[发明专利]一种多功能梯度金属复合材料电渣熔焊法制备装置及使用方法

说明书

一种多功能梯度金属复合材料电渣熔焊法制备装置，主要由电源、参数控制面板、电极进给系统、电极、水冷结晶器、水冷底水箱、基材、水塔或水池、梯度金属复合腔、移动装置组成，其水塔或水池、水冷结晶器及水冷底水箱、温度计、流量计与出水口构成冷却水循环系统；由水冷结晶器、水冷底水箱、基材围成梯度金属复合腔并置于电极进给系统下方；电极进给系统由电机、速度控制器、电极绝缘控制器、电缆接头、电极驱动器及电极组成；使用方法：选择覆层金属、基材及适配的经烘烤预熔渣；选择适配梯度金属复合腔；开冷却水循环系统及电源；调节电机转速；造渣；复合；补缩；复合结束；对复合质量等进行分析。其结构简单、占地少、还能按需要灵活移动。

技术领域

本发明属于冶金及焊接技术领域，具体涉及一种实验室用多功能的电渣熔焊法制备梯度金属复合材料的装置及其使用方法。

背景技术

随着材料科技的发展及工业化水平的提高，对金属部件提出了更高的要求。除基本的强韧性外，还往往要求金属部件具有较好的耐磨性、耐蚀性、耐高温性能、导电性、导磁性等，基于此，梯度金属复合材料应运而生。其基体和覆层金属可根据性能需要而灵活搭配，进而制备出双层或多层金属复合材料。梯度金属复合材料的提出对于优化材料综合性能、节约贵重特殊性能材料、降低生产成本等均具有重要意义。

作为梯度金属复合材料的制备，最重要的是将内、外层材料有效地结合在一起。归纳起来，其结合类型主要有冶金结合、机械结合、扩散结合、化学结合、吸附结合等五种，其制备时通常是由多种结合类型共同作用并以某种结合类型为主。相比较而言，以形成冶金结合为主的复合材料具有一定的界面结合层宽度，其界面层成分、组织及性能发生渐变，可有效传递载荷并使得复合材料服役过程稳定、长久。目前，铸造复合、焊接复合等液-固相复合法制备的复合材料均以形成牢固的冶金结合为目的，已广泛应用于梯度金属复合材料的制备。

电渣重熔技术因具有可对熔炼金属精炼提纯、去除夹杂、减少偏析、提高凝固质量等优势而广泛应用于高端特殊钢的制备领域。

经检索，以下文献：《一种电渣重熔法制备双金属复合轧辊的装置及方法》(中国专利，ZL201810269903.8[P],2018.03)、《石墨电极环预热电渣熔铸制备大型复合钢锭的装置及方法》(中国专利，ZL201810715182.9[P],2018.07)、《一种偏心式生产双金属复合轧辊电渣重熔装置》(中国专利，ZL201820473009.8[P],2018.04)等均为围绕复合轧辊电渣重熔制备的装置、导电方案、电极与基材位向关系而提出的技术方案。都聚焦于诸如工业用大型轧辊(圆坯)的复合，其存在设备庞大、控制系统复杂、投资及占地大等不足，更不适用于实验室用。

焊接技术是一种灵活、便捷、有效、可靠的金属连接工艺，由此，兼具电渣重熔技术和焊接技术优势的电渣熔焊技术被广泛应用于各行各业。如《一种熔嘴电渣堆焊修复轧辊的方法》(中国专利，CN201510947821.0[P],2015.12)、《一种板极电渣焊设备》(中国专利，ZL201621145667.1[P],2016.10)、《混合电渣熔覆》(中国专利，CN201580081120.1[P],2015.11)等文献，开展了围绕电极形式及特定基材的不同形式熔覆，存在熔覆产品形式单一、电极形状选择不灵活等不足。

上述已公开的文献，围绕梯度金属复合材料的制备具有熔覆产品形式单一、电极形状选择不灵活、设备配套及控制工艺复杂投资大、占地广、可移动性差等不足，在消耗巨大人力、物力、财力的同时，其功能较为单一。这对于占地条件有限、配套设施有限且立足于多功能、多形式梯度金属复合材料研发的实验室来说，显然是不够的，不能很好地为大生产提供高效、精准的实验数据及结果，也无法满足飞速发展的材料工业的要求。因此，鉴于梯度金属复合材料的重要性及电渣熔焊技术的优越性，本发明提出了一种功能多样化、控制灵活化、投资小、占地少、易移动的梯度金属复合材料电渣熔焊法制备装置及其使用方法。为实验室内开展多种形式(圆坯、板坯、管坯、异形坯等)、多种材料间(双层或多层)的冶金复合研究提供了保障，为后续高端梯度金属复合材料工业化生产提供有效的理论基础和数据积累，具有重要的科学研究价值。

发明内容