專利名稱：通過(guò)高溫浸涂制造帶狀金屬?gòu)?fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)金屬基帶的高溫浸涂制造帶狀金屬?gòu)?fù)合材料的方法，伴隨基帶的移動(dòng)，在它的表面上由熔融金屬涂層材料通過(guò)凝固結(jié)晶出一薄的該涂層材料層。其中，該涂層材料與基帶材料不同。本發(fā)明還涉及實(shí)施該方法的裝置及用該方法制造的產(chǎn)品。
由歐洲EP 0 467 749 B1公開(kāi)過(guò)一種用鋁對(duì)鐵氧體不銹鋼帶進(jìn)行浸涂的方法。其中，基帶在不同溫度下，在非氧化氣氛中以不同步驟被加熱，直到基帶最終浸在涂層池內(nèi)。
此外，由歐洲EP 0 397 952 B1公開(kāi)過(guò)一種用鋁對(duì)不銹鋼帶進(jìn)行連續(xù)熱浸涂的方法。其中，基帶在一氬氣吹洗的倉(cāng)室內(nèi)在一排勵(lì)磁電流裝置旁通過(guò)。基帶在加熱到浸涂所需溫度的同時(shí)通過(guò)氬氣等離子管放電被清洗，清洗后的基帶被浸入熔融鋁池中。
以上兩種方法中都是用鋁與鋼復(fù)合。
此外由德國(guó)DE 195 45 259 A1公開(kāi)過(guò)一種制造薄的金屬帶的方法和裝置。其中，金屬帶垂直通過(guò)鋼熔體并在此結(jié)晶出初始金屬帶20-2％的涂層厚度。金屬帶根據(jù)其厚度被預(yù)加熱到室溫至最高900℃之間的某一溫度。用這種方法制造的復(fù)合帶，其所用材料之一為不銹鋼，奧氏體鋼或鐵氧體鋼。
更精確的實(shí)驗(yàn)表明，用目前已公開(kāi)的方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)母片與涂層之間復(fù)合的能可靠重復(fù)的期待結(jié)果。
本發(fā)明的目的在于，提供一種方法，一種裝置及一種產(chǎn)品，其中，可以簡(jiǎn)單方式實(shí)現(xiàn)由不同材料組成的復(fù)合材料各個(gè)層的致密，無(wú)缺陷單層復(fù)合。
本發(fā)明將通過(guò)以下方式達(dá)到上述目的，基帶通過(guò)熔融涂層材料之前其表面被預(yù)加熱并通過(guò)化學(xué)元素的沉積或注入被這樣預(yù)處理，即在通過(guò)涂層材料期間，在基帶的預(yù)處理表面與在基帶表面上結(jié)晶出的殼層之間通過(guò)擴(kuò)散形成一個(gè)由梯度材料組成的結(jié)合區(qū)，該梯度材料的液相線溫度至少在結(jié)合區(qū)部分內(nèi)低于基帶材料及涂層材料的液相線溫度。
在基帶浸入金屬熔體之后，在其表面上由于出現(xiàn)過(guò)冷及良好的異晶核條件而在短時(shí)間內(nèi)形成冷硬殼層，它最初尚未與基帶形成結(jié)合。通過(guò)浸滲過(guò)程期間和之后的擴(kuò)散過(guò)程在殼層與基帶之間的結(jié)合區(qū)內(nèi)產(chǎn)生濃縮過(guò)程，這導(dǎo)致局部形成具有確定化學(xué)成份的合金。在結(jié)合區(qū)內(nèi)形成具有不同化學(xué)成份的梯度材料。局部濃縮引起處在基帶及涂層材料的液相線溫度以下的結(jié)合區(qū)部分內(nèi)的液相線溫度的下降(Wensel和Roeser計(jì)算)。由于液相線溫度下降，通常引起更強(qiáng)烈的固相線溫度下降。因此，盡管基帶材料和涂層材料為固態(tài)，但在結(jié)合區(qū)內(nèi)存在液相部分。該液相組分確保了基體材料與涂層材料之間的焊接。
上述過(guò)程在圖4中可以清楚看出。在此，局部液相線溫度和固相線溫度的曲線在圖中示出，其中，溫度相對(duì)于位置坐標(biāo)描繪。液相線溫度T液和固相線溫度T固曲線表明在結(jié)合區(qū)內(nèi)有液相存在，而同時(shí)基體材料(基帶)和涂層材料為固態(tài)。
值得注意的是，為可靠結(jié)合，基帶不能太冷，而另一方面溫度不能選擇太高，以至基帶在熔池內(nèi)被熔化或強(qiáng)度損失太多而在傳送期間斷開(kāi)。另人驚奇的是，基帶芯可保持在適合的溫度，而液相線溫度在所希望的緊密結(jié)合情況下至少在帶表面可降低，以便因此使液體中的擴(kuò)散相混合成為可能。
在本發(fā)明的具有優(yōu)點(diǎn)的擴(kuò)展形式中，采用了有助于在結(jié)合區(qū)形成擴(kuò)散相合金的不同介質(zhì)。這些介質(zhì)可與基帶一起給料，不過(guò)也可以共同或單獨(dú)地涂覆在帶外面，按照本發(fā)明，基帶為其表面作準(zhǔn)備而通過(guò)含有至少部分進(jìn)入表面內(nèi)的相應(yīng)化學(xué)元素的介質(zhì)。
按照本發(fā)明特征，介質(zhì)可以是像氮，氫，一氧化碳，氨或二氧化碳這樣的氣體或按照本發(fā)明的另一特征是像硫酸，液氨或液氮這樣的液體。介質(zhì)也可是像氰鹽，碳酸鹽或赤血鹽這樣的固體。
按照本發(fā)明的最適合特征，基帶由表面區(qū)內(nèi)的碳含量大于20ppm或氮含量大于20ppm的鋼組成。
基帶在熔融涂層材料內(nèi)的傳送速度和/或其浸滲深度或長(zhǎng)度以這種方式調(diào)節(jié)，即最小浸滲時(shí)間保持在50msec，同時(shí)，總浸滲時(shí)間向上由所希望的涂層厚度和上面已描述的基帶熔化危險(xiǎn)限制。
按照本發(fā)明方法的另一形式特征，基帶表面在浸入熔融涂層材料之前被打毛。
作為可能工藝步驟的優(yōu)先選擇，基帶為含碳鋼，它至少在其表面被預(yù)熱到T預(yù)大于900℃的溫度。涂層材料最好是高合金鋼，尤其是鉻合金鋼。
按照本發(fā)明方法制造帶狀金屬?gòu)?fù)合材料的裝置，它由一個(gè)容納熔融涂層材料的熔煉池及一個(gè)置于熔煉池前的基帶預(yù)加熱裝置組成，基帶可借助設(shè)在入口側(cè)和出口側(cè)的輥對(duì)最好垂直于傳送方向通過(guò)該熔煉池，在此，按照本發(fā)明，預(yù)加熱裝置設(shè)在一個(gè)置于熔煉池前的入口區(qū)內(nèi)的，包圍基帶的倉(cāng)室內(nèi)，來(lái)自一個(gè)介質(zhì)供應(yīng)源的介質(zhì)可借助至少一個(gè)通入倉(cāng)室的管道送入該倉(cāng)室內(nèi)。
基帶所通過(guò)的熔煉池的形狀可任意選擇。在此可采用帶有轉(zhuǎn)向輥的浸滲槽或底側(cè)基帶通過(guò)口的槽，其中，在后一種情況下，基帶垂直通過(guò)鑄槽。上述槽具有以下優(yōu)點(diǎn)，即可以高可靠性依據(jù)帶溫度保持參數(shù)浸入長(zhǎng)度和帶速，因?yàn)槿蹮挸貎?nèi)的熔池高度可簡(jiǎn)單且適合作業(yè)地調(diào)整。
在用來(lái)按本發(fā)明方法制造復(fù)合材料金屬帶的尤其簡(jiǎn)單和緊密的裝置中，基帶直接從非氧化環(huán)境被送入熔池。這可通過(guò)一個(gè)倉(cāng)室實(shí)現(xiàn)，該倉(cāng)室一部分伸入熔體并對(duì)于帶底口的熔煉池而言通過(guò)直接安置在熔煉池底下面實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)采用已具有合金成分的基帶時(shí)，一個(gè)預(yù)加熱裝置和一個(gè)氣體，尤其惰性氣體可通過(guò)其進(jìn)入倉(cāng)室內(nèi)腔的介質(zhì)管道就夠了。
只要需在基帶表面附加固體或液體介質(zhì)或僅僅氣體介質(zhì)，如氮，氫，一氧化碳或二氧化碳時(shí)，在管道處或設(shè)置通風(fēng)嘴，氣體介質(zhì)通過(guò)它可吹入倉(cāng)室內(nèi)腔和/或到達(dá)基帶表面；或在管道處設(shè)置噴嘴，液體介質(zhì)，如硫酸，液氨或液氮可通過(guò)它噴在基帶表面上。
也可采用降低基帶液相線溫度的固體或松散料，如氰鹽，碳酸鹽或赤血鹽。當(dāng)采用松散料時(shí)，它可通過(guò)管道進(jìn)料并與基帶表面接觸，伴隨帶在導(dǎo)槽旁經(jīng)過(guò)將固體帶出。
按照本發(fā)明，介質(zhì)也可設(shè)置成可再裝料的固體并被擠壓在基帶表面上。該固體材料可成型成塊，它在適當(dāng)壓力下被壓向基帶表面。
在另一具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例中，采用了測(cè)量熔體溫度，基帶的溫度及速度的測(cè)量裝置，它通過(guò)處理器控制至少一個(gè)調(diào)節(jié)基帶速度的執(zhí)行元件。
此外，還得讀取池高并配置處理計(jì)算機(jī)。準(zhǔn)確且可靠的池高控制例如通過(guò)低壓室實(shí)現(xiàn)。
基帶尤其可通過(guò)對(duì)合金元素，C或其它晶界合金元素，如N的含量的影響措施這樣調(diào)整，即局部液相線溫度下降導(dǎo)致，結(jié)合層具有齒狀結(jié)合線，該齒合線固定地強(qiáng)化了已有金屬緊密結(jié)合。
圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例，

圖1帶底部輸送口的熔煉池，圖2帶有氣體或液體介質(zhì)的通道的熔煉池圖3帶有固體介質(zhì)的通道的熔煉池圖4局部液相線溫度和固相線溫度的示意曲線圖1中用11代表熔煉池，其中，基帶21通過(guò)一個(gè)底口13進(jìn)入熔體S。在熔煉池11的底板下面設(shè)有一個(gè)倉(cāng)室61，一個(gè)預(yù)加熱裝置41設(shè)在該倉(cāng)室內(nèi)，并有一個(gè)與介質(zhì)源52相連的介質(zhì)通道51通入其中?；鶐?1借助輸送棍對(duì)31通過(guò)底口13被送入熔煉池11，被涂層的基帶22通過(guò)一個(gè)設(shè)在熔煉池11的開(kāi)口12上的輸出輥對(duì)32從熔煉池11中脫離并傳走。
圖1中所示的熔煉池也可設(shè)置成其它形式的，例如浸滲池，基帶從上面導(dǎo)入并繞一個(gè)設(shè)在熔池內(nèi)的輥轉(zhuǎn)向后向上傳出。
圖2中相同的部分用相同符號(hào)表示。作為圖1中已示元件的補(bǔ)充，圖2示出了一個(gè)氣體或液體介質(zhì)的介質(zhì)管道51，它可借助介質(zhì)傳送器54從介質(zhì)源52導(dǎo)入倉(cāng)室61。對(duì)于氣體介質(zhì)而言，采用通風(fēng)嘴53；而對(duì)于液體介質(zhì)而言，采用噴嘴55。
在圖2中，作為預(yù)加熱裝置設(shè)有一個(gè)燃燒器43，它可沿帶傳送方向設(shè)在噴嘴或通風(fēng)嘴53，55的后面(圖中右側(cè))或其前面(圖中左側(cè))。
圖2中82代表一個(gè)噴砂器，利用它，噴射介質(zhì)通過(guò)噴射嘴84噴到基帶表面上。在此，噴射介質(zhì)儲(chǔ)存在容器85內(nèi)并通過(guò)泵86傳送。
熔煉池11的上開(kāi)口12由一個(gè)包圍傳出輥32及一個(gè)卷取裝置23的頂蓋63覆蓋。
熔體S幾乎不流動(dòng)地加到熔煉池底部區(qū)域，在此采用了一個(gè)與真空泵78連通的低壓分流器77。
經(jīng)過(guò)一個(gè)其底口72可由一塞棒74封閉的鋼水包71，熔體借助一個(gè)浸鑄管73可導(dǎo)入低壓分流器77的容納池76內(nèi)。
圖2中示意出了一個(gè)作為測(cè)量和控制裝置的處理器94，它與測(cè)量熔體溫度的溫度測(cè)量元件91，測(cè)量基帶21溫度的測(cè)溫元件92，測(cè)量帶速93和測(cè)量池高97的測(cè)量元件相連。
處理器94借助執(zhí)行元件95控制帶速并并借助執(zhí)行元件96控制塞棒74及控制熔煉池11內(nèi)熔體S的池高工作。
圖3示出了帶有基帶21從中通過(guò)的底口13的另一種熔煉池11。在熔煉池11的底部區(qū)域外設(shè)有一個(gè)倉(cāng)室61，其里面設(shè)有一個(gè)燃燒器43或感應(yīng)加熱器42形式的預(yù)加熱裝置。倉(cāng)室61的內(nèi)腔62通過(guò)介質(zhì)管道51與氣體介質(zhì)源52.1相連。
此外，內(nèi)腔62由一個(gè)作為熔煉池11底部區(qū)域抗熱件的水平分離壁64與一固體介質(zhì)通道隔開(kāi)。基帶21右側(cè)設(shè)有一個(gè)導(dǎo)槽57，它通過(guò)一個(gè)蝸桿59與一個(gè)存有松散料的容器56相連。
基帶21左側(cè)采用的固體B在介質(zhì)源52.2上方被擠壓在基帶21表面上。
熔煉池11的上開(kāi)口12如在圖2所示實(shí)施例中一樣由與惰性氣體源58相連的頂蓋63覆蓋。頂蓋63的大小應(yīng)蓋住一預(yù)先確定距離上的已涂層基帶22的傳送路程。
頂蓋63外面示意出一個(gè)軋機(jī)機(jī)座33，可利用它進(jìn)行熱變形。
圖3中，材料輸入通過(guò)一個(gè)鋼水包71完成。該鋼水包71具有一個(gè)底口72，此處設(shè)有一個(gè)可由一塞棒75封閉的浸入熔體S的浸鑄管73。
項(xiàng)目表熔池；11．熔煉池12．上開(kāi)口13．底口基帶；21．基帶22．已涂層基帶23．卷取裝置附加裝置；31．傳入輥對(duì)32．傳出輥對(duì)33．軋機(jī)機(jī)座41．預(yù)加熱裝置42．感應(yīng)加熱43．燃燒器介質(zhì)51．介質(zhì)管道52．介質(zhì)源52．1．氣體介質(zhì)源52．2．固體介質(zhì)源53．通風(fēng)嘴54．介質(zhì)輸送器55．噴嘴56．槽57．導(dǎo)槽58．氣源59．蝸桿頂蓋61．倉(cāng)室62．內(nèi)腔63．頂蓋64．分離壁料輸送管道71．鋼水包72．底口73．浸鑄管74．塞柱75．塞棒76．容納池77．低壓分流器78．真空泵打毛81．打毛構(gòu)件82．噴砂器83．刷子84．噴嘴85．槽86．泵測(cè)量及控制裝置91．熔體溫度92．基帶溫度93．速度94．處理器95．速度執(zhí)行元件96．塞棒執(zhí)行元件97．熔體池高測(cè)量裝置S熔體B固體R松散料
權(quán)利要求
1．通過(guò)金屬基帶的高溫浸涂制造帶狀金屬?gòu)?fù)合材料的方法，當(dāng)基帶通過(guò)熔融金屬涂層材料時(shí)在其表面通過(guò)凝固結(jié)晶出與基帶材料不同的一薄涂層材料層，其特征是，基帶通過(guò)熔融金屬涂層材料之前其表面被預(yù)加熱并通過(guò)化學(xué)元素的沉積或注入被這樣預(yù)處理，即在通過(guò)涂層材料期間，在基帶的預(yù)處理表面與在基帶表面上結(jié)晶出的殼層之間通過(guò)擴(kuò)散形成一個(gè)由梯度材料組成的結(jié)合區(qū)，該梯度材料的液相線溫度至少在結(jié)合區(qū)部分內(nèi)低于基帶材料及涂層材料的液相線溫度。
2．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，基帶為其表面做準(zhǔn)備要從含有至少部分進(jìn)入表面的相應(yīng)化學(xué)元素的介質(zhì)中通過(guò)。
3．按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，介質(zhì)為例如氮，氫，一氧化碳，氨或二氧化碳這樣的氣體。
4．按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，介質(zhì)為例如硫酸，液氨或液氮這樣的液體。
5．按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，介質(zhì)為例如氰鹽，碳酸鹽或赤血鹽這樣的固體。
6．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，基帶由鋼組成，其表面碳含量大于20ppm。
7．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，基帶由鋼組成，其表面氮含量大于20ppm。
8．按照權(quán)利要求2至5之任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，基帶的傳送速度和/或它在熔融涂層材料內(nèi)的浸滲深度以如下方式控制，即最小浸滲時(shí)間為50msec。
9．按照上述權(quán)利要求之至少一項(xiàng)所述的方法，其特征是，基帶在浸入熔融涂層材料之前其表面被打毛。
10．按照上述權(quán)利要求之至少一項(xiàng)所述的方法，其特征是，基帶為含碳鋼，它至少在表面被預(yù)加熱到900℃以上。
11．按照上述權(quán)利要求之至少一項(xiàng)所述的方法，其特征是，涂層材料為高合金化鋼，尤其是鉻合金鋼。
12．按照權(quán)利要求1至11所述方法通過(guò)金屬基帶的高溫浸涂制造帶狀金屬?gòu)?fù)合材料的裝置，它由一個(gè)用于容納熔融態(tài)涂層材料的熔煉池及一個(gè)設(shè)在熔煉池前的基帶預(yù)加熱裝置組成，基帶可最好沿垂直于傳送方向借助設(shè)在入口側(cè)和出口側(cè)的對(duì)輥通過(guò)熔煉池，其特征是，預(yù)加熱裝置(41)設(shè)在一個(gè)置于熔煉池(11)前的入口區(qū)內(nèi)的、包圍基帶(21)的倉(cāng)室(61)內(nèi)，來(lái)自一個(gè)介質(zhì)源(52)的介質(zhì)可借助至少一個(gè)通入倉(cāng)室的管道(51)送入倉(cāng)室內(nèi)。
13．按照權(quán)利要求12所述的裝置，其特征是，在管道(51)上設(shè)有通風(fēng)嘴(53)，氣體介質(zhì)通過(guò)它可吹入倉(cāng)室(61)的內(nèi)腔(62)和/或基帶(21)表面上。
14．按照權(quán)利要求12所述的裝置，其特征是，管道(51)上設(shè)有噴嘴(55)，液體介質(zhì)可通過(guò)它噴在基帶(21)表面上。
15．按照權(quán)利要求12所述的裝置，其特征是，松散的固體物可通過(guò)管道(51，59)進(jìn)入導(dǎo)槽(57)，在此，固體物可與基帶(21)表面接觸。
16．按照權(quán)利要求12所述的裝置，其特征是，介質(zhì)作為可再裝料的固體(B)可被擠壓在基帶(21)表面上。
17．按照權(quán)利要求12至16之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征是，熔煉池(11)前配有使基帶(21)表面打毛的裝置(81)。
18．按照權(quán)利要求17所述的裝置，其特征是，用于基帶(21)表面打毛的裝置(81)為噴砂器(82)。
19．按照權(quán)利要求17所述的裝置，其特征是，用于基帶(21)表面打毛的裝置(81)為刷子等類似物。
20．按照權(quán)利要求12至19之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征是，設(shè)有用來(lái)測(cè)得熔體溫度，基帶(21)的溫度及速度的測(cè)量裝置，它借助一個(gè)處理器(94)控制至少一個(gè)調(diào)節(jié)基帶速度的執(zhí)行元件(95)。
21．按照權(quán)利要求12所述的裝置，其特征是，熔煉池(11)由一個(gè)頂蓋(63)覆蓋，它與提供惰性氣體的供氣源(58)相連，它包圍已涂層的基帶，直至其表面完全冷卻。
22．按照權(quán)利要求12至21之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征是，熔煉池(11)后面沿基帶(21)抽出方向置有至少一個(gè)軋機(jī)機(jī)座(33)。
23．復(fù)合材料金屬帶，它含有至少一種由不銹鋼組成的材料，其中，在通過(guò)涂層材料的基帶上結(jié)晶出一很薄的層，是按照權(quán)利要求1所述方法并用權(quán)利要求12所述裝置制造的，其特征是，基帶至少一側(cè)涂層的厚度為dA=0.01～0.03×D，其中D為作為母材采用的基帶的厚度。結(jié)合層的厚度；dR=5～150μm；結(jié)合層具有齒狀線，它們使屬于母材與涂層之間的結(jié)合層界面附加固定地結(jié)合，在母材和涂層材料之間形成合金元素的連續(xù)過(guò)渡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)金屬基帶的高溫浸涂制造帶狀金屬?gòu)?fù)合材料的方法和裝置,該裝置由一個(gè)用于容納熔融態(tài)涂層材料的熔煉池及一個(gè)設(shè)在熔煉池前的基帶預(yù)加熱裝置組成,基帶可最好沿豎直傳送方向借助設(shè)在入口側(cè)和出口側(cè)的對(duì)輥通過(guò)熔煉池。其中,預(yù)加熱裝置(41)設(shè)在一個(gè)置于熔煉池(11)前的入口區(qū)內(nèi)的、包圍基帶(21)的倉(cāng)室(61)內(nèi),來(lái)自一個(gè)介質(zhì)供應(yīng)源(52)的介質(zhì)可借助至少一個(gè)通入倉(cāng)室的管道(51)送入倉(cāng)室內(nèi)。
文檔編號(hào)C23C2/00GK1282382SQ98812312
公開(kāi)日2001年1月31日 申請(qǐng)日期1998年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月19日
發(fā)明者W·布萊克, R·布恩坦, F·福里德?tīng)? O·皮克特, W·里徹爾特, W·施密茲, D·森克, P·斯普林特, U·尤爾勞 申請(qǐng)人:Sms德馬格股份公司, 蒂森克魯伯鋼鐵股份公司