一种制备复合板的装置和方法与流程

本发明涉及复合板材制造领域，特别涉及一种制备复合板的装置及方法。

背景技术

复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。一般定义的复合材料需满足以下条件：1）复合材料必须是人造的，是人们根据需要设计制造的材料；2）复合材料必须由两种或两种以上化学、物理性质不同的材料组分，以所设计的形式、比例、分布组合而成，各组分之间有明显的界面存在；3）它具有结构可设计性，可进行复合结构设计；4）复合材料不仅保持各组分材料性能的优点，而且通过各组分性能的互补和关联可以获得单一组成材料所不能达到的综合性能。

复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

专利cn105018879a“一种覆钛不锈钢复合板制备方法”提出一种采用超高速喷射沉积和轧制处理的覆钛不锈钢复合板的制备方法，通过将纯钛粉末高速喷射沉积于经过活化的基板表面获得结合力良好的复合板料，然后通过热轧获得涂层致密、界面为冶金结合的覆钛不锈钢板；采用球形al2o3粒子高速轰击的方法对不锈钢基板进行表面活化处理。该专利的缺点主要为产品收得率低。专利cn101574861a“钛包铝层状复合板及其制备方法”采用电弧喷涂、喷射沉积、复合轧制、熔融覆镀等工艺中的一种或多种在钛板表面单面涂敷铝层，得到钛/铝复合板。该专利主要存在的问题是涂覆层单一。专利cn101327517a“适于喷射成形用自动扫描雾化器”实现雾化锥的自动扫描摆动，适合于制备小200mm以上的高质量环锭，不适合于制备大锭坯。专利cn101695753a“高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法”能够获得大规格、高性能7055合金产品，并且适于工业化生产，只能制备两种互溶的合金材料，不能制备具有界面结合的复合材料。专利cn102489708a“预埋管道式模具喷射成形制造方法”阐述了一种内有冷却（或加热）管道的模具制造方法，采用喷射成形工艺避免了以往的模具分块加工，保证了模具机械性能；预制冷却管道避免了冷却管道的钻孔加工，并可以保证管道的随型性。该方法可提高模具性能，降低制造成本，在复杂的自由度运动情况下难以实现均匀的沉积效果。

技术实现要素：

本发明提供了一种制备复合板的装置及方法，至少解决了上述技术问题之一。

根据本发明的一个方面，提供了一种制备复合板的装置，包括金属气雾喷射装置、硬化颗粒喷射器、轧制滚轮和基板输送装置，所述金属气雾喷射装置、硬化颗粒喷射器和轧制滚轮沿基板输送装置的输送方向依次排列并均位于基板输送装置的上方；所述金属气雾喷射装置包括坩埚、导流管和雾化器，坩埚连接于导流管的上端，所述坩埚用于盛装金属液并由导流管输出，所述雾化器连接于导流管并能将导流管内的金属液高压雾化成细小的金属液颗粒从导流管的下端喷出；所述硬化颗粒喷射器包括相互连接的硬化颗粒储存器和硬化颗粒喷射器。

在一些实施方式中，制备复合板的装置还包括定位滚轮，所述定位滚轮与轧制滚轮并列设置，所述轧制滚轮位于硬化颗粒喷射器和轧制滚轮之间。

在一些实施方式中，制备复合板的装置还包括火焰切割装置，所述火焰切割装置位于基板输送装置的输出端。

根据本发明的另一个方面，提供了一种制备复合板的方法，包括如下步骤：a.金属气雾喷射装置向基板的表面喷射雾化的金属液体，以在基板表面形成沉积层；b.硬化颗粒喷射器向基板表面喷射高速硬化颗粒，使硬化颗粒穿透沉积层表面嵌入到沉积层中；c.以轧制滚轮对基板表面轧制，使得沉积层进一步密实，而硬化颗粒进一步嵌入到沉积层表面，形成表面硬化层。

在一些实施方式中，所述步骤a.进一步包括在坩埚中装入金属液，金属液通过导流管向下流出的过程中受到雾化器喷出的高压雾化气体作用，雾化形成细小的金属液颗粒，金属液颗粒撞击到基板表面时形成了沉积层。

在一些实施方式中，所述基板输送装置带动基板移动并依次经过金属气雾喷射装置和硬化颗粒喷射器的下方以进行金属液体和硬化颗粒的喷射，后再与轧制滚轮（3）接触以进行轧制，所述基板的移动速度为1～20mm/s。

在一些实施方式中，所述金属液的流量为10～100kg/min，所述金属液的雾化压力为1～10mpa。

在一些实施方式中，所述硬化颗粒质量流量为1～5kg/min，所述硬化颗粒的输送压力为0.5～5mpa。

本发明的有益效果是：本发明提出一种制备复合材料的装置和方法。在基板材料表面首先利用气雾法喷射一层金属液，金属液在撞击到基板的过程中发生冷却凝固，形成组织细小的喷射层。与此同时，金属基材具有一定的运动速度，当沉积层运动到颗粒沉积区域时，上方硬化颗粒喷射器喷射高速硬化粒子，当硬化粒子接触到沉积层时，由于其速度很快而沉积层表面还有一定的熔融态，所以颗粒会嵌入到沉积层表面，而后由于以轧制滚轮的轧制作用使得镶嵌在表面的硬化颗粒进一步嵌入到沉积层中，形成表面硬化层。本发明可以制备两种金属材料的复合板材或管材，并在表面添加硬化层，所制备的复合材料表面具有高的硬度和强度。

附图说明

图1为本发明一实施方式的制备复合板的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步详细的说明。

实施例1

图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的制备复合板的装置。

参照图1，一种制备复合板的装置，包括金属气雾喷射装置1、硬化颗粒喷射器2、轧制滚轮3、基板输送装置4、定位滚轮5和火焰切割装置6。金属气雾喷射装置1、硬化颗粒喷射器2和轧制滚轮3沿基板输送装置4的输送方向依次排列并均位于基板输送装置4的上方，火焰切割装置6位于基板输送装置4的输出端。

基板输送装置4用于安装基板7并带动基板7作水平直线运行，基板7依次经过金属气雾喷射装置1和硬化颗粒喷射器2的下方，后再与轧制滚轮3接触，最后从轧制滚轮3的后方输出被火焰切割装置6切割分离而得到复合板成品。

金属气雾喷射装置1用于将金属液雾化并喷射到基板7的表面以形成金属沉积层。金属气雾喷射装置1包括坩埚11、导流管12和雾化器13。坩埚11连接于导流管12的上端，坩埚11用于盛装金属液并由导流管12输出。雾化器13连接于导流管12，雾化器13向导流管12内喷射高压雾化气体，将金属液高压雾化成细小的金属液颗粒后从导流管12的下端喷出。金属液颗粒组成雾化锥8，雾化锥8撞击到基材表面时形成了沉积层。

硬化颗粒喷射器2用于向基板7表面喷射硬化颗粒以形成硬化颗粒层，硬化颗粒喷射器2包括相互连接的硬化颗粒储存器21和硬化颗粒喷射器22。硬化颗粒储存器21用于存储硬化颗粒，硬化颗粒喷射器22竖向设置，硬化颗粒喷射器22的上端连接于硬化颗粒储存器21的下端，硬化颗粒喷射器22的下端设有喷射口。

定位滚轮5与轧制滚轮3并列设置，轧制滚轮3位于硬化颗粒喷射器2和轧制滚轮3之间。定位滚轮5为小滚轮，定位滚轮5用于对基板7进行定位。轧制滚轮3为大滚轮，轧制滚轮3用于对基板7的表面进行轧制。

实施例2

基于实施例1的制备复合板的装置的制备复合板的方法，包括如下步骤：

a.金属气雾喷射装置1向基板7的表面喷射雾化的金属液体，以在基板表面形成沉积层；基板输送装置4带动基板7进行水平直线移动。在坩埚11中装入金属液，金属液通过导流管12向下流出的过程中受到雾化器13喷出的高压雾化气体作用，雾化形成细小的金属液颗粒，金属液颗粒组成雾化锥8。当基板7经过金属气雾喷射装置1的下方时，金属液颗粒撞击到基板表面时形成了沉积层。其中，金属液的流量为10～100kg/min，金属液的雾化压力为1～10mpa。

b.基板7继续移动经过硬化颗粒喷射器2的下方时，硬化颗粒喷射器2向基板表面喷射高速硬化颗粒以形成硬化颗粒层。由于其速度很快而沉积层表面还有一定的熔融态，所以硬化颗粒穿透沉积层表面嵌入到沉积层中。其中，硬化颗粒质量流量为1～5kg/min，硬化颗粒的输送压力为0.5～5mpa。

c.承接硬化颗粒后的基板7继续移动到达定位滚轮5，由定位滚轮5纠偏和定位后与轧制滚轮3接触。轧制滚轮3对基板表面轧制，使得沉积层进一步密实，而硬化颗粒进一步嵌入到沉积层表面，形成表面硬化层。

轧制完成后的基板7移动到火焰切割装置6，以火焰切割装置6对基板7进行切割分离，复合板制备完成。

本发明的方法制备的复合板材，达到冶金结合效果，复合层厚度能达到1～20mm，表面形成硬化层，增强材料的强度和韧性。

实施例3

在实施例2的基础上，制备碳钢表面复合不锈钢以及陶瓷作为硬化颗粒

基板材料为碳钢，复合材料为不锈钢，基板运动速度为5mm/s，不锈钢金属液喷射质量流量为20kg/min，雾化气体压力为2mpa，硬化颗粒为陶瓷颗粒，硬化颗粒质量流量为2kg/min，硬化颗粒输送压力为2mpa，轧辊的轧制压力为2t，火焰切割速度为5mm/s。

实施例4

在实施例2的基础上，制备铝板表面复合铝硅合金不锈钢作为硬化颗粒

基板材料为铝板，复合材料为铝硅合金不锈钢，基板运动速度为10mm/s，不锈钢金属液喷射质量流量为30kg/min，雾化气体压力为2mpa，硬化颗粒为铝硅合金不锈钢，硬化颗粒质量流量为2.5kg/min，硬化颗粒输送压力为3mpa，轧辊的轧制压力为5t，火焰切割速度为15mm/s。

实施例5

在实施例2的基础上，制备不锈钢表面复合铜层陶瓷作为硬化颗粒

基板材料为不锈钢板，复合材料为铜层陶瓷，基板运动速度为10mm/s，不锈钢金属液喷射质量流量为30kg/min，雾化气体压力为2mpa，硬化颗粒为铝硅合金不锈钢，硬化颗粒质量流量为2.5kg/min，硬化颗粒输送压力为2mpa，轧辊的轧制压力为2t，火焰切割速度为5mm/s。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。