CN1739892A - 一种钢背铝基复合板半固态振动复合方法 - Google Patents

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Abstract

一种钢背铝基复合板半固态振动复合方法，属于钢背铝基复合板的半固态振动复合研究领域，采用钢板与铝基覆层半固态浆料直接在高频振动作用下进行半固态复合，利用与高频振动装置振动头相连的活动复合浇嘴上盖产生的纵向高频振动，在复合界面处产生“局部高温、高压”、“促进分散”和“净化表面”功效，加速钢板表面助焊剂膜层的融化与分解，并使铝基覆层与浇嘴上盖下表面瞬间保持高频振动振幅大小的间隙，从而，在铝基覆层半固态浆料的冷却和凝固过程中，有效地防止了堵嘴现象，并对铝基覆层上部实施平整，形成复合板，解决钢背铝基复合板半固态铸轧复合方法存在的“界面残留助焊剂和堵嘴”的技术问题。

Description

一种钢背铝基复合板半固态振动复合方法
技术领域
本发明涉及一种钢背铝基复合板的复合方法，特别适用于钢背铝基复合板的半固态复合方法。
背景技术
钢背铝基复合板是由钢背与铝基覆层构成的复合板。专利申请号：200510012148.8，发明名称：“一种钢背铝基复合板半固态复合方法”上，阐述了钢背铝基复合板的半固态铸轧复合方法，在该方法中，由于半固态浆料温度较低，用于防止钢背表面在预热中发生氧化的助焊剂膜层的融化与分解的时间较长，另外，半固态浆料的粘度较大，在复合浇嘴中的流动性较差，因此，钢背铝基半固态铸轧复合方法存在“界面残留助焊剂和堵嘴”问题，影响复合界面的力学性能和复合成形的连续进行。专利申请号：200510012213.7，发明名称：“一种钢背铝基复合板固液相振动复合方法”上，阐述了钢背铝基复合板的固液相振动复合方法，该方法利用振动及喷水冷却装置取代了传统的轧制成形***，解决了固液相复合的堵嘴问题。但是，在该方法中，浇嘴采用的是固定上盖，对于钢板与铝基半固态浆料的半固态复合，由于半固态浆料的粘度较大，在固定浇嘴上盖的摩擦作用下，极易停滞，仍然会造成堵嘴，因此该方法也不适合钢背铝基复合板的半固态复合成形。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服钢背铝基半固态铸轧复合方法存在“界面残留助焊剂和堵嘴”的不足，提供一种既能促进钢背表面助焊剂膜层融化与分解、又能确保钢背铝基半固态复合成形不间断进行的复合方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
采用钢板与铝基覆层半固态浆料直接在高频振动作用下进行半固态复合，利用与高频振动装置振动头相连的活动复合浇嘴上盖产生的纵向高频振动，在复合界面处产生“局部高温、高压”、“促进分散”和“净化表面”功效，加速钢板表面助焊剂膜层的融化与分解，并使铝基覆层半固态浆料与复合浇嘴上盖下表面瞬间保持高频振动振幅大小的间隙，防止堵嘴。
钢背铝基复合板半固态振动复合装置包括：浇嘴底座、复合浇嘴、冷却及高频振动装置支架、高频振动装置、浇嘴上盖、喷水冷却装置及复合板卷曲装置。
浇嘴上盖为活动上盖，设有凸台和二个通孔，高频振动装置的振动头设有与浇嘴上盖凸台和通孔对应的凹槽和通孔，用连接螺栓和连接螺母将高频振动装置的振动头与浇嘴上盖连接后，和喷水冷却装置一起采用机械连接方式固定于冷却及高频振动装置支架上，浇嘴上盖的侧表面与复合浇嘴的二侧壁内表面的距离均为0.3～0.5mm，浇嘴上盖后端面与复合浇嘴熔池端面底边之间的距离为复合板铝基覆层的厚度，浇嘴上盖的下表面与钢板上表面之间的距离为复合板铝基覆层的厚度；复合浇嘴采用浇嘴连接螺栓固定于浇嘴底座上，喷水冷却装置位于浇嘴底座前端的孔槽底下。
钢背铝基复合板半固态振动复合工艺步骤如下：
步骤1，将表面经过脱脂、除锈、打毛、浸镀助焊剂处理的钢板预热至所需温度；
步骤2，启动高频振动装置与复合板卷曲装置；
步骤3，将铝基覆层半固态浆料浇入复合浇嘴，在高频振动作用下形成复合界面；
步骤4，接通浇嘴底部的喷水冷却装置，从钢板下面进行冷却，实现铝基覆层的凝固，并在高频振动作用下实现平整，形成复合板。
本发明的有益效果是：本发明采用钢板与铝基覆层半固态浆料直接在高频振动作用下进行半固态复合，利用与高频振动装置振动头相连的活动复合浇嘴上盖产生的纵向高频振动，在复合界面处产生“局部高温、高压”、“促进分散”和“净化表面”功效，加速钢板表面助焊剂膜层的融化与分解，并使铝基覆层半固态浆料与复合浇嘴上盖下表面瞬间保持高频振动振幅大小的间隙，防止堵嘴，实现了钢背铝基复合板的不间断、连续半固态复合成形，在钢背铝基复合板复合界面上，钢背表面的助焊剂膜层可完全融化与分解，实现了钢背与铝基覆层在整个界面上的结合，复合界面剪切强度稳定在68～70MPa，解决了钢背铝基半固态铸轧复合方法存在“界面残留助焊剂和堵嘴”的问题。
附图说明
图1为钢背铝基半固态振动复合装置的主视图。
图中1.经过脱脂、除锈、打毛、浸镀助焊剂、预热处理的钢板，2.浇嘴底座，3.复合浇嘴，4.铝基覆层半固态浆料，5.冷却及高频振动装置支架，6.高频振动装置，7.浇嘴上盖，8.连接螺栓，9.连接螺母，10.喷水冷却装置，11.复合板，12.复合板卷曲装置，13.浇嘴连接螺栓。箭头所指方向为卷曲方向。
图2为钢背铝基半固态振动复合装置的俯视图。
图3为钢背铝基半固态振动复合装置的仰视图。
图4为钢背铝基半固态振动复合装置的E-E剖视图。
图5为钢背铝基半固态振动复合装置的F-F剖视图。
图6为本发明方法制备的钢背Al20Sn复合板的清洁剪切界面。
图7为钢背Al20Sn半固态铸轧复合板的剪切界面。
具体实施方式
结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。
本发明的装置由浇嘴底座、复合浇嘴、冷却及高频振动装置支架、高频振动装置、浇嘴上盖、喷水冷却装置及复合板卷曲装置构成。浇嘴上盖7为活动上盖，设有凸台和二个通孔，高频振动装置6的振动头设有与浇嘴上盖凸台和通孔对应的凹槽和通孔，用连接螺栓8和连接螺母9将高频振动装置的振动头与浇嘴上盖连接后，和喷水冷却装置10一起采用机械连接方式固定于冷却及高频振动装置支架5上，浇嘴上盖的侧表面与复合浇嘴3的二侧壁内表面的距离a均为0.3～0.5mm，浇嘴上盖后端面与复合浇嘴熔池端面底边之间的距离d为复合板铝基覆层的厚度，浇嘴上盖的下表面与钢板上表面之间的距离为复合板铝基覆层的厚度；复合浇嘴采用浇嘴连接螺栓13固定于浇嘴底座2上，喷水冷却装置位于浇嘴底座前端的孔槽底下。
高频振动装置可以采用市场上购买的振动频率大于10kHz、可在铝基覆层形成声强大于5.0w/cm2纵向振动的任何型号的高频振动装置，喷水冷却装置的冷却速度为250～350℃/min，由喷水速度控制；喷水冷却前，钢背与铝基覆层半固态浆料接受高频振动作用的时间为喷水冷却前的钢背与铝基覆层半固态浆料的接触长度b与卷曲速度的商值，控制在10～20秒；在冷却与平整区域，接受高频振动作用的时间为冷却与平整区域长度c与卷曲速度的商值，控制在10～20秒。
以制备钢背Al20Sn复合板为例，对本发明方法的具体实施步骤进行说明：
在高频振动频率为10kHz、振动功率为1000W、浇嘴上盖下表面尺寸为100mm×200mm、声强为5W/cm2、d为1.3mm、b为101.3mm、c为100mm、复合板卷曲装置牵引速度为10mm/s、喷水冷却装置冷却速度为320℃/min的装置条件下，具体实施步骤：
步骤1，将表面经过脱脂、除锈、打毛、浸镀处理的1.2mm厚、112mm宽的08Al钢板预热至500℃；
步骤2，启动高频振动装置与复合板卷曲装置；
步骤3，将固相率为35％的Al20Sn半固态浆料浇入复合浇嘴，使浆料与钢板在浇嘴内在高频振动作用下进行接触、润湿、铺展、扩散反应，形成复合界面；
步骤4，接通浇嘴底部的喷水冷却装置，在浇嘴底座前端的孔槽下面，对钢板进行冷却，同时，高频振动装置从铝基覆层上部进行平整，形成2.5mm厚的复合板。
本发明方法，不间断、连续地形成了板面平整、厚度均匀的钢背Al20Sn复合板，复合板不同部位10个剪切试样的界面剪切强度均为69±0.5MPa。
采用本发明方法对钢背Al28Pb复合板的制备如下：
选用振动频率为15kHz、振动功率为1500W、浇嘴上盖下表面尺寸为100mm×250mm、声强为6W/cm2的振动装置，b为111.3mm，c为140mm，其它参数与钢背Al20Sn半固态振动复合参数相同，在钢板预热温度为550℃、Al28Pb半固态浆料固相率为45％、喷水冷却装置的冷却速度为280℃/min复合条件下，进行钢背Al28Pb复合板的半固态振动复合，得到复合板不同部位10个剪切试样的界面剪切强度均为69±0.5MPa。
附图6为本发明方法制备的钢背Al20Sn复合板的清洁剪切界面，由图可见，撕裂表面非常清洁，没有残留助焊剂，这与钢背Al20Sn半固态铸轧复合板的界面剪切撕裂表面，如图7所示，形成了鲜明的对比。

Claims (2)

1.一种钢背铝基复合板半固态振动复合方法，其特征在于，采用钢板与铝基覆层半固态浆料直接在高频振动作用下进行半固态复合，利用与高频振动装置振动头相连的活动复合浇嘴上盖产生的纵向高频振动，在复合界面处产生“局部高温、高压”、“促进分散”和“净化表面”功效，加速钢板表面助焊剂膜层的融化与分解，并使铝基覆层半固态浆料与复合浇嘴上盖下表面瞬间保持高频振动振幅大小的间隙，防止堵嘴，其工艺步骤：
步骤1，将表面经过脱脂、除锈、打毛、浸镀助焊剂处理的钢板预热至所需温度；
步骤2，启动高频振动装置与复合板卷曲装置；
步骤3，将铝基覆层半固态浆料浇入复合浇嘴，在高频振动作用下形成复合界面；
步骤4，接通浇嘴底部的喷水冷却装置，从钢板下面进行冷却，实现铝基覆层的凝固，并在高频振动作用下实现平整，形成复合板。
2.根据权利要求1所述的一种钢背铝基复合板半固态振动复合方法，其特征在于，高频振动装置的振动频率大于10kHz，在铝基覆层形成的声强大于5.0w/cm2，喷水冷却装置的冷却速度为250～350℃/min；喷水冷却前，钢背与铝基覆层半固态浆料接受高频振动作用的时间为10～20秒；在冷却与平整区域，接受高频振动作用的时间为10～20秒。
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