(kāi)始澆鑄熔融的基材；

5）澆鑄結(jié)束后充入壓力為0.5-1MPa的氬氣，對(duì)液態(tài)基材進(jìn)行加壓；

6）加壓至液態(tài)基材凝固后，撤除氬氣，制成了鑄造單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件。

氬氣對(duì)覆材的結(jié)合界面進(jìn)行保護(hù)，保證界面冶金結(jié)合度100%。在型腔內(nèi)充滿氬氣后，開(kāi)始澆鑄熔融的基材，澆鑄結(jié)束后蓋上加壓蓋，壓緊鎖扣，開(kāi)始沖入壓力為0.5-1MPa的氬氣，對(duì)液態(tài)基材進(jìn)行加壓，加壓的目的：提高基材界面的冶金結(jié)合率，提高基材的密度。

所述步驟4）中基材的澆鑄溫度高于覆材的熔點(diǎn)2-300℃。

所述步驟6）之后還包括軋制、鍛造或機(jī)械加工等深加工工序。

本發(fā)明所述澆鑄模具包括模具本體和位于模具本體上的金屬蓋，金屬蓋上固定連接有澆口杯，在澆口杯的上口有加壓蓋，所述加壓蓋上有氬氣管路。本發(fā)明的模具本體為金屬哈弗模。

所述加壓蓋與澆口杯通過(guò)鎖扣連接，所述金屬蓋與模具本體通過(guò)鎖扣連接。

所述澆口杯與加壓蓋之間有密封墊，密封墊防止加壓時(shí)漏氣；所述金屬蓋也模具本體之間有密封墊，密封墊防止加壓時(shí)漏氣。

所述金屬蓋相對(duì)型腔的側(cè)面上有耐火襯。金屬蓋上與鋼水接觸的部位有由耐火材料打制的耐火襯，可以保護(hù)金屬蓋，還有保溫作用。

根據(jù)上述方法生產(chǎn)的鑄造單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件。

本發(fā)明的鑄造單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件覆材、基材的規(guī)格：覆材厚度1-300mm；基材厚度：10-600mm。

該發(fā)明生產(chǎn)的單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件具有以下顯著特點(diǎn)：?jiǎn)蚊鎻?fù)合板/復(fù)合鑄件在澆鑄后就實(shí)現(xiàn)了覆材與基材界面100%的冶金結(jié)合，界面結(jié)合強(qiáng)度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可靠；單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件一次澆鑄成型，工藝流程短、能耗低；采用金屬模具鑄造，環(huán)境友好、生產(chǎn)效率高、能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；覆材不被基材熔損，可以復(fù)合任意厚度的基材和覆材。

附圖說(shuō)明

附圖1：鑄造單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件模具本體，

附圖2：鑄造單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件澆鑄模具，

圖中：1-覆材，2-型腔，3-模具本體，4-鎳基涂層，5-防鍛接涂層，6-緊固螺絲，7-密封墊，8-耐火襯，9-金屬蓋，10-澆口杯，11-鎖扣，12-加壓蓋，13-氬氣管路。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

澆鑄覆材1材質(zhì)為鈦板、厚度5－10mm，基材材質(zhì)Q345B，厚度50－100mm的單面復(fù)合鈦板時(shí)：澆鑄溫度1750-1800℃。

生產(chǎn)方法具體包括以下步驟：

1）覆材1的內(nèi)側(cè)面脫除污漬和氧化膜，提高覆材1結(jié)合界面表面活性；

2）在覆材1的內(nèi)側(cè)面涂覆鎳基涂層4；

3）在覆材1的外表面涂覆防鍛接涂層5；

3）把覆材1放置在澆鑄模具中；

4）首先在澆鑄模具的型腔2內(nèi)充滿氬氣，然后開(kāi)始澆鑄熔融的基材；

5）澆鑄結(jié)束后充入壓力為0.5-1MPa的氬氣，對(duì)液態(tài)基材進(jìn)行加壓；

6）加壓至液態(tài)基材凝固后，撤除氬氣，制成了鑄造單面復(fù)合板/復(fù)合鑄件。

其中鎳基涂層4的涂覆方法為等離子噴涂、電弧噴涂或火焰噴涂，該涂覆方法的鎳基涂層4的組成成分按重量份數(shù)為：鎳50-100、鎢10-35、鈷10-25；噴涂鎳基混合涂層的厚度：5-200um。

防鍛接涂層5按重量份數(shù)的組成成分：鋁礬土粉熟料40-60、膨潤(rùn)土粉2-10、石英粉20-40、硅溶膠粘結(jié)劑5-10、水40-60，防鍛接涂層5的施工方法：涂層可以通過(guò)刷涂、噴涂、噴淋、浸涂等。

根據(jù)圖1所示，將已經(jīng)疊合到一起的覆材挾在澆鑄模具本體3中，用若干緊固螺絲6把合緊實(shí)。在兩覆材與澆鑄模具本體3之間形成的空腔，即型腔2，就是待澆鑄基材的模型。

根據(jù)圖2所示，本發(fā)明的澆鑄模具包括模具本體3和位于模具本體3上的金屬蓋9，金屬蓋9上固定連接有澆口杯10，在澆口杯10的上口有加壓蓋12，所述加壓蓋12上有氬氣管路13，加壓蓋12與澆口杯10通過(guò)鎖扣11連接，金屬蓋9與模具本體3通過(guò)鎖扣11連接。澆口杯10與加壓蓋12之間有密封墊7，金屬蓋9與模具本體3之間有密封墊7。金屬蓋9相對(duì)型腔2的側(cè)面上有耐火襯8。

制得的單面復(fù)合鈦板，鈦板與Q345B的界面冶金結(jié)合率為100%，剪切強(qiáng)度大于350MPa。

上述制得的單面復(fù)合板經(jīng)鍛壓后，界面剪切強(qiáng)度大于400MPa。

實(shí)施例2：

澆鑄覆材1材質(zhì)為316L不銹鋼、厚度5－20mm，基材材質(zhì)Q235、厚度50－200mm的單面復(fù)合不銹鋼板時(shí)：澆鑄溫度1600-1650℃。

具體方法步驟和澆鑄模具同實(shí)施例1，

其中鎳基涂層4的涂覆方法為刷涂或噴淋施工方法，該涂覆方法的鎳基涂層的組成成分按重量份數(shù)為：鎳粉50-100、鎢粉10-20、鈷粉10-20、脲醛樹(shù)脂粘結(jié)劑5-10、商品甲醇溶劑40-60，鎳基涂層的涂層厚度：0.1-2.0mm。

防鍛接涂層5按重量份數(shù)的組成成分：鋁礬土粉熟料40-60、膨潤(rùn)土粉2-10、石英粉20-40、鉀水玻璃粘結(jié)劑5-10、水40-60，防鍛接涂層的施工方法：涂層可以通過(guò)刷涂、噴涂、噴淋、浸涂等。

制得的單面復(fù)合板，316L不銹鋼板與Q235基材的界面冶金結(jié)合率為100%，界面剪切強(qiáng)度大于320MPa。

實(shí)施例3

澆鑄覆材1材質(zhì)為2205不銹鋼、厚度5－50mm，基材材質(zhì)Q345、厚度50－500mm的單面復(fù)合不銹鋼板時(shí)：澆鑄溫度1600-1650℃。

具體方法步驟和澆鑄模具同實(shí)施例1，

其中鎳基涂層4的涂覆方法為等離子噴涂、電弧噴涂或火焰噴涂，該涂覆方法的鎳基涂層4的組成成分按重量份數(shù)為：鎳50-100、鎢10-35、鈷10-25；噴涂鎳基涂層4的厚度：5-200um。

防鍛接涂層5按重量份數(shù)的組成成分：鋁礬土粉熟料40-60、膨潤(rùn)土粉2-10、石英粉20-40、白乳膠粘結(jié)劑5-10、水40-60，防鍛接涂層的施工方法：涂層可以通過(guò)刷涂、噴涂、噴淋、浸涂等。

制得的單面復(fù)合板，覆材不銹鋼板與Q345基材的界面冶金結(jié)合率為100%，剪切強(qiáng)度大于350MPa。

上述制得的單面復(fù)合板經(jīng)軋制后，剪切強(qiáng)度大于400MPa。

實(shí)施例4

澆鑄覆材1材質(zhì)為高鉻耐磨白口鑄鐵、厚度10－30mm，基材材質(zhì)ZG230－450、厚度50－200mm的單面復(fù)合鑄件時(shí)：澆鑄溫度1580-1630℃。

具體方法步驟和澆鑄模具同實(shí)施例1，

其中鎳基涂層4的涂覆方法為刷涂或噴淋施工方法，該涂覆方法的鎳基涂層4的組成成分按重量份數(shù)為：鎳粉50-100、鎢粉10-20、鈷粉10-20、脲醛樹(shù)脂粘結(jié)劑5-10、商品乙醇溶劑40-60，鎳基涂層的涂層厚度：0.1-2.0mm。

防鍛接涂層5按重量份數(shù)的組成成分：鋁礬土粉熟料40-60、膨潤(rùn)土粉2-10、石英粉20-40、硅溶膠粘結(jié)劑5-10、水40-60，防鍛接涂層的施工方法：涂層可以通過(guò)刷涂、噴涂、噴淋、浸涂等。

制得的單面復(fù)合鑄件，覆材與基材的界面冶金結(jié)合率為100%，界面剪切強(qiáng)度大于350MPa。

實(shí)施例5

澆鑄覆材1材質(zhì)為高鎳鉻耐腐蝕鑄鐵、厚度10－30mm，基材材質(zhì)HT200、厚度50－100mm的單面復(fù)合鑄件時(shí)：澆鑄溫度1400-1450℃。

具體方法步驟和澆鑄模具同實(shí)施例1，

其中鎳基涂層4的涂覆方法為刷涂或噴淋施工方法，該涂覆方法的鎳基涂層4的組成成分按重量份數(shù)為：鎳粉50-100、鎢粉10-20、鈷粉10-20、脲醛樹(shù)脂粘結(jié)劑5-10、商品甲醇溶劑40-60，鎳基涂層4的涂層厚度：0.1-2.0mm。

防鍛接涂層5按重量份數(shù)的組成成分：鋁礬土粉熟料40-60、膨潤(rùn)土粉2-10、石英粉20-40、硅溶膠粘結(jié)劑5-10、水40-60，防鍛接涂層5的施工方法：涂層可以通過(guò)刷涂、噴涂、噴淋、浸涂等。

制得的單面復(fù)合鑄件，覆材與基材的界面冶金結(jié)合率為100%，界面剪切強(qiáng)度大于160MPa。

實(shí)施例6

澆鑄覆材1材質(zhì)為4Cr25Ni35Mo耐熱高強(qiáng)鋼、厚度10－30mm，基材材質(zhì)ZG35CrMo、厚度50－100mm的單面復(fù)合鑄件時(shí)：澆鑄溫度1630-1680℃。

具體方法步驟和澆鑄模具同實(shí)施例1，

其中鎳基涂層4的涂覆方法為等離子噴涂、電弧噴涂或火焰噴涂，該涂覆方法的鎳基涂層4的組成成分按重量份數(shù)為：鎳50-100、鎢10-35、鈷10-25；噴涂鎳基涂層4的厚度：5-200um。

防鍛接涂層5按重量份數(shù)的組成成分：鋁礬土粉熟料40-60、膨潤(rùn)土粉2-10、石英粉20-40、硅溶膠粘結(jié)劑5-10、水40-60，防鍛接涂層5的施工方法：涂層可以通過(guò)刷涂、噴涂、噴淋、浸涂等。

制得的單面復(fù)合鑄件，覆材與基材的界面冶金結(jié)合率為100%，界面剪切強(qiáng)度大于450MPa。