铸造双面复合板/复合铸件及其生产方法与流程

本发明属于复合板材技术领域，尤其涉及一种铸造双面复合板/复合铸件及其生产方法。

背景技术：

双面复合板是一种中间以碳素钢、合金钢为基材，双面复合其它材质的覆材（面材），基材与覆材以一定连接方式结合成一体的复合板、铸件，兼具辅材材料的特有性能和碳素钢、合金钢的强度，是一种性价比高、经济实用的新型节能材料，具有十分广阔的市场和巨大的经济价值。

为描述方便，以复合不锈钢板为例，对目前国内外不锈钢复合板

及其生产方法阐述如下。

概括来说，目前不锈钢复合板有三类生产方式：固-固相复合、液-液相复合、液-固相复合。

固-固相复合：主要包括爆炸复合、焊接-轧制复合、直接轧制复合等。综合经济型、实用性、基材与覆材的结合强度等原因，目前规模化工业应用的主要是爆炸复合法和焊接轧制复合法。爆炸复合法基材与覆材结合强度好、界面冶金结合率高，但生产成本高，受自然环境气象条件影响大，如阴雨天就不能进行爆炸作业，难以实现大规模生产，并且爆炸时产生严重的噪音、粉尘污染，近年来已受到越来越多的限制。焊接-轧制复合法：将基材如低碳钢板的复合面进行抛光除锈，脱除氧化层等污物。将不锈钢复合面进行抛光除锈脱除氧化膜。为防止轧制时碳钢向不锈钢渗碳并阻止已清理好的复合界面再氧化，有的在基材或覆材清理好的界面上涂上一层金属镍，然后将基材与覆材叠合，叠合面四周封焊，封焊时留一个抽气孔，从抽气孔中抽去空气使结合界面保持高真空状态，封闭抽气孔后便完成了焊接复合板坯的制作。在复合板完成轧制后需要切掉四周的封焊层。需要注意的是轧制前的复合板坯界面不存在任何的物理、化学及冶金结合形式，只有在板坯轧制过程中，在高温及强大轧制力的作用下，才能实现复合界面有限的冶金结合，因其界面结合程度受轧制温度、压下量、轧制力、复合界面清洁度、复合界面真空度（或惰性气体的保护能力）等众多环节的影响，决定了基材与覆材难以实现100%的冶金结合，用户在使用该方法生产复合板的弯曲、扭曲过程中，会出现覆材与基材脱离的现象，打击了消费者的使用信心。该方法工艺繁琐，制造成本高，难以实现大规模工业生产，不容易上产量，目前号称国内最大的焊接-轧制不锈钢复合板企业，年产能不过3万吨。

液-液相复合：又叫电磁连铸复合法，其基本原理是借助于安装在结晶器下方的两个水平电磁场，利用洛伦兹力各自约束不同材质的钢水，在连铸过程中完成不同材料的复合，具有无污染、材料复合强度高、适合大规模生产的特点，但目前工艺设备都不完善，处于进一步深入研究论证的阶段。

液-固相复合法：包括反向凝固法、铸轧法等。反向凝固法是一种浸镀复合法，将一定厚度的固态基材母带，连续通过熔融的覆材钢水中，钢水在母带表面凝固生成一定厚度的覆材。该方法具有效率高、能耗低、质量好、生产流程短、能够实现连续生产的特点，但操作难度大，目前工艺设备都不完善，处于进一步深入研究论证的阶段。铸轧法是将半凝固状态的金属与固态金属同时送入轧机轧制，可实现高熔点与低熔点金属的复合，复合强度高、生产效率高、成本低，但目前工艺技术设备均不完善，尚处于深入研究论证的阶段。

综上所述，目前的不锈钢复合方法和技术，除尚在研究探索阶段的电磁连铸法、反向凝固法外，实际工业应用的是爆炸复合法和焊接-轧制复合法。爆炸复合法覆层与基层结合质量好，但对环境影响大，成本高，产量低、基材与覆材变形量大，难以形成规模生产。焊接-轧制复合法是目前最普遍的一种生产方法，但难以实现大规模工业化生产，并且覆板与基板界面结合强度较差，产品质量不稳定，造成消费者使用焊接-轧制复合不锈钢板的信心不足，影响了焊接-轧制不锈钢复合板的推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种铸造双面复合板/复合铸件及其生产方法。包括覆材和基材，覆材与基材可以任意比例搭配，基材以熔融钢水的形式浇铸到两件覆材中间，形成覆材与基材界面100%的冶金结合，并且不会出现覆材被高温钢水熔损。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种铸造双面复合板/复合铸件的生产方法，所述双面复合板/复合铸件包括外部两侧的覆材和位于两覆材之间的基材，把基材熔融，然后浇铸入两覆材中间。所述覆材为不锈钢、钛板或各种合金成分板材、铸钢件、铸铁件；所述基材为碳素钢、合金钢、铸铁件。

浇铸之前，在覆材的内侧面涂覆镍基涂层，所述内侧面为覆材与基材的结合界面，所述镍基涂层的涂覆方法为等离子喷涂、电弧喷涂或火焰喷涂，所述该涂覆方法的镍基涂层的组成成分按重量份数为：镍50-100、钨10-35、钴10-25；喷涂镍基混合涂层的厚度：5-200um。

所述镍基涂层的涂覆方法为刷涂或喷淋施工方法，所述该涂覆方法的镍基涂层的组成成分按重量份数为：镍粉50-100、钨粉10-20、钴粉10-20、醇溶性树脂粘结剂5-10、醇类溶剂40-60。镍基涂料的涂层厚度：0.1-2.0mm。

本发明所述醇溶性树脂粘结剂为：脲醛树脂。本发明所述醇类溶剂为商品甲醇或乙醇。

本发明所述涂覆镍基涂层后还包括浇铸模型的构建：包括以下步骤：

1）按照复合板/复合铸件的形状制做围框，围框粘结在覆材接合界面的边缘；

2）在围框的外侧面涂覆涂料层，厚度0.1-5mm，充分干燥；

3）安装浇铸系统、冒口：在围框上安装浇铸系统和冒口。

所述步骤2）中涂料层的组份按重量份数为：锆英粉5-15、白刚玉粉5-15、棕刚玉粉30-50、氧化铬粉10-25、铝矾土粉熟料10-30、膨润土粉2-10、粘结剂5-10、水40-60。所述粘结剂为：硅溶胶、钾水玻璃或白乳胶等。涂料层可以通过刷涂、喷涂、喷淋、浸涂等方法，厚度0.1-5mm。在涂料层达到厚度后，充分干燥。

所述步骤1）在覆材的边缘有紧固装置。本发明的紧固装置为现有技术所有能达到夹紧和调节作用的结构，例如调整螺丝。

本发明一种铸造双面复合板/复合铸件的生产方法，具体包括以下步骤：

1）覆材的内侧面脱除污渍和氧化膜，提高覆材结合界面表面活性；

2）在覆材的内侧面涂覆镍基涂层；

3）构建浇铸模型；

4）基材熔炼、浇铸：基材熔炼后对浇铸模型进行浇铸；

5）浇铸完毕开箱切除浇铸系统、冒口，制成了双面复合板/复合铸件。

所述步骤4）的基材的浇铸温度高于覆材的熔点2-300℃。

本发明所述围框：是可发性聚苯乙烯泡沫塑料、可发性聚甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物。

所述覆材为不锈钢、钛板、有色金属或各种合金成分板材。基层为碳素钢、合金钢。

根据需要选择覆材的品种、厚度，品种包括不锈钢、钛板及各种合金成分的覆材，厚度可以任意厚度；根据需要确定基层碳素钢、合金钢的合金成分，厚度可以任意厚度。用围框和覆材组成所需形状和尺寸的复合板、铸件模型。两覆材所形成的空腔，在浇铸后形成基材。

在复合板坯模型组装前，将不锈钢覆材的内表面（即与基材的结合界面）通过抛丸、抛光等手段彻底脱除污渍、锈蚀和氧化膜。在覆材的内表面（结合界面）涂覆一定厚度的镍基涂层，镍基涂层的作用是：防止钢水浇铸前和浇铸过程中界面氧化，防止熔融基材在高温下向覆材发生渗碳，降低覆材和基材接合界面金属的熔点，防止覆材被液态基材熔损。

基材浇铸前的造型：用宽度大于5mm，厚度略大于基材的厚度，长度对应基材的长度或宽度的围框粘结在覆材待接合界面的四个边上。围框是可发性聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、可发性聚甲基丙烯酸甲酯（EPMMA）、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物（STMMA）中的一种。在两件覆材的对应部位焊接若干调整螺丝，便于组好模型的转运，同时利用调整螺丝精确调整待浇铸基材模型的厚度，并防止覆材在浇铸过程中受热变形。

安装浇铸系统、冒口：在复合板、铸件模型上安装浇铸系统，在泡沫塑料围框的上方安装冒口。浇铸系统可以是底铸、顶铸、侧面铸、阶梯浇铸、雨淋浇铸等，根据不同的复合板、铸件的规格、形状作不同选择。

钢水熔炼、浇铸：在熔炼的钢水成分、温度符合要求后，出钢对复合板/铸件模型进行浇铸。浇铸温度：根据覆材材料的熔点进行选择。一般浇铸基材的钢水温度，要高于覆材的熔点2-300℃。浇铸完毕5-10小时后开箱，切除浇铸系统、冒口，制成了双面复合板或其它复合产品。

铸造双面复合板/复合铸件覆材、基材的规格：覆材厚度1-300mm；基材厚度：10-600mm。

铸造双面复合板/复合铸件的规格：厚度20-900mm，宽度50-2000mm，长度50-10000mm。

轧制双面复合板/复合铸件的规格：厚度0.1-600mm，宽度50-5000mm。

本发明的有益效果是：本发明方法制备的不同规格、形状的双面复合板或其他铸造产品，铸成的双面复合板/复合铸件可以是最终产品，也可以通过轧制、锻造、机械加工等深加工手段实现产品延伸，形成界面冶金结合率100%、界面结合强度高的双面复合板及其它复合材料产品。

该发明生产的双面复合板、铸件具有以下显著特点：复合板在铸造后就实现了覆材与基材界面100%的冶金结合，从根本上保证了后续深加工工序覆材与基材界面100%的冶金结合，界面结合强度高，产品质量稳定、可靠；一次浇铸成型，工艺流程短、能耗低；采用铸造方法，生产效率高、能够实现大规模工业生产；覆材不被基材钢水熔损，可以复合任意厚度的基材和覆材。

附图说明

图1为本发明铸造双面复合板/复合铸件的剖面结构示意图，

图2为浇铸模型的结构示意图，

图3为图2的左视结构示意图，

图4为图2的俯视结构示意图，

图中：1-覆材，2-基材，3-围框，4-镍基涂层，5-紧固装置，6-涂料层，7-浇铸系统，8-冒口。

具体实施方式

实施例1：

根据图1所示，浇铸覆材1材质为钛板、厚度5－10mm，基材2材质Q345B，厚度50－100mm的双面复合钛板时：浇铸温度1750-1800℃。

生产方法具体包括以下步骤：

1）覆材的内侧面脱除污渍和氧化膜，提高覆材结合界面表面活性；

2）在覆材的内侧面涂覆镍基涂层；

3）构建浇铸模型；

4）基材熔炼、浇铸：将熔炼的基材对浇铸模型进行浇铸；

5）浇铸完毕后，切除浇铸系统、冒口，制成了双面复合板/复合铸件。

根据图2、3和4所示，浇铸模型的构建包括以下步骤：

1）按照复合板/复合铸件的形状制做围框3，围框3固定在覆材1接合界面的边缘；

2）在围框3的外侧面涂覆涂料层6，充分干燥；

3）安装浇铸系统7、冒口8：在围框3上安装浇铸系统7和冒口8。

其中镍基涂层4的涂覆方法为等离子喷涂、电弧喷涂或火焰喷涂，该涂覆方法的镍基涂层4的组成成分按重量份数为：镍50-100、钨10-35、钴10-25；喷涂镍基混合涂层的厚度：5-200um。

其中涂料层的组份按重量份数为：锆英粉5-15、白刚玉粉5-15、棕刚玉粉30-50、氧化铬粉10-25、铝矾土粉熟料10-30、膨润土粉2-10、白乳胶粘结剂5-10、水40-60；涂料层可以通过刷涂、喷涂、喷淋、浸涂等方法，厚度0.1-5mm。

制得的双面复合钛板，钛板与Q345B的界面冶金结合率为100%，剪切强度大于350MPa。

上述制得的双面复合板经锻压后，界面剪切强度大于400MPa。

实施例2：

根据图1所示，浇铸覆材1材质一面为钛板，另一面为304不锈钢板、厚度5－10mm，基材2材质Q345B，厚度100－200mm的双面复合钛板时：浇铸温度1700-1750℃。

生产方法及浇铸模型的构建方法同实施例1，

其中镍基涂层4的涂覆方法为刷涂或喷淋施工方法，该涂覆方法的镍基涂层的组成成分按重量份数为：镍粉50-100、钨粉10-20、钴粉10-20、脲醛树脂粘结剂5-10、商品甲醇溶剂40-60，镍基涂层的涂层厚度：0.1-2.0mm。

涂料层的组份按重量份数为：锆英粉5-15、白刚玉粉5-15、棕刚玉粉30-50、氧化铬粉10-25、铝矾土粉熟料10-30、膨润土粉2-10、钾水玻璃粘结剂5-10、水40-60；涂料层可以通过刷涂、喷涂、喷淋、浸涂等方法，厚度0.1-5mm。

制得的双面复合板，钛板与Q345B的界面冶金结合率为100%，界面剪切强度大于350MPa。

实施例3：

根据图1所示，浇铸覆材1材质为316L不锈钢、厚度5－20mm，基材2材质Q235、厚度50－200mm的双面复合不锈钢板时：浇铸温度1600-1650℃。

生产方法及浇铸模型的构建方法同实施例1，

其中镍基涂层4的涂覆方法为等离子喷涂、电弧喷涂或火焰喷涂，该涂覆方法的镍基涂层4的组成成分按重量份数为：镍50-100、钨10-35、钴10-25；喷涂镍基混合涂层的厚度：5-200um。

涂料层的组份按重量份数为：锆英粉5-15、白刚玉粉5-15、棕刚玉粉30-50、氧化铬粉10-25、铝矾土粉熟料10-30、膨润土粉2-10、硅溶胶粘结剂5-10、水40-60；涂料层可以通过刷涂、喷涂、喷淋、浸涂等方法，厚度0.1-5mm。

制得的双面复合板，316L不锈钢板与Q235基材的界面冶金结合率为100%，界面剪切强度大于320MPa。

实施例4

根据图1所示，浇铸覆材1材质一面为304不锈钢、另一面为316L不锈钢，厚度10－50mm，基材2材质Q235、厚度100－500mm的双面复合不锈钢板时：浇铸温度1600-1650℃。

生产方法及浇铸模型的构建方法同实施例1，

其中镍基涂层4的涂覆方法为刷涂或喷淋施工方法，该涂覆方法的镍基涂层4的组成成分按重量份数为：镍粉50-100、钨粉10-20、钴粉10-20、脲醛树脂粘结剂5-10、商品乙醇溶剂40-60，镍基涂层的涂层厚度：0.1-2.0mm。

涂料层的组份按重量份数为：锆英粉5-15、白刚玉粉5-15、棕刚玉粉30-50、氧化铬粉10-25、铝矾土粉熟料10-30、膨润土粉2-10、白乳胶粘结剂5-10、水40-60；涂料层可以通过刷涂、喷涂、喷淋、浸涂等方法，厚度0.1-5mm。

制得的双面复合板，覆材不锈钢板与Q235基材的界面冶金结合率为100%，剪切强度大于320MPa。

实施例5

根据图1所示，浇铸覆材1材质为2205不锈钢、厚度5－50mm，基材2材质Q345、厚度50－500mm的双面复合不锈钢板时：浇铸温度1600-1650℃。

生产方法及浇铸模型的构建方法同实施例1

本发明所述镍基涂层4的涂覆方法为刷涂或喷淋施工方法，该涂覆方法的镍基涂层4的组成成分按重量份数为：镍粉50-100、钨粉10-20、钴粉10-20、脲醛树脂粘结剂5-10、商品甲醇溶剂40-60，镍基涂层4的涂层厚度：0.1-2.0mm。

涂料层的组份按重量份数为：锆英粉5-15、白刚玉粉5-15、棕刚玉粉30-50、氧化铬粉10-25、铝矾土粉熟料10-30、膨润土粉2-10、钾水玻璃粘结剂5-10、水40-60；涂料层可以通过刷涂、喷涂、喷淋、浸涂等方法，厚度0.1-5mm。

制得的双面复合板，覆材不锈钢板与Q345基材的界面冶金结合率为100%，剪切强度大于350MPa。

上述制得的双面复合板经轧制后，剪切强度大于400MPa。

实施例6

根据图1所示，浇铸覆材1材质一面为310S不锈钢板、另一面为304不锈钢板，厚度5－50mm，基材2材质Q345、厚度50－500mm的双面复合不锈钢板时：浇铸温度1600-1650℃。

生产方法及浇铸模型的构建方法同实施例1

其中镍基涂层4的涂覆方法为等离子喷涂、电弧喷涂或火焰喷涂，该涂覆方法的镍基涂层4的组成成分按重量份数为：镍50-100、钨10-35、钴10-25；喷涂镍基涂层4的厚度：5-200um。

涂料层的组份按重量份数为：锆英粉5-15、白刚玉粉5-15、棕刚玉粉30-50、氧化铬粉10-25、铝矾土粉熟料10-30、膨润土粉2-10、硅溶胶粘结剂5-10、水40-60；涂料层可以通过刷涂、喷涂、喷淋、浸涂等方法，厚度0.1-5mm。

制得的双面复合板，覆材不锈钢板与Q345基材的界面冶金结合率为100%，剪切强度大于350MPa。

实施例7

根据图1所示，浇铸覆材1材质为高铬耐磨白口铸铁、厚度10－30mm，基材2材质ZG230－450、厚度50－200mm的双面复合铸件时：浇铸温度1580-1630℃。

生产方法及浇铸模型的构建方法同实施例1

其中镍基涂层4的涂覆方法为刷涂或喷淋施工方法，该涂覆方法的镍基涂层4的组成成分按重量份数为：镍粉50-100、钨粉10-20、钴粉10-20、脲醛树脂粘结剂5-10、商品甲醇溶剂40-60，镍基涂层4的涂层厚度：0.1-2.0mm。

涂料层的组份按重量份数为：锆英粉5-15、白刚玉粉5-15、棕刚玉粉30-50、氧化铬粉10-25、铝矾土粉熟料10-30、膨润土粉2-10、白乳胶粘结剂5-10、水40-60；涂料层可以通过刷涂、喷涂、喷淋、浸涂等方法，厚度0.1-5mm。

制得的双面复合铸件，覆材与基材的界面冶金结合率为100%，剪切强度大于350MPa。

实施例8

根据图1所示，浇铸覆材1材质为高镍铬耐腐蚀铸铁、厚度10－30mm，基材2材质HT200、厚度50－100mm的双面复合铸件时：浇铸温度1400-1450℃。

生产方法及浇铸模型的构建方法同实施例1

其中镍基涂层4的涂覆方法为刷涂或喷淋施工方法，该涂覆方法的镍基涂层4的组成成分按重量份数为：镍粉50-100、钨粉10-20、钴粉10-20、脲醛树脂粘结剂5-10、商品乙醇溶剂40-60，镍基涂层的涂层厚度：0.1-2.0mm。

涂料层的组份按重量份数为：锆英粉5-15、白刚玉粉5-15、棕刚玉粉30-50、氧化铬粉10-25、铝矾土粉熟料10-30、膨润土粉2-10、钾水玻璃粘结剂5-10、水40-60；涂料层可以通过刷涂、喷涂、喷淋、浸涂等方法，厚度0.1-5mm。

制得的双面复合铸件，覆材与基材的界面冶金结合率为100%，剪切强度大于160MPa。

实施例9

根据图1所示，浇铸覆材1材质为4Cr25Ni35Mo耐热高强钢、厚度10－30mm，基材2材质ZG35CrMo、厚度50－100mm的双面复合铸件时：浇铸温度1630-1680℃。

生产方法及浇铸模型的构建方法同实施例1

其中镍基涂层4的涂覆方法为等离子喷涂、电弧喷涂或火焰喷涂，该涂覆方法的镍基涂层4的组成成分按重量份数为：镍50-100、钨10-35、钴10-25；喷涂镍基涂层4的厚度：5-200um。

涂料层的组份按重量份数为：锆英粉5-15、白刚玉粉5-15、棕刚玉粉30-50、氧化铬粉10-25、铝矾土粉熟料10-30、膨润土粉2-10、硅溶胶粘结剂5-10、水40-60；涂料层可以通过刷涂、喷涂、喷淋、浸涂等方法，厚度0.1-5mm。

制得的双面复合铸件，覆材与基材的界面冶金结合率为100%，剪切强度大于450MPa。