本發(fā)明屬于復合材料領域，具體涉及一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備。

背景技術：

復合材料是一個極其龐大的產(chǎn)品“家族”體系。復合材料((Composite materials)是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產(chǎn)生協(xié)同效應，使復合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。金屬復合材料根據(jù)復合方式和所復合出的材料性能的不同，按照目前國內(nèi)外對該類材料的劃分方法分為：化學擴散復合和層狀復合兩種。

雙金屬（層狀金屬）復合材料是利用復合技術將兩種或兩種以上的具有不同的物理、化學、力學性能的金屬材料通過一定的工藝進行復合，制備成一種新型材料。復合后的雙金屬（層狀金屬）各自金屬仍然保持原有的特性，但是其綜合物理、化學、力學性能比單一金屬要優(yōu)越得多，使材料（產(chǎn)品）的不同部位具有不同的性能，以滿足不同的使用要求。它與分散強化型材料不同，層狀復合材料不是一種材料分散于另一種材料之中，而是各組元材料自成一個或數(shù)個整體，組元之間以界面結(jié)合的方式復合成一體。通過選擇不同的金屬和合理的復合工藝，能極大的改善材料的斷裂韌性、沖擊韌性、抗磨損、抗腐蝕以及熱、電等許多性能，對某些脆性材料還能通過與塑性材料的復合來克服其變形能力差的缺點。雙金屬（層狀）復合材料可以發(fā)揮組元材料各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)各組元材料資源的最優(yōu)配置，節(jié)約稀有或較貴的金屬材料，實現(xiàn)單一金屬不能滿足的性能要求。

雙金屬(層狀)復合材料是通過鑄造、軋制、擠壓、焊接、膠接以及浸漬等加工方法使兩種以上的具有不同物理、化學乃至力學性能的金屬在界面產(chǎn)生冶金結(jié)合，使整個接觸面上相互牢固地結(jié)合在一起而形成一個整體的一種新型復合材料。它通常是一種合金具有高的力學性能，而另一種或幾種合金則具有抗磨、耐腐蝕、耐熱等特殊使用性能。該種復合方法在界面的兩側(cè)保持了原有的組分，而在界面處產(chǎn)生了過渡層的冶金結(jié)合，從而使得該種復合材料具有兩種材料的“復合效應”。它通常是一種合金具有高的力學性能，而另一種或幾種合金則具有抗磨、耐腐蝕、耐熱等特殊使用性能。它克服了兩種金屬各自的缺點，發(fā)揮兩種金屬的優(yōu)點，使材料的不同部位具有不同的性能，以適應各種惡劣工況，滿足不同環(huán)境下對材料的特殊要求，延長部件使用壽命。雙金屬復合材料通過揚長補短，具有良好性能，廉價的成本，并在資源的合理利用方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，因而在航空、石油、化工、造船、汽車、電子、原子能、建筑、冶金、礦山、電力、煤炭等工業(yè)領域中得到廣泛應用。

隨著工業(yè)的進步，科技的發(fā)展，對材料的要求逐步提高。如礦山、冶金、建材機械的大部分易損件，工作條件惡劣，要求既有高的沖擊韌性，又有高的耐磨性；在化工、建筑等領域，即要求材料要具有一定的強度，又要求材料要具有一定的耐腐蝕性能。在實際生產(chǎn)中，相當多的零部件要求材料既要有良好的韌性，以抵抗物料在工作中所受的沖擊作用，防止部件發(fā)生斷裂現(xiàn)象，同時又要求其具有高的強度及良好的耐磨性能或者抗腐蝕性能，以保證部件的使用壽命和降低經(jīng)濟損失。實際上，一種材料很難同時滿足上述兩種要求。尤其是目前，單一材料的零件已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)過程中多方面的要求。但是一種材料同時具有高韌性和高硬度或者抗腐蝕性能、耐熱性能在實際生產(chǎn)中是非常難以達到的。所以，復合材料及材料的復合成型工藝已成為金屬材料學的一個重要分支，在最近幾年中受到了廣大學者的廣泛關注。

世界科學技術的不斷發(fā)展，極大的促進了雙金屬復合材料技術的研究開發(fā)，近年來，關于金屬復合材料的制作方法也越來越多，生產(chǎn)技術也日益成熟。就目前的研究狀況而言，雙金屬復合材料的研究主要著重在其制備技術方面，目前的制備方法大致都屬于以下三個范疇：固一固相復合法、固一液相復合法和液一液相復合法。目前金屬材料的復合成型工藝應用較多的方法主要有：爆炸焊接+熱軋法、釬焊熱軋法、直接軋制復合法、擠壓法、噴射沉積法、鑄造復合、離心鑄造復合、電渣復合、堆焊復合、噴射沉積復合、粘接復合、連續(xù)澆注復合法（CPC）、液態(tài)金屬電渣復合工藝（ESSLM）等。其中鑄造法生產(chǎn)復合材料的成本較低，因此鑄造法用于制造復合材料制品得到很大的發(fā)展。

“液一液”復合鑄造的一種新形式是連續(xù)鑄造復合法，其原理是將兩種液態(tài)的金屬液一起澆進模具中進而成型的一種復合方法。這種方法的典型代表是雙流澆注連續(xù)鑄造法和電磁控制雙金屬連續(xù)鑄造法。

固液復合鑄造是一種十分簡單、經(jīng)濟、有效的雙金屬復合方法，在雙金屬復合材料制造中獲得了廣泛的應用。固液復合鑄造技術是將覆層金屬液澆注到已預制好的基體金屬上或?qū)⒁驯砻嫣幚砗玫幕w金屬沉沒于覆層金屬液中，通過兩種金屬間的擴散反應形成連續(xù)的金屬間擴散，從而形成復合材料的工藝方法，通過連接不同的材料使零件具備多樣化和復雜的性能，并能減少生產(chǎn)過程中的工序。許多研究都使用復合鑄造來連接相同或相異金屬對，如鋼/鑄鐵、鋼/鋁、銅/鋁、鋁/鋁、鎂/鎂、鋁/鎂、鈦/鋁。

固液復合鑄造的工藝方法有很多，比如擠壓復合鑄造、金屬模復合鑄造、砂模復合鑄造、超聲復合鑄造、離心復合鑄造、實型復合鑄造、壓力復合鑄造、精密復合鑄造、鑲鑄等，因而又將液固雙金屬復合稱為包覆復合法和鑲鑄復合法。其中，新型雙金屬包覆鑄造是隨著節(jié)能減排的推進，在傳統(tǒng)材料固一液復合鑄造的基礎上，將不同的金屬材料、鑄造工藝、表面處理工藝或者溫度壓力條件相結(jié)合的一種新興鑄造方法。該方法具有成品比強度高、界面結(jié)合強度好、制造成本低、適應大范圍工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)勢。

鑲鑄是在澆注前在鑄型里提前放入加工好的其他材質(zhì)的零件，將復合金屬液通過一定的方式澆入鑄型內(nèi)，鑄造合金液在凝固時將零件包緊，使其和鑄造合金成為一體，達到提高鑄件局部性能的目的。因此，常見的液固雙金屬鑄造，根據(jù)芯材是否預熱及使用熱源情況，分為3種：即芯材不預熱；利用外加熱源(如電阻爐、煤氣爐等)對芯材進行預熱；利用感應加熱裝置和方式對芯材預熱和金屬液進行加熱，并在感應加熱狀態(tài)下對凝固進行控制，可以延長固液熱作用時間，是提高雙金屬鑄造質(zhì)量十分有效的辦法。目前已經(jīng)在部分機械行業(yè)得到了應用。

鑄造法生產(chǎn)的缺點是:所制成的雙金屬復合材料中有氣泡、夾有雜質(zhì)，雙金屬之間的界面產(chǎn)生收縮，最終產(chǎn)品還需要去除澆冒口等，因此質(zhì)量差、成品率低，產(chǎn)品定型差。

眾所周知，雙金屬包覆產(chǎn)品一定程度上可以同時獲得芯部材料和表面材料的優(yōu)良性能，相較于通常所使用的比較昂貴的材料，有明顯的經(jīng)濟上的優(yōu)勢。而要實現(xiàn)兩種組分、屬性完全不同的材料的冶金復合，要在不影響金屬基體材料性能的前提下通過鑄造的方法讓兩種不同屬性和組分的金屬材料結(jié)合為一體，并且不產(chǎn)生分層、夾渣、雙金屬結(jié)合界面不牢固，產(chǎn)品質(zhì)量差等明顯缺陷，是一個較難實現(xiàn)的工藝技術。中國發(fā)明專利201410194604.4 和200610047348.1 分別公開了通過雙金屬離心鑄造制備鋼背銅合金雙金屬軸套和大型銅鋼雙金屬調(diào)整螺母的工藝方法。離心鑄造銅鋼雙金屬工藝有以下幾個方面的不足：1) 僅適合旋轉(zhuǎn)體，在生產(chǎn)異形鑄件時有局限性；2) 在鑄造銅合金時容易造成組分比重偏析；3) 普通離心鑄造工藝不能實現(xiàn)銅鋼雙金屬的冶金結(jié)合。中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?00710011269.X，公開了一種制造銅包鋁排的專用設備，該專利裝置由銅管固定架7，夾具8，底端擋蓋9組成。此裝置存在的問題在于：其一，每套裝置一次只能澆鑄一根雙金屬坯料，生產(chǎn)效率低下，難以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；其二，夾具位置固定對于較短的銅管無法緊固，該裝置的通用性不好；其三，銅管安裝不便，難以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。中國發(fā)明專利專利號為ZL200610112817.3公開了一種包覆材料水平連鑄直接復合成形設備與工藝，該專利裝置由芯部金屬控溫坩堝10、包復層金屬控溫增禍11、芯部金屬液澆鑄管12、包復層金屬結(jié)晶器13、牽引機構(gòu)14、測溫儀、加熱元件、二次冷卻裝置15組成。此裝置存在的問題在于：其一，結(jié)構(gòu)復雜，制造難度大，制造成本高；其二，雙金屬結(jié)合界面難于控制造成制品金屬間界面不清，坯料質(zhì)量不穩(wěn)定。

受電子、電力、電器、冶金、機械、汽車、建筑和生活用品等產(chǎn)業(yè)領域需求的牽引，對高強度、高韌性等高綜合性能復合材料的需求與日俱增。而固液復合鑄造工藝則是發(fā)展高綜合性能復合材料的重要方向之一。如目前應用于防盜門、窗和護欄的材料主要是碳鋼或不銹鋼管，但碳鋼存在容易生銹的致命缺點。而由于不銹鋼材料的價格較為昂貴，所以通常不采用不銹鋼棒材，即使采用不銹鋼棒材也是直徑較小的棒，因此大多采用不銹鋼管材，也有采用在不銹鋼管中插入鋼筋的辦法，但是不銹鋼管內(nèi)壁面與鋼筋存在間隙，這樣一來，其剛性就較差，用它做防盜門或窗的護欄的安全性、可靠性就保證不了，因此采用外層是不銹鋼，內(nèi)層為碳鋼的雙金屬復合材料既解決了材料的剛性，又解決了材料表面耐腐蝕性，材料容易制造、產(chǎn)品價格低，從而完美的解決了上述難題。雙金屬復合材料用途多、應用范圍廣，已在許多領域的多種場合獲得了廣泛使用。

目前金屬復合棒材的制備方法主要有:(1)澆鑄包覆法，(2)熱浸涂法和電鍍法，(3)軋制壓接法，(4) 包覆焊接法，(5)靜液擠壓法，(6)填芯連續(xù)鑄造復合法等。上述工藝方法基本上均是采用固相復合法，即通過塑性變形使兩金屬在結(jié)合界面上形成結(jié)合點，再經(jīng)擴散熱處理，最終形成界面的冶金結(jié)合。存在的主要問題是：由于長時間處于高溫下，異種金屬界面易形成脆硬的金屬間化合物，結(jié)合強度和氣密性都會大幅降低；此外，要求第一道次的加工率大，由于此時兩金屬不是一個整體以及兩金屬力學性能的差異，并直接與高溫空氣接觸，便會造成外層金屬管形變后厚度不均勻和表面發(fā)生氧化。中國專利CN2485066Y提出了“一種碳鋼芯不銹鋼復合棒材”，即在碳鋼芯棒的外面曲卷壓合上一層不銹鋼片。這種不銹鋼復合棒和單一的碳鋼棒材和不銹鋼棒材比較，表面較為美觀，耐腐蝕，具有較高的剛性強度，但是，界面結(jié)合強度較低、氣密性差、外層厚度不均勻、表面質(zhì)量難以控制。這種結(jié)構(gòu)上的不足使復合棒在使用過程中界面漏氣且受壓后易脫落。

近年來，研究人員在結(jié)合機理、界面反應、中間化合物的微觀結(jié)構(gòu)和復合規(guī)律、固液復合材料的力學和電學性能方面的研究都有長足的進步，但從國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來看，目前固液復合鑄造存在的主要問題為：(1)在不加外部熱源的條件下，液固雙金屬界面難于形成強固的冶金結(jié)合；(2)當外材與芯材固態(tài)收縮率差異較大時，界面兩側(cè)形成巨大的鑄造應力。當鑄造應力超過界面結(jié)合強度時，導致開裂。(3)在工藝方面，充分利用高壓鑄造、擠壓鑄造、消失模鑄造等先進的復合鑄造方法以及感應加熱、外加磁場等工藝手段來精確控制復合鑄造過程，減少復合界面的化學缺陷和結(jié)構(gòu)缺陷，提高界面穩(wěn)定性，從而獲得結(jié)合良好、電力學性能優(yōu)異的復合鑄造部件。

隨著能源危機和環(huán)保問題的日益嚴重，人們對節(jié)能減排產(chǎn)品的需求越來越多，隨著環(huán)境保護、節(jié)約能源的提出，對新型雙金屬復合材料生產(chǎn)工藝的研究，特別是發(fā)展最為悠久、工藝最為簡單、成本最為低廉的鑄造工藝要求不斷提高。由于目前鑄造工藝復雜、產(chǎn)品穩(wěn)定性較差、壽命問題以及制造成本較高等因素，雙金屬復合鑄造應用的還比較少。然而，該工藝的優(yōu)越性、良好的發(fā)展前景和巨大的應用潛力已展現(xiàn)。由我國鋼鐵工業(yè)協(xié)會制訂的《鋼鐵行業(yè)2015 - 2025年技術發(fā)展預測》，強調(diào)了復合材料制造技術是我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)在未來十年內(nèi)的發(fā)展方向之一。因此，如何將鑄造工藝與各種材料加工處理工藝結(jié)合起來，以降低制造成本、簡化生產(chǎn)工藝、節(jié)約能源，不斷推動雙金屬復合鑄造行業(yè)的發(fā)展是金屬基復合材料制造領域研究的重點。

為了滿足市場需求，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高投入產(chǎn)出合格率，就必須在工藝技術上有所突破。因此研究開發(fā)新型雙金屬復合制造工藝是實現(xiàn)高性能金屬復合材料高質(zhì)量、低成本、高效率生產(chǎn)的關鍵。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有雙金屬復合技術存在的問題，彌補現(xiàn)有鑄造法制造雙金屬工藝的不足，本發(fā)明提供了一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備，提供一種流程短、方法簡便、設備投資小、生產(chǎn)效率高、成本低、性能好的且非常適合工業(yè)化大批量生產(chǎn)雙金屬復合材料的工藝方法及設備。

為了解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

解決其技術問題的設備方案是：該設備由升降設備、感應加熱設備、燃氣加熱設備、澆注系統(tǒng)組成；所述的升降設備為單立柱式或者龍門式結(jié)構(gòu)，在升降立柱（2）上安裝有傳動系統(tǒng)（1），通過傳動系統(tǒng)（1）轉(zhuǎn)動升降螺桿（3）或液壓缸（3）帶動安裝在升降立柱（2）上的升降臂（4）以所設定的速度上下移動，在升降臂（4）的上面安裝有電磁感應加熱器（5），電磁感加熱器（5）與電磁感應電源控制柜相連接，在升降設備的下部安裝有澆注底板（13），在澆注底板（13）上開有澆注流道曹，在澆注底板（13）上的澆注流道曹內(nèi)安裝有耐火材料制作的澆注流道磚（12），外層復合材料管（6）固定在澆注底板（13）的上面，在外層復合材料管（6）的外部包覆一層耐火材料纖維（8），或者安裝有傳導加熱套（19），電磁感應加熱器（5）安裝在外層復合材料管（6）外面的耐火材料纖維（8）的外部，或者直接安裝在外層復合材料管（6）的傳導加熱套（19）的外部，在外層復合材料管（6）的側(cè)面安裝有中注管（11），中注管（11）的下部與澆注流道磚（12）相連接，澆注流道磚（12）內(nèi)有澆注流道（14），金屬液出口安裝在外層復合材料管（6）底部的中心位置，中注管（11）的上部安裝有澆鑄漏斗（10），在澆注漏斗（10）的上面有澆注包（9），在外層復合材料管（6）的上面安裝有保溫冒口（25）和測溫熱電偶（15），在澆注底板（13）的下面安裝有底水箱（17），在底水箱（17）一側(cè)的下部安裝有進水管（16），在底水箱（17）一側(cè)的上部安裝有出水管（18）；

當采用燃氣加熱時在外層復合材料管（6）的外部安裝有保溫模具（20），保溫模具（20）固定在澆注底板（13）的上面，在保溫模具（20）的內(nèi)層貼有保溫耐火材料（21），在保溫模具（20）與外層復合材料管（6）的中間間隙內(nèi)安裝有燃氣供氣管（24），在燃氣供氣管（24）的上面均勻的安裝有燃氣噴嘴（23），在保溫模具（20）的上面安裝有保溫蓋板（22）；

當采用頂部直接澆注時，在澆注包（9）的下面安裝有吊掛卡槽（26），澆注管（28）的上端安裝有澆口杯（27），澆口杯（27）通過吊掛卡槽（26）與澆注包（9）相連。

解決其技術問題采用的工藝技術方案是:首先將制造好的所需材質(zhì)和尺寸的外層復合材料管（6）內(nèi)壁表面進行除油、除銹處理后，采用丙酮進行清洗，然后在清洗好的表面均勻涂覆一層高溫防氧化涂料，將其固定在澆注底板（13）上面的金屬液出口處的中心位置上，在外層復合材料管（6）的外部包覆一層耐火材料纖維（8），或者安裝有傳導加熱套（19），啟動升降設備上的傳動系統(tǒng)（1）轉(zhuǎn)動升降螺桿（3）或液壓缸（3）帶動安裝在升降立柱（2）上的升降臂（4）以所設定的速度將安裝在升降臂（4）上面的電磁感應加熱器（5）下降到外層復合材料管（6）的底部，啟動電磁感應加熱電源，使感應加熱器（5）直接對外層復合材料管（6）進行整體加熱，或者感應加熱器（5）通過安裝在外層復合材料管（6）外部的傳導加熱套（19）對外層復合材料管（6）進行整體加熱，通過安裝在外層復合材料管（6）上面的測溫熱電偶（15）進行測溫和控制加熱溫度，待加熱到600℃～1000℃后，將冶煉好的所需復合成分的內(nèi)層復合材料金屬液（7）倒入澆注包（9）內(nèi)，將澆注包（9）內(nèi)的金屬液按照所預定的澆注程序通過澆注漏斗（10）、中注管（11）、澆鑄流道磚（12）內(nèi)的澆注流道（14）澆入外層復合材料管（6）內(nèi)，在澆注過程中，電磁感應加熱器（5）不停止加熱，金屬液（7）澆注完畢后，感應加熱器繼續(xù)進行加熱10～30分鐘，使所澆注的金屬液在一定的時間內(nèi)保持液態(tài)，以增加液固時間，使界面形成冶金結(jié)合，當金屬液（7）澆注到冒口處時采取點注方式澆注以對冒口進行補縮，澆注完畢后，將保溫劑加入到保溫冒口內(nèi)；

當采用頂部直接澆注時，將澆注包（9）和澆注管（27）一起移到外層復合材料管（6）內(nèi)孔上方，將澆注包（9）對準復合材料管（6）內(nèi)孔中心，開始從澆注管（27）澆入內(nèi)層復合材料金屬液（7），金屬液（7）澆注到復合材料管（6）內(nèi)的型腔后，根據(jù)澆注速度逐步將澆注包（9）和澆注管（27）一起向上提升，當金屬液（7）澆注到冒口處時采取點注方式澆注以對冒口進行補縮，澆注完畢后，將保溫劑加入到保溫冒口內(nèi)；

啟動升降裝置，通過升降臂（5）以所設定的速度將安裝在升降臂（4）上面的電磁感應加熱器（5）以一定的速度向上提升，使電磁感應加熱器（5）逐步脫離復合層，同時打開底水箱（17）的進水管（16）和出水管（18），使在底水箱（17）由下向上的逐層冷卻下，形成逐層順序凝固，并根據(jù)質(zhì)量要求通過控制電磁感應加熱器（5）在不同的區(qū)域內(nèi)的上升速度，實現(xiàn)區(qū)域定向凝固，經(jīng)過5～25分鐘升到保溫冒口處停止，繼續(xù)對保溫冒口處進行加熱10～50分鐘，以延遲保溫冒口凝固時間，對冒口進行補縮，使復合層金屬液中的氣體和夾雜物充分上浮，消除復合層金屬鑄造缺陷，達到預定時間后停止加熱，拆除包覆在外層復合材料管（6）外面的耐火材料纖維（8）或者安裝在外層復合材料管（6）外部的傳導加熱套（19），關閉底水箱進水管，松開外層復合材料管（6）的固定裝置，將鑄造好的界面呈冶金結(jié)合的由外層復合材料（6）和內(nèi)層材料（7）和中間為雙金屬復合界面混合層（29）的包覆型雙金屬復合材料從澆注底板（13）上面吊出；

當采用燃氣加熱時，打開燃氣供氣管（24）的閥門，點燃燃氣噴嘴（23），調(diào)整燃氣量大小，通過高溫燃氣對外層復合材料管（6）進行加熱，當澆注完畢后，打開底水箱（17）的進水管（16）和出水管（18），通過底水箱（17）產(chǎn)生由下向上的逐層冷卻，同時將燃氣噴嘴（23）由下向上逐層停止加熱，使內(nèi)層材料（7）形成由下向上逐層順序凝固，并根據(jù)質(zhì)量要求通過控制燃氣噴嘴（23）在不同的區(qū)域內(nèi)的加熱時間和加熱量的大小，實現(xiàn)區(qū)域定向凝固；

所述的包覆型雙金屬復合材料的外層材料（6）的材質(zhì)為不銹鋼、模具鋼、工具鋼、高速鋼、合金鋼、低碳鋼、鑄鋼、鑄鐵、合金鑄鐵、高鉻鑄鐵、鈦、銅、銅合金、鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、鎳基合金其中之一種；

所述的內(nèi)層復合材料（7）的材質(zhì)為不銹鋼、模具鋼、模具鋼、合金鋼、低碳鋼、鑄鋼、鑄鐵、合金鑄鐵、高鉻鑄鐵、鈦、銅、銅合金、鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、鎳基合金其中之一種；

所述的包覆型雙金屬復合材料為不銹鋼/低碳鋼、鋼/鑄鐵、鋼/鋁、鋁/鋼、鋁/銅、銅/鋁、鎂/鋁、鈦/鎂、鋁/鎂、鈦/鋁、不銹鋼/鋁、鈦/不銹鋼、鈦/銅、鋁/鋁、銅/鋼、鎂/鎂、硬質(zhì)合金/鋼、硬質(zhì)合金/合金鑄鐵、鋼/鋅、鋅/鋼、鎳基合金/鋼；

所述的外層復合材料管（6）為無縫管材或者直縫焊管或者螺旋焊管，形狀包括圓形或矩形；

所述的傳導加熱套（19）的材料為石墨、碳化硅。

所述的電磁感應電源為工頻感應電源、中頻感應電源、高頻感應電源，頻率為500Hz～10000Hz。

有益效果

本發(fā)明的一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備，與現(xiàn)有技術相比其主要特點是:

1、使用本發(fā)明工藝制造包覆型雙金屬復合材料，由于特殊的鑄造方法使熔融的金屬自下而上凝固，有利于液體金屬的補縮，克服了離心鑄造法易產(chǎn)生組織偏析的缺陷，所制造的包覆型雙金屬復合材料組織均勻，沒有密度偏析，結(jié)晶組織優(yōu)良，晶粒細小致密度高，使以前不能用離心鑄造法生產(chǎn)的材料的生產(chǎn)成為可能。外層材料和內(nèi)層材料的選擇范圍寬，可以根據(jù)不同的使用要求自由的選擇不同性能要求的黑色金屬、有色金屬材料進行復合，從而滿足不同工況要求。

2、采用電磁感應加熱器在澆注前對外層金屬材料在鑄型上直接進行整體預熱，澆注后對所澆注的復合金屬液進行保溫，克服了傳統(tǒng)的爐內(nèi)預熱所存在的各種弊端，減少了外層復合材料與內(nèi)層金屬液之間的溫度差，有利于雙金屬材料的良好復合，具有良好的機械性能。另一方面為了減少鑄造缺陷，讓金屬復合材料實現(xiàn)至下而上順序凝固，使金屬液自動由上向下的流動，以有利于金屬液自上而下的補縮，從而縮短了縮區(qū)的長度，減少鑄造缺陷，形成致密無縮孔的雙金屬復合體，本發(fā)明在澆注過程中繼續(xù)對復合材料進行電磁感應加熱，即可以降低被復合材料的預熱溫度，減少復合材料的氧化，又可以增加液固時間，促使兩相材料的擴散更加充分，同時可以利用電磁攪拌作用，增加液體金屬對外層管材內(nèi)表面的沖刷，促進兩相材料之間的物質(zhì)和能量交流，使其在隨后的凝固過程中, 內(nèi)、外層之間的接觸區(qū)域產(chǎn)生一定厚度的熔融區(qū), 隨后這一部分熔融區(qū)首先凝固, 然后內(nèi)層金屬液從兩側(cè)向中間逐漸凝固，內(nèi)層與外層金屬之間將形成牢固的冶金結(jié)合，實現(xiàn)良好的冶金結(jié)合界面，這種冶金結(jié)合界面是所述不銹鋼層6 和所述碳鋼芯7的界面間原子相互擴散而形成的結(jié)合，其結(jié)合強度以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是機械結(jié)合所不能比擬的，有良好的工藝性能，使復合層界面易于控制，從而極大的提高了界面的結(jié)合強度，界面質(zhì)量好，結(jié)合強度高，耐高溫，不脫落，壽命長，具有優(yōu)異的耐腐蝕和機械性能。

3、采用澆注過程整體加熱，澆注完畢后將采用區(qū)域定向凝固工藝對復合體進行控制冷卻，實現(xiàn)了復合材料由下向上的逐層順序凝固，既能使氣體有效排出，又能使鑄件順序凝固。

4、采用感應加熱器對保溫冒口進行加熱，延遲了金屬液的凝固時間，使頂部得到金屬液的補充，將金屬最后的凝固位置轉(zhuǎn)移到冒口中，使縮松、縮孔等鑄造缺陷最大限度的轉(zhuǎn)移出復合材料體。

5、采用底注式澆注系統(tǒng)澆注內(nèi)層金屬液，保證了充型平穩(wěn)，減少了對外層金屬管壁的沖刷，避免金屬液發(fā)生飛濺、氧化及由此而形成的鑄件缺陷，補縮作用好。

6、本發(fā)明采用金屬管材取代模具直接成型，在雙金屬成型過程中，鑄件的工藝收得率高，液體金屬耗量減少，可比金屬型鑄造節(jié)約15～30％，金屬利用率高，節(jié)約了材料。而且節(jié)省了造型材料和模具成本，節(jié)約了大量造型工時，提高了勞動效率，節(jié)約了大量的制造費用，降低了制造成本，減少了資源和能源的浪費和環(huán)境的污染。

7、本發(fā)明由于外層采用成型管材，內(nèi)層采用液態(tài)金屬進行鑲鑄制造包覆型雙金屬復合材料，具有界面牢固，內(nèi)部組織致密，表面質(zhì)量好，生產(chǎn)工序少，成本低，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。既解決了現(xiàn)有技術和設備生產(chǎn)效率低的問題，又解決了現(xiàn)有技術和設備難以控制雙金屬結(jié)合界面和制造成本高的難題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備實施例1的示意圖，其中（1）為傳動系統(tǒng)，（2）為升降立柱，（3）為升降螺桿或液壓缸，（4）為升降臂，（5）為電磁感應加熱器，（6）為外層復合材料管，（7）為內(nèi)層復合材料，（8）為耐火纖維材料，（9）為澆注包，（10）為澆注漏斗，（11）為中注管，（12）為澆注流道磚，（13）為澆注底板，（14）為澆注流道，（15）為測溫熱電偶，（16）為底水箱進水管，（17）為底水箱，（18）為底水箱出水管，（19）為石墨加熱套，（20）為保溫模具，（21）為保溫纖維，（22）保溫蓋板，（23）為燃氣噴嘴，（24）為燃氣管，（25）為保溫冒口，（26）為吊掛卡槽，（27）為澆口杯，（28）為澆注管，（29）為雙金屬復合界面混合層。

圖2為本發(fā)明一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備實施例1的示意圖1的俯視圖；

圖3為本發(fā)明一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備實施例2的示意圖3的俯視圖；

圖4為本發(fā)明一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備實施例3的示意圖4的俯視圖；

圖5為本發(fā)明一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備實施例4的示意圖5的俯視圖；

圖6為本發(fā)明一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備實施例5的示意圖6的俯視圖；

圖7為本發(fā)明一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備實施例6示意圖。

圖8為本發(fā)明一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備實施例7示意圖。

圖9為本發(fā)明一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備實施例8示意圖。

圖10為本發(fā)明一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備實施例9示意圖。

圖11為本發(fā)明一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備實施例10示意圖。

圖12為本發(fā)明一種包覆型雙金屬復合材料制造工藝及設備實施例11示意圖。

圖13為本發(fā)明一種包覆型雙金屬復合材料剖視圖。

具體實施方式

結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的實施例如下:

實施例1: 在圖1中，該設備由升降設備、感應加熱設備、燃氣加熱設備、澆注系統(tǒng)組成；所述的升降設備為單立柱式或者龍門式結(jié)構(gòu)，在升降立柱2上安裝有傳動系統(tǒng)1，通過傳動系統(tǒng)1轉(zhuǎn)動升降螺桿3或液壓缸3帶動安裝在升降立柱2上的升降臂4以所設定的速度上下移動，在升降臂4的上面安裝有電磁感應加熱器5，電磁感加熱器5與電磁感應電源控制柜相連接，在升降設備的下部安裝有澆注底板13，在澆注底板13上開有澆注流道曹，在澆注底板13上的澆注流道曹內(nèi)安裝有耐火材料制作的澆注流道磚12，外層復合材料管6固定在澆注底板13的上面，在外層復合材料管6的外部包覆一層耐火材料纖維8，電磁感應加熱器5安裝在外層復合材料管6外面的耐火材料纖維8的外部，在外層復合材料管6的側(cè)面安裝有中注管11，中注管11的下部與澆注流道磚12相連接，澆注流道磚12內(nèi)有澆注流道14，金屬液出口安裝在外層復合材料管6底部的中心位置，中注管11的上部安裝有澆鑄漏斗10，在澆注漏斗10的上面有澆注包9，在外層復合材料管6的上面安裝有保溫冒口25和測溫熱電偶15。

實現(xiàn)包覆型雙金屬復合材料制造工藝的方案是:首先將制造好的所需尺寸的外層304不銹鋼無縫管6的內(nèi)壁表面進行除油、除銹處理后，采用丙酮進行清洗，然后在清洗好的304不銹鋼管內(nèi)表面均勻涂覆一層高溫防氧化涂料，將其固定在澆注底板13上面的的金屬液出口處的中心位置上，在外層304不銹鋼管6的外部包覆一層耐火材料纖維8，啟動升降設備上的傳動系統(tǒng)1轉(zhuǎn)動升降螺桿3帶動安裝在升降立柱2上的升降臂4以所設定的速度將安裝在升降臂4上面的電磁感應加熱器5下降到外層304不銹鋼管6的底部，啟動電磁感應加熱電源，使感應加熱器5對外層304不銹鋼管6進行表面加熱，通過安裝在外層304不銹鋼管6上面的測溫熱電偶15進行測溫和控制加熱溫度，待加熱到890℃后，將冶煉好的內(nèi)層低碳鋼金屬液7倒入澆注包9內(nèi)，將澆注包9內(nèi)的低碳鋼金屬液按照所預定的澆注程序通過澆注漏斗10、中注管11、澆鑄流道磚12內(nèi)的澆注流道14澆入外層復合材料304不銹鋼管6內(nèi)，在澆注過程中，電磁感應加熱器5不停止加熱，低碳鋼金屬液7澆注完畢后，感應加熱器繼續(xù)進行加熱18分鐘，使所澆注的金屬液在一定的時間內(nèi)保持液態(tài)，以增加液固時間，使界面形成冶金結(jié)合，當?shù)吞间摻饘僖?澆注到冒口處時采取點注方式澆注以對冒口進行補縮，澆注完畢后，將保溫劑加入到保溫冒口內(nèi)，啟動升降裝置，通過升降臂4以所設定的速度將安裝在升降臂4上面的電磁感應加熱器5以一定的速度向上提升，使電磁感應加熱器逐步脫離復合層，形成由下向上逐層順序凝固，并根據(jù)質(zhì)量要求在不同的區(qū)域內(nèi)控制不同的上升速度，經(jīng)10分鐘升到保溫冒口處停止，繼續(xù)對保溫冒口處進行加熱20分鐘，以延遲保溫冒口凝固時間，對冒口進行補縮，使復合層金屬液中的氣體和夾雜物充分上浮，消除復合層金屬鑄造缺陷，達到預定時間后停止加熱，拆除包覆在外層304不銹鋼管6外面的耐火材料纖維8，松開外層304不銹鋼管6的固定裝置，將鑄造好的外層為304不銹鋼和內(nèi)層為低碳鋼的界面呈冶金結(jié)合的包覆型雙金屬復合材料7（圖13）從澆注底板13上面吊出。

所述的電磁感應電源為中頻感應電源，頻率為750Hz。

實施例2：在圖3中，與圖2的不同點為安裝在中注管11下面的澆鑄流道磚12內(nèi)的澆注流道14為2個金屬液出口，澆注時，金屬液通過中注管11從澆注流道14的2個金屬液出口同時流出，可一次直接澆注2根外層為模具鋼和內(nèi)層為球墨鑄鐵的包覆型雙金屬復合材料。其它過程及設備與實施例1相同。略。

實施例3：在圖4中，與圖2的不同點為安裝在中注管11下面的澆鑄流道磚12內(nèi)的澆注流道14為3個金屬液出口，澆注時，金屬液通過中注管11從澆注流道14的3個金屬液出口同時流出，可一次直接澆注3根外層為高速鋼和內(nèi)層為低合金鋼的包覆型雙金屬復合材料。其它過程及設備與實施例1相同。略。

實施例4：在圖5中，與圖2的不同點為安裝在中注管11下面的澆鑄流道磚12內(nèi)的澆注流道14為四個金屬液出口，澆注時，金屬液通過中注管11從澆注流道14的四個金屬液出口同時流出，可一次直接澆注四根外層為高鉻鑄鐵和內(nèi)層為合金鋼的包覆型雙金屬復合材料。其它過程及設備與實施例1相同。略。

實施例5：在圖6中，與圖2的不同點為安裝在中注管11下面的澆鑄流道磚12內(nèi)的澆注流道14為6個金屬液出口，澆注時，金屬液通過中注管11從澆注流道14的6個金屬液出口同時流出，可一次直接澆注6根外層銅和內(nèi)層為鋁的包覆型雙金屬復合材料。其它過程及設備與實施例1相同。略。

實施例6：在圖7中，與圖1的不同點為傳動系統(tǒng)1轉(zhuǎn)動液壓缸3帶動安裝在升降立柱2上的升降臂4以所設定的速度上下移動，在外層復合材料管6的外部安裝有石墨加熱套19。

工作時，啟動升降設備上的傳動系統(tǒng)1轉(zhuǎn)動液壓缸3帶動安裝在升降立柱2上的升降臂4以所設定的速度將安裝在升降臂4上面的電磁感應加熱器5下降到外層不銹鋼管6的底部，啟動電磁感應加熱電源，使感應加熱器5通過安裝在外層不銹鋼焊管6外部的石墨加熱套對外層不銹鋼焊管6進行表面加熱，通過安裝在外層不銹鋼焊管6上面的測溫熱電偶15進行測溫和控制加熱溫度，待加熱到850℃后，將冶煉好的所需復合成分的內(nèi)層復合材料鋁液7倒入澆注包9內(nèi)進行澆注，達到預定時間后停止加熱，拆除安裝在外層不銹鋼焊管6外部的石墨加熱套19，松開外層不銹鋼焊管6的固定裝置，將鑄造好的外層不銹鋼6和內(nèi)層材料鋁7之間的界面呈冶金結(jié)合的包覆型雙金屬復合材料7從澆注底板13上面吊出。其它過程及設備與實施例1 相同。略。

所述的電磁感應電源為高頻感應電源，頻率為10000 Hz。

實施例7：在圖8中，與圖7的不同點為在底板13的下面安裝有底水箱17，在底水箱17一側(cè)的下部安裝有進水管16，在底水箱17一側(cè)的上部安裝有出水管18。

工作時，啟動升降設備上的傳動系統(tǒng)1轉(zhuǎn)動升降螺桿3帶動安裝在升降立柱2上的升降臂4以所設定的速度將安裝在升降臂4上面的電磁感應加熱器5下降到外層鈦管6的底部，打開底水箱17的進水管16和出水管18，啟動電磁感應加熱電源，使感應加熱器5通過安裝在外層復合材料鈦管6外部的石墨加熱套對外層鈦管6進行表面加熱，通過安裝在外層鈦管6上面的測溫熱電偶15進行測溫和控制加熱溫度，待加熱到900℃后，將冶煉好的所需復合成分的內(nèi)層不銹鋼液7倒入澆注包9內(nèi)進行澆注，達到預定時間后停止加熱，通過底水箱17由下向上的逐層冷卻，形成逐層順序凝固，并根據(jù)質(zhì)量要求通過控制電磁感應加熱器5在不同的區(qū)域內(nèi)的上升速度，實現(xiàn)區(qū)域定向凝固；拆除安裝在外層復合材料鈦管6外部的石墨加熱套19，關閉底水箱進水管，松開外層復合材料管6的固定裝置，將鑄造好的外層材料鈦6和內(nèi)層材料不銹鋼7之間的界面呈冶金結(jié)合的包覆型雙金屬復合材料（圖13）從澆注底板13上面吊出。其它過程及設備與實施例1 相同。略。

所述的電磁感應電源為中頻感應電源，頻率為500 Hz。

實施例8：在圖9中，與圖1的不同點為采用燃氣加熱，在外層材料管6的外部安裝有保溫模具20，保溫模具20固定在澆注底板13的上面，在保溫模具20的內(nèi)層貼有保溫耐火材料21，在保溫模具20與外層復合材料管6的中間間隙內(nèi)安裝有燃氣供氣管24，在燃氣供氣管24的上面均勻的安裝有燃氣噴嘴23，在保溫模具20的上面安裝有保溫蓋板22。

工作時，打開燃氣供氣管24的閥門，點燃燃氣噴嘴23，通過高溫燃氣對外層材料鈦管6進行加熱，將冶煉好的所需復合成分的內(nèi)層復合材料低碳鋼液7倒入澆注包9內(nèi)進行澆注，當澆注完畢后，采取由下向上逐層停止燃氣噴嘴23的方式使內(nèi)層材料7形成由下向上逐層順序凝固；松開外層材料鈦管6的固定裝置，將鑄造好的外層材料鈦管6和內(nèi)層材料低碳鋼7之間的界面呈冶金結(jié)合的包覆型雙金屬復合材料（圖13）從澆注底板13上面吊出。其它過程及設備與實施例1 相同。略。

實施例9：在圖10中，與圖9的不同點為在底板13的下面安裝有底水箱17，在底水箱17一側(cè)的下部安裝有進水管16，在底水箱17一側(cè)的上部安裝有出水管18。

工作時，打開燃氣供氣管24的閥門，點燃燃氣噴嘴23，通過高溫燃氣對外層不銹鋼管6進行加熱，將冶煉好的所需復合成分的內(nèi)層復合材料銅液7倒入澆注包9內(nèi)進行澆注，當澆注完畢后，打開底水箱17的進水管16和出水管18，通過底水箱17產(chǎn)生由下向上的逐層冷卻，同時采取由下向上逐層停止燃氣噴嘴23的方式使內(nèi)層材料7，形成逐層順序凝固，并根據(jù)質(zhì)量要求通過控制燃氣噴嘴23在不同的區(qū)域內(nèi)的加熱時間和加熱量的大小，實現(xiàn)區(qū)域定向凝固；松開外層復合材料管6的固定裝置，將鑄造好的外層不銹鋼管6和內(nèi)層材料銅7之間的界面呈冶金結(jié)合的包覆型雙金屬復合材料（圖13）從澆注底板13上面吊出。其它過程及設備與實施例1和8 相同。略。

實施例10：在圖11中，與圖1的不同點為采用頂部直接澆注，在澆注包9的下面安裝有吊掛卡槽26，澆注管28的上端安裝有澆口杯27，澆口杯27通過吊掛卡槽26與澆注包9相連；在底板13的下面安裝有底水箱17，在底水箱17一側(cè)的下部安裝有進水管16，在底水箱17一側(cè)的上部安裝有出水管18。

工作時，將澆注包9和澆注管27一起移到外層材料管6內(nèi)孔上方，將澆注包9對準鎳基合金管6內(nèi)孔中心，開始從澆注管27澆入內(nèi)層合金鋼金屬液7，合金鋼金屬液7澆注到鎳基合金管6內(nèi)的型腔后，根據(jù)澆注速度逐步將澆注包9和澆注管27一起向上提升，當合金鋼金屬液7澆注到冒口處時采取點注方式澆注以對冒口進行補縮，澆注完畢后，將保溫劑加入到保溫冒口內(nèi)，打開底水箱17的進水管16和出水管18，使底水箱17產(chǎn)生由下向上的逐層冷卻，將感應加熱器5向上提升，形成由下向上逐層順序凝固。其它過程及設備與實施例1相同。略。

實施例11：在圖12中，與圖1和圖11的不同點為為采用燃氣加熱，在外層材料紫銅管6的外部安裝有保溫模具20，保溫模具20固定在澆注底板13的上面，在保溫模具20的內(nèi)層貼有保溫耐火材料21，在保溫模具20與外層材紫銅料管6的中間間隙內(nèi)安裝有燃氣供氣管24，在燃氣供氣管24的上面均勻的安裝有燃氣噴嘴23，在保溫模具20的上面安裝有保溫蓋板22。

工作開始時，打開燃氣供氣管24的閥門，點燃燃氣噴嘴23，通過高溫燃氣對外層材料紫銅管6進行加熱，將冶煉好的所需復合成分的內(nèi)層材料低合金鋼液7倒入澆注包9內(nèi)，將澆注包9和澆注管27一起移到外層材料紫銅管6內(nèi)孔上方，將澆注包9對準材料紫銅管6內(nèi)孔中心，開始從澆注管27澆入內(nèi)層材料低合金鋼金屬液7，金屬液7澆注到材料紫銅管6內(nèi)的型腔后，根據(jù)澆注速度逐步將澆注包9和澆注管27一起向上提升，當金屬液7澆注到冒口處時采取點注方式澆注以對冒口進行補縮，澆注完畢后，將保溫劑加入到保溫冒口內(nèi)，打開底水箱17的進水管16和出水管18，使底水箱17產(chǎn)生由下向上的逐層冷卻，將感應加熱器5向上提升，形成由下向上逐層順序凝固，并根據(jù)質(zhì)量要求通過控制燃氣噴嘴23在不同的區(qū)域內(nèi)的加熱時間和加熱量的大小，實現(xiàn)區(qū)域定向凝固。其它過程及設備與實施例1和9 相同。略。