金屬復(fù)合板發(fā)展方向

針對直接軋制法和燒結(jié)法不足，尋找一種既能在大氣中軋制實(shí)現(xiàn)界面良好結(jié)合，又能克服由于接合界面氧化而造成的諸多問題的新方法已成為今后材料加工工程領(lǐng)域內(nèi)一個新的研究方向。

在解決了接合界面氧化問題的同時，克服冷軋復(fù)合中首道次壓下量大而又有能實(shí)現(xiàn)好的界面結(jié)合，克服爆炸一軋制法和燒結(jié)法不足，找到一種在大氣中比較完善的復(fù)合方法成為該領(lǐng)域的另個主要的研究方向。

實(shí)現(xiàn)了上述兩個方向，并在實(shí)際生產(chǎn)中做到工藝簡單，操作方便，高效低耗可連續(xù)化生產(chǎn)將成為未來長期的研究方向。

現(xiàn)有工藝都離不開軋機(jī)的軋制，這就意味著軋制確實(shí)能保證材料的優(yōu)良特性，而且有專家預(yù)言隨著制備技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，最終完善的軋制復(fù)合法可能就是生產(chǎn)金屬復(fù)合板的選擇，那么直接軋制復(fù)合法的完善應(yīng)該成為我們未來研究領(lǐng)域的一個重要的方向。

金屬復(fù)合板的工藝方法有很多種，各種制備方法各有優(yōu)點(diǎn)，而現(xiàn)有報(bào)道中并沒有一種能夠替代其他方法的，因此，在一定時期內(nèi)仍然是各種制備工藝并存的局面。

（1）直接軋制復(fù)合法是生產(chǎn)金屬板的主要方法之一。對于熱軋來說，需要解決的是工序復(fù)雜，加工周期長，以及接合界面氧化等問題；對于冷軋來說，要解決的是板型難控制，軋件邊裂，首道次壓下量大以及變形抗力大時金屬的橫向斷裂和變形不穩(wěn)定現(xiàn)象等問題；異步軋制經(jīng)過30多。年的發(fā)展取得了大量的科研成果，是一種比較有競爭力的工藝方法，但應(yīng)盡快解決實(shí)際應(yīng)用的問題；而真空軋制復(fù)合法需要克服的是真空度的獲得與變更、氣體氛圍的設(shè)計(jì)，活性化表面的獲取與保持等問題。

（2）爆炸制坯——軋制復(fù)合法也是當(dāng)前生產(chǎn)金屬復(fù)合板的主要方法之一。由于它是通過爆炸復(fù)合法獲得坯料，所以它兼具了爆炸法的不足，即爆破地點(diǎn)的選擇、噪音的處理、以及產(chǎn)量、生產(chǎn)率比較低等缺點(diǎn)。

（3）燒結(jié)法獲得的金屬復(fù)合板孔隙率大，所以此法只能應(yīng)用于制備孔隙率高的復(fù)合金屬材料，適用范圍非常狹窄。另外，該方法復(fù)合工序復(fù)雜，能耗大。

（4）鑄軋復(fù)合法在復(fù)合板生產(chǎn)時由于復(fù)合溫度高，復(fù)合基板表面容易發(fā)生氧化，形成氧化層；同時由于復(fù)層金屬與基體金屬的熔點(diǎn)不同，結(jié)合部位容易產(chǎn)生熔損，因此難以得到質(zhì)量優(yōu)良的復(fù)合鋼板，為了避免被鋼水熔化，板厚和板重也因此受到了限制。

（5）反向凝固法制備金屬復(fù)合板操作難度大、成材率低且其產(chǎn)品的尺寸精度控制也比較困難。

（6）電磁連鑄法生產(chǎn)復(fù)合板工藝還處在研究階段。但同反向凝固法一樣由于它們界面結(jié)合強(qiáng)度好及高效、低耗、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在未來研究領(lǐng)域具有很強(qiáng)的競爭力。由于它是液一液相結(jié)合的，所以對于復(fù)合板的厚度不易控制，復(fù)合板材的組織和性能較軋制法也相對要差。

一、直接軋制法

直接軋制法是生產(chǎn)金屬復(fù)合板的一種較普遍的方法，它又可分為熱軋復(fù)合法、冷軋復(fù)合法、異步軋制復(fù)合法及真空軋制復(fù)合法。

1、熱軋復(fù)合法

熱軋復(fù)合法是將復(fù)材和基材重疊，周圍焊接，通過熱軋使復(fù)材與基材結(jié)合在一起的方法。在剪切變形力的作用下，兩種金屬間的接觸表面十分類似于粘滯流體，更趨向于流體特性。一旦新生金屬表面出現(xiàn)，它們便產(chǎn)生粘著摩擦行為，有利于接觸表面問金屬的固著，以固著點(diǎn)為基礎(chǔ)（或核心），在高溫?zé)峒せ顥l件下形成穩(wěn)定的熱擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)金屬間的焊接結(jié)合。

2、冷軋復(fù)合法

通常人們把等輥徑等輥速冷軋復(fù)合法簡稱冷軋復(fù)合法。20世紀(jì)50年代由美國首先開始研究，提出了以“表面處理 冷軋復(fù)合 擴(kuò)散退火”的三步法生產(chǎn)工藝。與熱軋復(fù)合法相比，冷軋復(fù)合時的首道次變形量更大，一般要達(dá)到60%～70%，甚至更高。冷軋復(fù)合憑借大的壓下量，冷軋重疊的二層或多層金屬，使它們產(chǎn)生原子結(jié)合或榫扣嵌合，并隨后通過擴(kuò)散退火，使之強(qiáng)化。

3、異步軋制復(fù)合法

異步軋制是20世紀(jì)60年代開始興起的一種板帶軋制生產(chǎn)技術(shù)，它是通過改變上下軋輥軋速使軋輥線速度不同來軋制金屬的。70年代異步軋制被用做復(fù)合板的生產(chǎn)，稱作異步軋制復(fù)合法，包括我國在內(nèi)的許多國家都投入了相當(dāng)?shù)牧α窟M(jìn)行基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化。異步軋制復(fù)合法一般把較硬的金屬與快速輥對應(yīng)，較軟的金屬與慢速輥對應(yīng)。異步軋制復(fù)合充分利用了“搓軋區(qū)”內(nèi)的相對滑動。一方面，相對滑動的界面摩擦生熱，為界面的結(jié)合提供能量；另一方面，相對滑動有利于接觸表面污染層和氧化膜的破碎和擠出，促進(jìn)新鮮表面的生成。因此，相對滑動有利于提高界面結(jié)合強(qiáng)度，降低平均軋制壓力。

4、真空軋制復(fù)合法

通常在大氣中，金屬表面覆蓋一層氧化膜、吸著層，表面有凸凹，這種狀態(tài)阻礙金屬間的結(jié)合。鑒于這些情況，1953年前蘇聯(lián)首先開始了真空軋制的試驗(yàn)，隨后美國、中國、日本也開始研究。真空軋制復(fù)合法分為真空中熱軋和冷軋兩種情況。真空中熱軋的最大特征是：由于不含氧化性氣氛，金屬表面不形成氧化物、氮化物，使在大氣中氧化而難以加工的金屬變得容易加工，通過塑性加工生成的金屬新生面的本來特性能夠充分發(fā)揮，并因真空中有助于脫氣，可獲得清潔的精加工金屬表面。

二、爆炸制坯一軋制法

爆炸制坯一軋制法是將所需用的基、復(fù)材經(jīng)過爆炸焊接以后，再經(jīng)過熱軋機(jī)軋制到所需規(guī)格尺寸的復(fù)合板帶的一種生產(chǎn)方法。此方法是綜合爆炸復(fù)合技術(shù)和軋制技術(shù)各自的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來的一種新的聯(lián)合技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）爆炸復(fù)合法制坯，保證了兩層或三層金屬復(fù)合板結(jié)合區(qū)的質(zhì)量；

（2）產(chǎn)品尺寸精度高，表面質(zhì)量好；

（3）增加了生產(chǎn)的靈活性，便于推廣。

三、燒結(jié)法

燒結(jié)法是在保護(hù)性氣氛下，通過加熱，使粉末顆粒與復(fù)合基板相互結(jié)合的復(fù)合方法。保護(hù)性氣體主要采用氫氣和氮?dú)獾取?fù)合基板需經(jīng)過脫脂、除銹和打毛等工序預(yù)處理。粉末的制備主要有兩種方法：

（1）將異種純金屬的粉末均勻混合；

（2）直接制備覆層合金的粉末。燒結(jié)法的基本原理是在高溫下，原子振幅加大，發(fā)生擴(kuò)散，從而使異種金屬原子形成結(jié)合。它主要應(yīng)用于復(fù)合基板與合金覆層的復(fù)合。由于在燒結(jié)過程中，燒結(jié)溫度低于高熔點(diǎn)純金屬組元的熔點(diǎn)，所以合金覆層的組織性能非常均勻，是軋制法的有益補(bǔ)充。

四、鑄軋復(fù)合法

鑄軋復(fù)合法的工藝過程為：將兩塊鋼板疊合，內(nèi)層涂上剝離劑，四周焊合后放在盛有金屬液的鑄模中，待液態(tài)金屬凝固后進(jìn)行初軋，最后將焊合的邊部切掉，即得到復(fù)合板。在適當(dāng)溫度及壓力下可實(shí)現(xiàn)較高的復(fù)合強(qiáng)度。此方法工藝簡單，成本低，可用于批量生產(chǎn)。

五、反向凝固法

反向凝固工藝是由德國冶金工作者于1989年開發(fā)的一種薄帶連鑄工藝。該工藝是讓一定厚度的基帶從反向凝固器內(nèi)的鋼液中通過，使基帶表面附近的鋼水迅速降溫，在基帶表面凝固形成新生相，并在新生相還處于半凝固狀態(tài)時進(jìn)行軋制，得到表面平整、厚度均勻的熱軋薄帶。該方法是一種生產(chǎn)雙金屬復(fù)合材料的新熔合技術(shù)。但同模鑄法有所不同，其基板為普通碳素鋼（固相），復(fù)合層為不銹鋼（鋼液）。它具有高效率、低能耗的特點(diǎn)，可生產(chǎn)不銹鋼復(fù)合層小于1mm的復(fù)合板，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的連續(xù)化和短流程，工藝簡單，產(chǎn)品質(zhì)量高，利于環(huán)保。

六、電磁連鑄復(fù)合法

電磁連鑄生產(chǎn)復(fù)合板方法尚處于研究階段。其基本原理是：兩種化學(xué)成分不同的鋼液通過不同的浸入式水口同時注入結(jié)晶器，由于在結(jié)晶器的下部安裝了水平磁場，作用在鋼流上的洛侖磁力垂直穿過水平磁場，抑制了兩種鋼液的混合，而且水平磁場成為一個分界線，依靠磁流體力的作用把結(jié)晶器熔池分為上、下兩部分。通過結(jié)晶器冷卻作用，上部熔池的鋼液凝固成復(fù)合鋼坯的外層，下部熔池的鋼液在外殼的里邊凝固形成鋼坯的內(nèi)芯。

該方法的優(yōu)點(diǎn)：（1）由于在結(jié)晶器內(nèi)直接實(shí)現(xiàn)不銹鋼和其它鋼鐵材料的復(fù)合，可避免出現(xiàn)結(jié)合界面的氧化、夾渣等情況；（2）由于是液一液相結(jié)合，因此與反向凝固法相比，生產(chǎn)的不銹鋼復(fù)合板界面結(jié)合強(qiáng)度更高，同時也無須對基板表面進(jìn)行活化處理；（3）無污染，適于大批量生產(chǎn)。

金屬復(fù)合材料技術(shù)可以發(fā)揮組元材料各自的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)各組元材料資源的最優(yōu)配置，節(jié)約貴重金屬材料，實(shí)現(xiàn)單一金屬不能滿足的性能要求，以壓力容器用不銹鋼-鋼復(fù)合板為例，基層用一般的碳鋼（Q245R,Q345R等)有很好的機(jī)械性能，復(fù)層用不銹鋼(304，316L等）有很好的耐腐蝕性能，兩者通常采用爆炸焊接在一起，只需要幾毫米的高價不銹鋼，大量節(jié)約了成本，并且?guī)缀醪桓淖兓牡母鞣N機(jī)械性能。它既可以替代進(jìn)口并填補(bǔ)國內(nèi)空白，又具有廣闊應(yīng)用范圍，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，容易獲得方方面面的扶持和幫助。如發(fā)展不銹鋼復(fù)合材料就一直是國家發(fā)改委、科技部積極支持、倡導(dǎo)的高科技項(xiàng)目。

由于異質(zhì)金屬復(fù)合材料的性能功能化和較低的成本及應(yīng)用范圍廣泛，提高了傳統(tǒng)金屬復(fù)合材料的發(fā)展?jié)摿?。隨著國家環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策實(shí)施力度的加強(qiáng)，稀有金屬復(fù)合材料在電力煙氣脫硫設(shè)備的應(yīng)用持續(xù)增長，同時化工行業(yè)的投資國產(chǎn)化程度大大加快，也為稀有金屬材料的發(fā)展提供了良好發(fā)展機(jī)遇。

國家產(chǎn)業(yè)政策的支持、較高的技術(shù)壁壘、產(chǎn)業(yè)升級的需求拉動為行業(yè)的發(fā)展提供了廣闊空間。金屬復(fù)合板是在一層金屬上覆以另外一種金屬的板子，已達(dá)到在不降低使用效果（防腐性能、機(jī)械強(qiáng)度等）的前提下節(jié)約資源、降低成本的效果。

金屬復(fù)合板是利用各種復(fù)合技術(shù)將性能不同的金屬在 界面上實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合而形成的復(fù)合材料。通過合適的材料 選擇及合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，金屬復(fù)合板能夠極大地改善單一金屬材料的熱膨脹性、強(qiáng)度、韌性、耐磨損性、耐腐蝕性、電性能、磁性能等諸多性能，因而被廣泛地應(yīng)用到石油、化工、船 舶、冶金、電力、水利、交通、環(huán)保、食品、制藥等工業(yè)領(lǐng)域。 金屬復(fù)合板除了具有結(jié)構(gòu)性和功能性的特征之外，還可以節(jié)省貴金屬的使用，顯著降低各種裝備材料的成本。

常見的金屬復(fù)合板有：鈦鋼復(fù)合板、銅鋼復(fù)合板、鈦鋅復(fù)合板、鈦鎳復(fù)合板、鎳鋼復(fù)合板、銅鋁復(fù)合板、鎳銅復(fù)合板等。

鞍山拓普金屬復(fù)合板有限公司位于遼寧省臺安縣工業(yè)園區(qū)團(tuán)結(jié)路西、工業(yè)五路北側(cè)。本公司已列入2013國家環(huán)保產(chǎn)業(yè)名錄，為國家環(huán)境友好型企業(yè)。在臺安，公司總投資106561萬元，建設(shè)多色彩鋼板生產(chǎn)線三條，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為90萬噸；鍍銅板生產(chǎn)線一條，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為15萬噸，得到了省市縣級領(lǐng)導(dǎo)的高度重視和大力支持。

鞍山拓普金屬復(fù)合板有限公司主要產(chǎn)品有金屬裝飾保溫一體板、HDPA保溫板、多色烤漆鋼板等。

在2009年3月獲得常務(wù)理事單位等