一种铜包铝棒材低压充芯装置及其制作方法与流程

本发明为一种铜包铝复合棒材的生产设备。涉及新材料加工机械设计的技术领域。

背景技术：

铜包铝复合材料是在铝芯的外表面均匀地包覆铜层，使铜铝两种金属在界面形成冶金结合而成为一个整体的双金属复合材料。它结合了铜良好导电性能和铝低成本低密度的特点，具有广泛的应用前景。

铜包铝复合棒材的生产方法从整体上可以分为三类：固-固相复合法，固-液相复合法，液-液相复合，固-固相复合法，如轧制压接法、静液挤压法、包覆焊接法等，材料利用率高，产品质量好，但连续化生产困难，生产效率低；液-液相复合法，如充芯连铸法，可以实现连续生产，但工艺过程复杂，工艺参数控制难度大；固-液相复合法，如包覆层连续浇铸法，工序简单，生产效率高，但对设备能力和厂房条件要求比较高，工艺参数难以控制，直接浇铸法的产品质量不高，容易产生缩孔、气孔等缺陷。

低压充芯法是一种新型固-液相复合工艺技术，其工艺过程是在密封的装有金属液的坩埚中，通入氮气或其他惰性气体，对坩埚内金属液表面加压，使金属液沿着升液管自下而上的挤压到铜管内，等到金属液充满铜管后增大气压，同时使液面压力保持至铸件完全凝固后，解除坩埚内的压力，使升液管内未凝固的金属液回落到坩埚内，即可取下铜包铝复合棒材，完成制备过程。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是针对低压充芯法制备原理设计出一种铜包铝复合棒材低压充芯装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种铜包铝棒材低压充芯装置，该装置包括铝液熔炼电阻炉，用于铝液在保护性气氛中熔化和保温，并使铝液通过升液管填充铜管；

位于铝液熔炼电阻炉上部并与通过法兰连接的铜管预热电阻炉，用于铜管的预热，在充芯和凝固过程中抽真空，保持真空状态；

位于铝液熔炼电阻炉和铜管预热电阻炉内部，并且与铝液熔炼电阻炉和铜管预热电阻炉分别连接的铜管和升液管支架，用于安装铜管和升液管，支架与电阻炉法兰之间的密封采用耐高温的氟橡胶密封圈。

优选的，该装置还包括连接法兰，用于连接位于下部的铝液熔炼电阻炉和上部的铜管预热电阻炉；插入在连接法兰中的升液管，位于连接法兰的下部，用于铝液的充芯；位于连接法兰上部，靠螺钉连接的的支架，用于固定和安装铜管。

优选的，在所述的铝液熔炼电阻炉中气体压力：0.1-0.8mpa，保温温度：700-850℃。

本发明还提供了一种铜包铝棒材低压充芯装置的制作方法，该方法包括如下步骤：

首先将铜管预热电阻炉抽真空并填充保护气体，启动电源升温，将铜管进行预热和保温；用铝液熔炼电阻炉在保护气体下熔化铝液并保温；给铝液熔炼电阻炉中充入氮气。

利用压强原理将熔融的铝液充入铜管，增压、保压、卸压，待铝液完全凝固和冷却后取出铜管，完成铜包铝棒材的制备。

优选的，充芯过程中采用的压缩气体为氮气或氩气，充芯速度为5ml/s-10ml/s。

有益效果：本发明对比已有技术相比，具有以下优点：装置能够体现低压充芯工艺的优点，制作出无气孔、缩孔、裂纹等缺陷的界面冶金结合的复合棒材。铝的利用率高，同时工艺简单，生产成本较低，生产效率高。

附图说明

图1为低压充芯装置示意图，以及三个主要部分：1-铝液熔炼电阻炉，2-铜管和升液管连接支架，3-铜管预热电阻炉的示意图。

图2为铜管预热电阻炉示意图，4-石棉板；5-轻质粘土砖；6-硅藻土砖；7-炉壳；8-电热丝引出端；9-电热丝；10-气体出入口；11-热电偶插入口；

图3为铝液熔炼电阻炉示意图，4-石棉板；5-轻质粘土砖；6-硅藻土砖；7-炉壳；8-电热丝引出端；10-气体出入口；11-热电偶插入口；12-坩埚；

图4为铜管和升液管支架示意图，主要由13-压杆；14-排气压板；15-铜管；16-铜管支架；17-连接法兰支架；18-升液管；19-连接法兰等组成。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明提供了一种铜包铝棒材低压充芯装置，该装置包括铝液熔炼电阻炉1，用于铝液在保护性气氛中熔化和保温，并使铝液通过升液管填充铜管；

位于铝液熔炼电阻炉1上部并与通过法兰连接的铜管预热电阻炉2，用于铜管的预热，在充芯和凝固过程中抽真空，保持真空状态；

位于铝液熔炼电阻炉1和铜管预热电阻炉2内部，并且与铝液熔炼电阻炉1和铜管预热电阻炉2分别连接的铜管和升液管支架3，用于安装铜管和升液管，支架与电阻炉法兰之间的密封采用耐高温的氟橡胶密封圈。

该装置还包括连接法兰19，用于连接位于下部的铝液熔炼电阻炉1和上部的铜管预热电阻炉2；插入在连接法兰中的升液管18，位于连接法兰19的下部，用于铝液的充芯；位于连接法兰19上部，靠螺钉连接的的支架17，用于固定和安装铜管。

在所述的铝液熔炼电阻炉中气体压力：0.1-0.8mpa，保温温度：700-850℃。

本发明还提供了一种铜包铝棒材低压充芯装置的制作方法，该方法包括如下步骤：

首先将铜管预热电阻炉2抽真空并填充保护气体，启动电源升温，将铜管进行预热和保温；用铝液熔炼电阻炉1在保护气体下熔化铝液并保温；给铝液熔炼电阻炉1中充入氮气。

利用压强原理将熔融的铝液充入铜管，增压、保压、卸压，待铝液完全凝固和冷却后取出铜管，完成铜包铝棒材的制备。

充芯过程中采用的压缩气体为氮气或氩气，充芯速度为5ml/s-10ml/s。

一、准备工作

1、对坩埚、升液管涂料预热安装，加料，各部分装配。

2、检查电源、温度仪表、安全防护设备(如通风、消防)及其他辅助设备等是否完好。

3、开炉前接通水源、气源调节至合适状态。

二、制备操作

1、抽真空，填充保护气体到常压。

2、设置坩埚电阻炉升温过程参数，接通电源，开始加热，保温。

3、设置铜管预热电阻炉升温过程参数，接通电源，开始加热，保温。

4、将压缩气体以一定的速度充入坩埚电阻炉中，升液、充芯、增压、保压、卸压，取出复合棒材。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种铜包铝复合棒材低压充芯装置及其制作方法。该装置包括铝液熔炼电阻炉，用于铝液在保护性气氛中熔化和保温，并使铝液通过升液管填充铜管；位于铝液熔炼电阻炉上部并与通过法兰连接的铜管预热电阻炉，用于铜管的预热，在充芯和凝固过程中抽真空，保持真空状态；位于铝液熔炼电阻炉和铜管预热电阻炉内部，并且与铝液熔炼电阻炉和铜管预热电阻炉分别连接的铜管和升液管支架，用于安装铜管和升液管，支架与电阻炉法兰之间的密封采用耐高温的氟橡胶密封圈。本发明设备简单紧凑，工艺流程短，适用于大规模生产。制备的铜包铝棒材芯部无孔隙类缺陷，铜铝界面情节，形成良好的冶金结合。

技术研发人员：盛晓波;窦瑞;戴挺;董寅生;储成林;郭超
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2017.06.19
技术公布日：2017.11.24