[发明专利]一种铝合金复合铸锭的连铸方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于铝合金铸造技术领域，特别涉及一种铝合金复合铸锭的连铸方法及其装置。

背景技术

常规铝合金由于性能单一，不能很好满足如运载工具、结构、电子等工程方面的多种性能综合的要求，因此复合材料成为新材料研发的重点。层状复合材料由于成本低、综合性能高，是应用最广泛、生产量最大的复合材料，其中复合铝材具有高强度，同时又兼备耐蚀（装饰）、可焊、易成形等综合性能，是增长速度最快的复合材料，而复合板带材则是目前用量最多的复合材料。

复合板带材的主要生产方法可以分成三类：一类为固相复合法，包括热轧复合、冷轧复合及爆炸复合法等，第二类为液固复合法，包括浇铸法、反向凝固法、铸轧法及钎焊法等，第三类为液态复合法，如连续浇铸法、双结晶器连铸法、及充芯连铸法等。传统的复合铝板带材的生产技术是轧制复合，将两种或多种铝合金在熔铸、均化、热轧成板坯后，表面处理，在高温，通过大压下率创造更多的新表面来实现复合，这种复合方法的主要缺点是：（1）由于表面氧化膜不能全部去除，所以复合界面处会有氧化膜，焊合不上的点，退火后会板带表面出现气泡等缺陷；（2）为使材料全面复合，通常轧制首道要采用大轧制变形率，所以易造成复合界面不平直，产生弯曲，波浪等缺陷；（3）这种方法复合需要芯材和表材都要熔铸、均匀化、轧制后再轧制复合，所以工序长，步骤复杂，能耗高、生产率低。

为彻底解决上述问题，实现不同复合组元间的全面冶金结合，从而大幅度提高复合界面的结合强度，显著降低能耗和提高生产率，最佳的方法就是采用铸造复合。

铸造复合的研究是金属材料成型领域的热点之一，目前的主要制备方法有电磁控制法、双结晶器法、充芯连铸法等；电磁控制法虽然可以在一定程度上抑制金属的流动，但是在复合材表层较厚时，由于在界面处的电磁场较弱，制动能力差，当熔体在水平方向的流速过高时，容易在不同合金的界面附近形成混合区域；双结晶器法需要两套结晶器，上下垂直布置，芯部金属与包覆金属分别浇注到上下两个结晶器中；先将芯部金属浇入上结晶器中，芯部金属在上结晶器中形成一定厚度的凝固坯壳，在下拉过程中，芯部铸坯进入到下结晶器时，浇注外层包覆金属液，借助金属液的热量使芯部坯表面部分熔化，通过元素的相互扩散形成一定厚度的中间结合层，这样，外层和芯部金属结合成一个整体；该方法工艺过程复杂，不易实现工业应用，特别是由于芯部金属已经凝固成固态且凝固坯壳在空气中容易氧化，从而影响复合界面的结合状况；充芯连铸法的芯部熔体采用导流管进入结晶器，此前无冷却过程，极易造成熔体的混合，导致复合失败。

诺威利斯公司申请了用于铸造复合锭的方法的专利（专利号200480023704）,该方法主要是高熔点的合金在冷却板上形成一个自支撑层，自支撑层的温度为该合金的液相线温度和液相线温度之间，离开水冷板后，低熔点的合金与高熔点合金在自支撑层接触，形成结合，铸造成复合锭坯。实践表明，由于自支撑层的温度是在固相线温度和液相线温度之间，该自支撑层不能有足够的强度来防止低熔点合金接触时的冲击，因此自支撑层很容易被冲破，形成两种合金的混合；同时由于低熔点合金为液相、高熔点合金的支撑层温度在液相线温度和固相线温度之间，两者接触时即使支撑面不破坏，也会产生强烈的互扩散，在界面形成较厚的扩散层，这种扩散层虽然是冶金结合，但是在某些复合的两种合金界面易形成较厚的脆性层，这种脆性层在锭坯加工成较薄的产品时，会对使用性能产生危害，如4041/3004/4041钎焊复合箔。

申请号为200910187947.7的中国专利申请提出了一种稳恒磁场作用下铝合金低过热度复合铸造的方法及装置，采用冷却板将芯材和表材分开，熔点高的合金浇注温度高于该合金熔点15~30℃，即实现低过热，使高熔点的合金迅速在冷却板上形成稳定的、具有一定强度的支撑面，即形成一定厚度的半固态，然后将低熔点温度的合金浇入，在支撑面与高熔点的合金结合，然后一起凝固，形成冶金结合；同时为保证复合界面的稳定、平直，施加直流静磁场，利用静磁场的电磁制动效果，抑制界面处的熔体流动。

该方法可以生产出质量较好的复合铸锭；但是由于液面控制环节太多，操作复杂，配合较困难，同时液面尤其是表材的液面控制困难，所以表材的液面容易上到冷却板的金属板，而形成虚焊；同时由于采用的是铝结晶器，在冷却板与结晶器壁接触部分的冷却强度高于接触板的其他部分，则在冷却板与结晶器壁形成的三角区的温度低，易形成低温的凝固层，所以此区域的结合强度低。

发明内容

针对现有铝合金铸锭制备技术上的问题，本发明提供一种铝合金复合铸锭的连铸方法及其装置。