專利名稱：在薄基板上連續(xù)精確復合綜合性防護材料的金屬復合板制備方法及其金屬復合板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬復合板材及其生產方法，進一步是指在普碳鋼或低合金鋼薄基板 上復合具有防腐、耐磨、抗沖蝕等綜合性能材料層的復合薄板制備技術及產品。
背景技術：
目前，金屬復合板制造方法主要有爆炸法、堆焊法、直接軋制法。爆炸法制備的不銹鋼復合板的硬度值HB < 300，不能滿足很多工況條件下機械裝 備的防腐、耐磨、抗沖蝕性要求，且耐特定環(huán)境(如高溫硫腐蝕等)或介質腐蝕性(如高溫 酸或堿)較差；同時，該制備方法只能生產復合層厚度1mm以上或復合板總厚度2mm以上的 金屬復合板。堆焊法制備的金屬復合板雖然滿足眾多工況條件下耐磨、抗沖蝕的要求，但只能 生產復合層厚度大于3mm、基板厚度大于5mm的金屬復合板；而且，該制備方法的加工痕跡 明顯，復合板表面粗糙不平整，存在大量的宏觀或微觀裂紋，導致復合板耐腐蝕性能差，應 用范圍受到限制。直接軋制法不適用于生產較高硬度復合層的金屬復合板，且用于生產總厚度極小 (如<lmm)的金屬復合板時工藝復雜，成本高。因此，也存在一定的局限性。在工程機械、環(huán)保機械、物流機械、水工機械及石油化工、冶金、電力、建材、礦山和 特種車輛等應用領域的機械裝備往往直接與各種物料，如粉塵、顆粒、塊狀物、腐蝕性液體、 氣體或固體介質等以及高溫等環(huán)境接觸，此類物質在收集、儲存、轉運、輸送、排放等過程中 會使機械裝備同時受到腐蝕、磨損、沖刷等綜合作用，從而降低機械裝備的可靠性和使用壽 命。而爆炸法、堆焊法或直接軋制法制備的金屬復合板大都只適應單一的工況條件，如防腐 或者耐磨等；而且，上述三種制備方法可實現(xiàn)的復合層與基板的厚度組合有限，在針對不同 工況條件時合理利用性有限，容易導致材料的浪費。研發(fā)具有防腐、耐磨、抗沖蝕等綜合性能的金屬復合板材，特別是薄基板的金屬復 合板材，顯得十分重要。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術存在的不足，提出一種在薄基板上連 續(xù)精確復合綜合性防護材料的金屬復合板制備方法及其金屬復合板，其方法可生產具備優(yōu) 良的防腐、耐磨、抗沖蝕等綜合性能及不同厚度的、成型性好的薄基板金屬復合板材，且制 備的金屬復合板材的復合界面組織均勻、結合強度高、厚度一致性好；本發(fā)明方法還具有效 率高、成本低、制備工藝簡單、綜合性能強、性價比高、節(jié)能降耗、環(huán)保等優(yōu)點。本發(fā)明的技術方案之一是，所述在薄基板上連續(xù)精確復合綜合性防護材料的金屬 復合板制備方法為，以0. 8mm-5mm厚的普通碳鋼或低合金鋼薄板為基板，通過以下步驟制 備復合板
(1)基板表面活化處理對連續(xù)運行進入表面處理加工區(qū)域的基板的待復合表面 進行噴砂或噴丸處理，同時起到基板表面去油、除銹等作用；(2)涂覆在涂覆加工區(qū)域，將復合層材料均勻覆于經(jīng)活化處理后的基板面上；復 合層材料的厚度是0. 15mm-4. 8mm，該復合層材料制成產品后的復合材料層厚0. lmm-2mm ；(3)預結合a.復合層材料是粉末料時，采用將粉末壓實的工藝使復合層材料與基板預結合， 成為預結合板材；b.復合層材料是粉末原料與溶膠或溶劑的混合物時，將涂覆了復合層材料的板材 在一定溫度下進行烘烤處理，使復合層材料中的溶劑揮發(fā)、復合層材料與基板粘合而實現(xiàn) 預結合，成為預結合板材；(4)加熱對進入加熱區(qū)域的預結合板材進行加熱，使復合層材料熔融而與基板 形成良好的界面冶金結合，得金屬復合薄板；(5)后續(xù)處理可對所制得的金屬復合薄板進行整平、按使用要求進行尺寸裁割寸。以下對本發(fā)明做出進一步說明。本發(fā)明所采用的復合層材料可選用以下物料中的一種a.粉末材料；b.粉末材料與溶膠的均勻混合物；粉末材料與溶膠的質量比可以是7-16 1，此時溶膠可完全填滿上述粉末顆粒之 間的空隙；溶膠可由粘結劑與溶劑充分攪拌而成；c.粉末材料與溶劑的均勻混合物；粉末材料與溶劑的質量比可以是7-16 1 ；所述粉末材料為金屬粉末，或金屬粉末與陶瓷粉末的均勻混合物；所述粉末的粒 度為-150目以下。粉末材料為金屬粉末與陶瓷粉末的均勻混合物時，陶瓷粉末的重量比用量< 70% (即陶瓷粉末的重量比用量不大于該均勻混合物重量的70% )。所述金屬粉末是熔點在800°C -1350°C之間的Fe基、Ni基、Cu基、Co基金屬或合 金粉末，如 FeCrBSi、NiFeCrBSi、NiCrBSi、NiCrSi、NiSiB、Ni_P、NiCrWB、NiMnSiCu、CuMnCo、 CuMnNi 或 CoNiCrBSi 等。所述陶瓷粉末為WC、CrC、BC、SiC或TiC等。所述溶劑可以是蒸餾水、碳氫化合物、乙二醇、乙醇、二甲苯或蒸發(fā)數(shù)為10-100之 間的酮類，如聚苯乙烯+20wt % -40wt % 二甲苯，15wt %聚乙烯醇+蒸餾水等。所述粘結劑可以是聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚丁烯、聚苯乙烯或纖維素衍生物。所述加熱可采用電感應加熱，使被加熱的板材連續(xù)通過由感應線圈做為加熱源的 加熱區(qū)域；也可采用其他能使復合板表面均勻加熱的方式。所述感應加熱在大氣環(huán)境、還原性氣氛保護(H2、分解氨、天然氣等)、惰性氣體保 護(C02、N2、Ar等)或真空中進行。所述加熱熔融溫度為810°C -1360°C。
本發(fā)明的技術方案之二是，薄基板復合綜合性防護材料的金屬復合板的結構為，在0. 8mm-5mm厚的普通碳鋼或低合金鋼薄基板上依次經(jīng)涂覆復合層材料、壓實或加熱產生 預結合、加熱使復合層材料熔融與薄基板形成冶金結合而復合有具備防腐、耐磨、抗沖蝕綜 合性能的復合材料層，復合材料層厚度0. lmm-2mm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下積極效果(1)復合板的總厚度最薄為0.9mm，復合層厚度可實現(xiàn)連續(xù)精確控制，在 0. 1-2. 0mm (復合層)+0. 8-5. 0mm (基板)范圍內多種組合，因此，容易獲得適配不同工況條 件要求的最佳厚度組合，實現(xiàn)資源的合理利用。(2)復合層的成分可根據(jù)用戶使用要求，設計并制備出具有不同成分或成分組合 的復合層材料，實現(xiàn)金屬復合板的防護特性優(yōu)先針對某一特定工況條件。(3)復合板的成型性好，同時具有防腐、耐磨、抗沖蝕等綜合性能，可廣泛應用于工 程機械、環(huán)保機械、物流機械、水工機械、石油化工、冶金、電力、建材、礦山及特種車輛等；(4)復合層材料與基板可形成良好冶金結合界面，復合界面組織均勻、結合強度 高、厚度一致性好(5)復合層材料的利用率可達98%以上，甚至可實現(xiàn)100%的材料利用率，是一種 近凈制備技術；(6)可實現(xiàn)迅速升溫并精確控溫，工藝完成時間短。當工作環(huán)境為大氣環(huán)境時，氧 化、夾雜等情況大大減少，獲得的復合層性能優(yōu)異；當工作環(huán)境為氣氛保護時，所需的保護 氣體量大大降低，具有節(jié)能降耗、環(huán)保的優(yōu)點。(7)復合板加熱時，結合板材連續(xù)輸送加熱的方式，熱效率高。(8)原料粉末來源廣泛，可采用低價格粉末(如Fe基等)，復合層材料可多元化， 且待復合基板的前處理要求不高，具有制備工藝簡單、生產成本低的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明金屬復合薄板感應加熱的結構示意圖；圖2為本發(fā)明金屬復合薄板的生產工藝流程圖。在圖中1-感應電源，2-復合層，3-感應線圈，4-涂覆的復合層材料，5-基板。
具體實施例方式下面結合實施例來進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的內容不局限于實施例。實施例1 在2000 X 1200 X 1. 0mm的普碳鋼基板上復合0. 8mm厚度的單一金屬粉 末Nil5Fel6Cr3. 5B4Si。按材料利用率98%計算，得知復合層材料厚度需要1. 2mm。具體步 驟如下步驟1)復合層材料制備選用粉末粒度-200+250目，溶膠組成15wt. %聚乙烯醇 +蒸餾水。經(jīng)計算后稱取14. 81kg的金屬粉末，1.72kg的溶膠，混合并攪拌均勻。步驟2)活化處理對待復合基板做噴砂活化處理，同時起到基板表面去油、除銹
等作用。步驟3)涂覆將復合層材料均勻涂覆于經(jīng)活化處理后的Q235普碳鋼基板上。步驟4)預結合在120°C溫度下保溫30min，使蒸餾水揮發(fā)，以使復合層材料與基 板粘合。
步驟5)感應加熱在普氮氣氛保護下，設定高頻感應加熱器的功率，將待行進板 前端置于感應線圈中，在40s時間內迅速升溫至1080°C，感應線圈包圍的復合板部分溫度 迅速上升，預結合粉末發(fā)生熔融，此時開始以10mm/S的速度移動復合板至另一端，然后對 金屬復合板進行輥軋整平處理，并對復合板表面進行檢測。
測得復合層厚度為0. 8mm,表面平均硬度為HRC58，界面結合強度為271MPa，耐 高溫介質腐蝕性能優(yōu)于0Crl8Ni9不銹鋼，耐磨粒磨損0. 191mm/h，磨損條件為主軸轉速 350r/min，壓力 30kg，介質為 220ml 自來水+25g (-140+320 目)SiC。實施例2 在300 X 400 X 3. Omm普碳鋼基板上復合1. Omm厚度的ColONi32Cr3B3Si 材料。按材料利用率98%計算，得知金屬粉末厚度需要1.6mm。具體步驟如下步驟1)復合層材料準備選用粉末粒度-275+325目。經(jīng)計算后稱取0. 955kg的 金屬粉末。步驟2)活化處理對待復合基板做噴砂活化處理，同時起到基板表面去油、除銹 等作用。步驟3)涂覆將復合層材料均勻涂覆于經(jīng)活化處理后的Q235普碳鋼基板上。步驟4)預結合對復合層材料進行壓實處理，使其粘合在基板上。步驟5)感應加熱在大氣環(huán)境下，設定高頻感應加熱器的功率，待行進板前端置 于感應線圈中，在65s時間內迅速升溫至1160°C，感應線圈包圍的復合板部分溫度迅速上 升，預結合粉末發(fā)生熔融，此時開始以10mm/S的速度移動復合板至另一端，然后對金屬復 合板進行輥軋整平處理，并對復合板表面進行檢測。測得復合層厚度為1. Omm，表面平均硬度為HRC48，界面結合強度為268MPa，耐高 溫沖刷性能好，耐磨粒磨損0. 193mm/h,磨損條件為主軸轉速350r/min，壓力30kg，介質為 220ml 自來水+25g (-140+320 目)SiC。實施例3 在1000X500X5. Omm的普碳鋼基板上復合1. 5mm厚度的Fe32Cr3B4Si 材料。按材料利用率98%計算，得知復合層材料厚度需要2. 4mm。具體步驟如下步驟1)復合層材料制備選用粉末粒度-150+200目，溶劑為酒精。經(jīng)計算后稱取 5. 97kg金屬粉末，量取850ml酒精，混合后攪拌均勻。步驟2)活化處理對待復合基板做噴砂活化處理，同時起到基板表面去油、除銹 等作用。步驟3)涂覆將復合層材料均勻涂覆于經(jīng)活化處理后的Q235普碳鋼基板上。步驟4)預結合對涂覆有復合層材料的復合板置于100°C保溫30min，使酒精揮 發(fā)，以使復合層材料與基板粘結。步驟5)感應加熱在分解氨氣氛保護下，設定高頻感應加熱器的功率，待行進板 前端置于感應線圈中，在IOOs時間內迅速升溫至1280°C，感應線圈包圍的復合板部分溫度 迅速上升，預結合粉末發(fā)生熔融，此時開始以10mm/S的速度移動復合板至另一端，然后對 金屬復合板進行輥軋整平處理，并對復合板表面進行檢測。測得復合層厚度為1. 5mm,表面平均硬度為HRC52，界面結合強度為245MPa，耐腐 蝕性能優(yōu)于0Crl3不銹鋼，耐磨粒磨損0. 198mm/h,磨損條件為主軸轉速350r/min，壓力30kg，介質為 220ml 自來水+25g (-140+320 目)SiC。實施例4 在300X400X2. 0mm的普碳鋼基板上復合0. 6mm厚度的40wt. %金屬粉 末Ni8Cr2B3Si+40wt. % WC陶瓷粉末材料。按材料利用率98%計算，得知復合層材料厚度 需要1. 4mm。具體步驟如下步驟1)粉末原料準備選用粉末粒度均為-275+325目，溶膠組成15wt. %聚乙烯 醇+蒸餾水。經(jīng)計算后稱取的金屬粉末1. 40kg和0. 931kg的WC陶瓷粉末，混合并攪拌均 勻。步驟2)復合層材料制備經(jīng)計算后稱取0. 16kg溶膠，與粉末原料混合并攪拌均 勻。步驟3)活化處理對待復合基板做噴砂活化處理，同時起到基板表面去油、除銹 等作用。步驟4)涂覆將復合層材料均勻涂覆于經(jīng)活化處理后的Q235普碳鋼基板上。步驟5)預結合在120°C溫度下保溫30min，使溶劑揮發(fā)，以使復合層材料與基板 粘合。步驟6)感應加熱在普氮環(huán)境下，設定高頻感應加熱器的功率，待行進板前端置 于感應線圈中，在55s時間內迅速升溫至1120°C，感應線圈包圍的復合板部分溫度迅速上 升，預結合粉末發(fā)生熔融，此時開始以10mm/S的速度移動復合板至另一端，然后對金屬復 合板進行輥軋整平處理，并對復合板表面進行檢測。測得復合層厚度為0. 6mm,表面平均硬度為HRC58，界面結合強度220MPa，耐磨 粒磨損0. 182mm/h,磨損條件為主軸轉速350r/min，壓力30kg，介質為220ml自來水 +25g (-140+320 目)SiC。
權利要求
一種薄基板上連續(xù)精確復合綜合性防護材料的金屬復合板制備方法，其特征是，以0.8mm-5mm厚的普通碳鋼或低合金鋼薄板為基板，通過以下步驟制備復合板(1)基板表面活化處理對連續(xù)運行進入表面處理加工區(qū)域的基板的待復合表面進行噴砂或噴丸處理，同時起到基板表面去油、除銹等作用；(2)涂覆在涂覆加工區(qū)域，將復合層材料均勻覆于經(jīng)活化處理后的基板面上；復合層材料的厚度是，該復合層材料制成產品后的復合材料層厚0.1mm-2mm；(3)預結合a.復合層材料是粉末料時，采用將粉末壓實的工藝使復合層材料與基板預結合，成為預結合板材；壓實壓力為60MPa-120Mpa；b.復合層材料是粉末原料與溶膠或溶劑的混合物時，將涂覆了復合層材料的板材在進行烘烤處理，使復合層材料中的溶劑揮發(fā)、復合層材料與基板粘合而實現(xiàn)預結合，成為預結合板材；烘烤溫度為80℃-180℃，時間為20min-60min；(4)加熱對進入加熱區(qū)域的預結合板材進行加熱，使復合層材料熔融而與基板形成良好的界面冶金結合，得金屬復合薄板；加熱溫度為810℃-1360℃，時間為30s-3min；所述復合層材料為以下物料中的一種a.粉末材料；b.粉末材料與溶膠的均勻混合物，粉末材料與溶膠的質量比為7-16∶1；c.粉末材料與溶劑的均勻混合物，粉末材料與溶劑的質量比可以是7-16∶1；所述粉末材料為金屬粉末，或金屬粉末與陶瓷粉末的均勻混合物；所述粉末的粒度為-150目以下；粉末材料為金屬粉末與陶瓷粉末的均勻混合物時，陶瓷粉末的重量比用量≤70％；所述金屬粉末是熔點在800℃-1350℃之間的Fe基、Ni基、Cu基、Co基金屬或合金粉末。
2.根據(jù)權利要求1所述薄基板上連續(xù)精確復合綜合性防護材料的金屬復合板制備方 法，其特征是，對所制得的金屬復合薄板進行整平、按使用要求進行尺寸裁割。
3.根據(jù)權利要求1所述薄基板上連續(xù)精確復合綜合性防護材料的金屬復合板制備方 法,其特征是，所述金屬粉末為 FeCrBSi、NiFeCrBSi、NiCrBSi、NiCrSi、NiSiB、Ni-P、NiCrWB、 NiMnSiCu、CuMnCo、CuMnNi 或 CoNiCrBSi 粉末。
4.根據(jù)權利要求1所述薄基板上連續(xù)精確復合綜合性防護材料的金屬復合板制備方 法，其特征是，所述陶瓷粉末為WC、CrC、BC、SiC或TiC。
5.根據(jù)權利要求1所述薄基板上連續(xù)精確復合綜合性防護材料的金屬復合板制備方 法，其特征是，所述溶劑是蒸餾水、碳氫化合物、乙二醇、乙醇、二甲苯或蒸發(fā)數(shù)為10-100之 間的酮類。
6.根據(jù)權利要求1所述薄基板上連續(xù)精確復合綜合性防護材料的金屬復合板制備方 法，其特征是，所述粘結劑是聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚丁烯、聚苯乙烯或纖維素衍生物。
7.根據(jù)權利要求1所述薄基板上連續(xù)精確復合綜合性防護材料的金屬復合板制備方 法，其特征是，所述加熱采用電感應加熱，使被加熱的板材連續(xù)通過由感應線圈做為加熱源 的加熱區(qū)域。
8.根據(jù)權利要求7所述薄基板上連續(xù)精確復合綜合性防護材料的金屬復合板制備方法，其特征是，所述感應加熱在大氣環(huán)境、還原性氣氛保護、惰性氣體保護或真空中進行。
9. 一種薄基板復合綜合性防護材料的金屬復合板，其特征是，它的結構為，在 0. 8mm-5mm厚的普通碳鋼薄基板上依次經(jīng)涂覆復合層材料、壓實或加熱產生預結合、加熱使 復合層材料熔融與薄基板形成冶金結合而復合有具備防腐、耐磨、抗沖蝕綜合性能的復合 材料層，復合材料層厚度0. lmm-2mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在0.8-5.0mm厚度的普碳鋼或低合金鋼基板上，連續(xù)精確復合0.1-2.0mm厚度的具有防腐、耐磨、抗沖蝕等綜合性能材料的金屬復合薄板制備方法及產品。方法包括以下步驟①粉末原料準備；②復合層材料制備；③活化處理；④涂覆；⑤預結合；⑥加熱處理；⑦后續(xù)處理。本發(fā)明具有高效率、低成本、制備工藝簡單、性價比高、節(jié)能降耗環(huán)保等優(yōu)點；且復合界面組織均勻、結合強度高、厚度一致性好；同時，該復合板的成型性好，并具備優(yōu)良的防腐、耐磨、抗沖蝕等綜合性能，可廣泛應用于工程機械、環(huán)保機械、物流機械、水工機械、石油化工、冶金、電力、建材、礦山及特種車輛等。
文檔編號B32B37/24GK101863151SQ2010101871
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月31日 優(yōu)先權日2010年5月31日
發(fā)明者閔小兵 申請人:閔小兵