层状金属复合材料制备技术现状及发展方向_孟宪静
层状金属复合材料的研究
金属复合材料是由两种或两种以上金属经复 合而形成的一种新型材料由于其工艺的先进 性和材料本身的技术特性，具有以下优点：
价格上的优越性 良好的综合性能 解决了材料可焊性问题 具有良好的成形性能及外观质 量
部分层状金属复合功能材料
金属复合材料具有良好的综合技术性能及其 优越的性价比，广泛应用于电子信息，计算 机，汽车，航空航天，医疗设备等领域
层状金属复合材料加工方法分类：
传统制备方法
轧制复合：轧制复合法是借助大的压下量SLN 两层或多层金属和合金，依靠原子间金属键的 相互吸引力而使组元层结合起来的一种复合技 术 爆炸复合：通过强大的爆力作用实现不同金 属原子的紧密结合，通过金属键形成牢固的焊 接界面，实现基层和复层牢固的冶金结合 爆炸加轧制复合：先用爆炸复合制备较厚的复 合板坯，再采用热轧或冷轧工艺轧制所需厚度 的复合板
制备方法示意图（2）
制备方法示意图（3）
复合机理（1）
固相压力复合：如爆炸复合、轧制复合、挤压 复合等。爆炸复合是通过界面直接粘着区和交 替存在的金属熔化薄层(4～5肿)快速凝结起来 的。轧制复合、挤压复合，根据粘结能量学， 金属原子间的相互吸引，必须克服一定的能量 限。当两个金属多晶表面接触并受压时，由于 多晶体取向的统计分布性，某些晶体学取向偶 然吻合；或由于能量起伏，在高能处突破能量 限形成金属键，产生了点结合。此外，固相 复合机理的解释，还有再结晶、扩散机制。
制备方法示意图（1)
新型制备方法
反向凝固法：反向凝固法利用冷轧或热轧带作为母带以一 定的速度从凝固器内的金属液中穿过，金属液在母带表面 凝固形成新生相，形成了一定厚度的铸带 浇铸复合法：将基板置于盛有金属液的铸模中，液态金属 凝固后形成复合板坯，然后对此板坯进行轧制获得复合板 液一固相铸轧复合技术：将液态金属连续浇铸在基带上， 使液态金属在半凝固状态与固态基带同时进入轧机进行加 工变形，以实现基材与复材良好的冶金结合 喷射沉积复合技术：向带基上喷射雾状金属液，每个雾化 液滴高速率凝固和随后高速固态冷却以及液滴的撞击作用 使其形成细的、无宏观偏析、等轴的沉积显微组织
钛系层压金属复合材料制备技术研究
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层状金属复合材料加工技术研究现状
１ 前
近 年来 ，金 属 复合 材料 逐渐 地 从军 事 国防 向 民用 领 域 渗透 ，如今 已在 陆 上运输 、民航 、Ｔ业 和 体 育休 闲产
业 等诸 多 领 域 实 现 了 商 业 化 应 用 ，形 成 了 年 产 量 近
２ ０ １ ３年 以前 将保 持 ５ ． ９ ％ 的年 增 长率 。金属 复 合 材 料可 应 用 于陆 上 运 输 、电 子／ 热 控 、航 空 航 天 、丁业 、消 费 品等 ５大 领域 ，如 图 ｌ所 示 ，其 中 陆 Ｉ 运输 （ 包 括 汽
第３ ２卷
第１ １ 期
中 国 材 料 进 展
Ｍ ＡＴ ＥＲＩ ＡＬＳ ＣＨＩ ＮＡ
Ｖｏ １ ． ３ ２ ＮＯ ．１ ｌ ＮＯ Ｖ ． ２ ０ １ ３
２ ０ １ ３年 １ １月
层 状 金 属 复 合 材 料 加 工 技 术 研 究 现 状
田广 民 ，李选 明 ，赵 永 庆 ，刘彩利 ，贺林娜 ，刘啸锋
ｌ 金属基 复合材料全球 市场及展望
Ｆ ｉ ｇ １ Ｇｌ ｏ ｂ ａ ｌ ｍａ ｒ ｋ ｅ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｍａ ｔ ｒ ｉ ｘ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ
２ Ｖ ０ 。 …（ ｌ ｆ ／ ２ ）
第 一 作 者 ： 田 广 民 ，男 ，１ ９ ６ ６年 牛 ，教 授 级 高 Ｔ
Ｄ ＯＩ ・１ ０ ． ７ ５ ０ ２ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ４—３ ９ ６ ２ ． ２ ０ ｌ ３ ． １ １ ． Ｏ ９
第１ １ 期
田广 民等 ：层 状金 属 复合 材 料加 工 技术 研 究现 状
Ｍｅ ｔ ａ ｌ Ｃｏ ｍ ｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅ
层状金属复合材料行业发展概况及主要方向
层状金属复合材料行业发展概况及主要方向《层状金属复合材料行业发展概况及主要方向》层状金属复合材料是一种由多层金属板通过一定的方法复合而成的新型材料。
它具有优异的强度、刚性和耐磨性，因此被广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶建造、建筑等领域。
随着科技的不断进步，层状金属复合材料行业也在不断发展。
近年来，层状金属复合材料行业发展迅速，主要表现在以下几个方面：首先，在原材料和工艺上不断创新。
随着材料科学和制造技术的不断发展，层状金属复合材料的原材料和工艺也在不断创新。
新的合金材料、复合工艺的应用使得层状金属复合材料的性能得到了大幅提升，为各个行业提供了更加可靠的材料选择。
其次，在应用领域上不断拓展。
层状金属复合材料在航空航天、汽车制造、船舶建造等传统领域得到广泛应用，并且在新能源、电子、医疗器械等行业也有不断的拓展。
这些新的应用领域为层状金属复合材料行业带来了新的增长点。
再次，在环保和可持续发展方面不断引领。
层状金属复合材料的轻质化、高强度、高刚性等特点使得其具有良好的节能环保性能，符合当下社会对于环保和可持续发展的要求。
随着各行业对于环保和可持续发展的重视，层状金属复合材料在市场上得到了更广泛的认可。
未来，层状金属复合材料行业的发展方向主要体现在以下几个方面：首先，加强基础研究和创新能力。
层状金属复合材料行业需要加强基础研究，提高创新能力，推动材料科学和制造技术的不断进步，为层状金属复合材料的发展打下良好的基础。
其次，拓展应用领域，深入产业链。
层状金属复合材料行业应积极拓展应用领域，深入产业链，与相关产业做好合作，为其提供更加个性化的解决方案，提高自身的市场竞争力。
再次，注重环保和可持续发展。
层状金属复合材料行业需要在产品研发和生产中注重环保和可持续发展，积极应对各类环保标准，推动行业的转型升级。
总之，层状金属复合材料行业作为一种新型材料行业，其发展潜力巨大。
在未来，行业应加强创新能力，拓展应用领域，注重环保可持续发展，以更加积极的态度应对社会和市场的挑战，取得更好的发展。
层状金属复合材料制备技术现状及发展方向
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延 长零部件
。
1 2
．
固 液连铸法
一
取 得 良好 的 综合 经 济 效 益
是将
。
一
种 金 属 液 体 连续浇 注 到 中 间 有另
，
一
种金
层 状 金 属 复合 材 料 的 生 产 方 法 有 多 种
工 艺 属 性 划 分 可 分 为三
一
按照
、
属 芯 材 的 结 晶器 中
外 层 金 属 凝 固 后 将 芯 材包 覆 形
类 ： 固 固相 复 合 法
。
液
。
一
成 复 合铸 坯
。
芯 材 表 面需 要 进 行 表 面 清 理 并 涂上 防
，
固相 复合 法
、
液 液 相 复合 法
一
本文介 绍 后 两 种
锈 涂料
。
复 合铸 坯 结 合 界 面 质 量 较 差
存 在 气孔
、
夹 渣 等缺 陷 (见 图 2 ) j
1
Ti_Al_3Ti层状复合材料的研究现状与发展
＊航空科学基金项目 盖 鹏 涛 ：男 ，１９８１ 年 生 ，硕 士 研 究 生 ，中 级 技 术 职 称 ，研 究 方 向 为 钣 金 成 形 Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｅｎｇｔａｏｇａｉ＠１６３．ｃｏｍ
Ｔｉ－Ａｌ３Ｔｉ层 状 复 合 材 料 的 研 究 现 状 与 发 展／盖 鹏 涛 等
· ７１ ·
图 ５ Ｔｉ－Ａｌ３Ｔｉ层 状 复 合 材 料 的 制 备 原 理 Ｆｉｇ．５ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ
Ｔｉ－Ａｌ３Ｔｉ ｌａｍｉｎａｔｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
· ７２ ·
材料导报 Ａ：综述篇
２０１２ 年 ７ 月 （上 ）第 ２６ 卷 第 ７ 期
图 ６ Ｔｉ－Ａｌ３Ｔｉ层 状 复 合 材 料 的 组 织 结 构 Ｆｉｇ．６ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｔｉ－Ａｌ３Ｔｉ ｌａｍｉｎａｔｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
２ Ｔｉ－Ａｌ３Ｔｉ层 状 复 合 材 料 的 显 由 能 曲 线 （如 图 ８ 所 示 ）可 以 看 出， Ａｌ３Ｔｉ的 自 由 能 比 ＡｌＴｉ３ 和 ＡｌＴｉ的 自 由 能 低；此 外，反 应 烧 结过程中存在充足的液态 Ａｌ，因此可以预期到 Ｔｉ和液态 Ａｌ 反应时富 Ｔｉ化合物 ＡｌＴｉ３ 和 ＡｌＴｉ是 不 会 生 成 的。Ａｌ２Ｔｉ和 Ａｌ５Ｔｉ２ 的形成需通过一系列的固－液和（或）固态反应，反应以 先生成 ＴｉＡｌ为条件，因 此 Ａｌ２Ｔｉ和 Ａｌ５Ｔｉ２ 的 形 成 可 以 从 热 动力学的角度上排除。
轧制复合工艺按坯料加热温度分为热轧复合和冷轧复 合。一般热（温）轧复合适合于小批 量、多 品 种、块 式 法 生 产； 冷轧复合适合于 大 批 量、成 卷 连 续 化 生 产。 此 外，近 期 国 外 还研制出非等温轧制，按上下轧辊条件分为同步 轧 制 复 合 和 异步轧制复合，其 中 异 步 轧 制 复 合 可 以 大 幅 度 降 低 轧 制 力， 提高复合质量和效率。
层状金属复合板生产技术及新工艺
层状⾦属复合板⽣产技术及新⼯艺层状⾦属复合板⽣产技术及新⼯艺摘要：本⽂在对国内外层状⾦属复合板⽣产研究⽂献查阅分析的基础上，综合介绍了⽬前层状⾦属复合板⽣产⽅法的发展现状，分析了各种⽣产⽅法的优缺点。
介绍了钎焊热轧法、燃烧合成轧制法、包套轧制法、PPR⽅法、ARB⽅法、PIT⽅法等复合新⼯艺基本⼯作原理，以及⽬前国内外应⽤各种新⼯艺所⽣产研究的新材料复合板。
同时分析了⾦属复合板⽣产存在的问题，展望了⾦属复合板⽣产⼯艺的发展⽅向。
关键词：层状复板；⽣产⽅法；复合新⼯艺随着科学技术的飞速发展，通过各种不同连接⽅法将不同⾦属材料复合为⼀体，制备成⾦属复合板，得到单层⾦属材料所不具有的物理、化学性能以及⼒学特性，满⾜⾼强度、⾼⽐刚度、抗疲劳性、尺⼨稳定、耐磨、抗振等性能的要求，同时⼤⼤节省稀贵材料，降低成本，已⼴泛应⽤于化⼯、电⼒、机械、船舶、航空等领域。
开发研制新型⾦属复合材料具有⼗分紧迫的现实意义，也必将带来显著的经济效益和社会效益。
⾦属复合材料是由两种或两种以上⾦属经复合⽽形成的⼀种新型材料，由于其⼯艺的先进性和材料本⾝的技术特性，因⽽复合板材具有单种⾦属材料不可⽐拟的优点。
(1)复合板的结构中，基、复材的⽐例⽐较⼤，节约了贵重⾦属，显⽰了价格上的优越性。
如钛/钢、镍/钢复合板的价格仅相当于纯钛和纯镍板的1/5~1/10。
(2)良好的综合性能。
如不锈钢/碳钢复合材料在弱腐蚀⾏业的应⽤既解决了材料的耐蚀性，⼜解决了其设计强度。
(3)解决了材料的可焊性问题。
由于其优越的技术特性以及其优越的性价⽐，也使得复合板的应⽤前景⾮常⼴阔。
如不锈钢复合板可⼴泛应⽤于⽯油化⼯、机械、医药卫⽣、环境保护等⾏业。
钛复合板在航空⼯业、宇航、冶⾦等⾏业的应⽤将会有很⼤的发展空间1956年美国率先提出⾦属层压复合的三步⼯艺，即：表⾯处理—轧制复合—退⽕强化处理，这项技术使双⾦属室温固相复合得到了迅速的发展。
前苏联对层压复合材料的研究始于20世纪30年代，主要采⽤轧制法、铸造法、爆炸法、扩散焊法等⽅法⽣产铝、钛、钢等⾦属与合⾦的复合材料，尤其在冷轧复合⽅⾯的研究⽐较深⼊。
层状复合材料制备工艺现状及未来发展展望
0前言随着碳达峰、碳中和目标的提出，轻金属的研发与应用已成为一种新的趋势。
满足特殊结构，特殊功能的新型复合材料及其制备技术在飞速发展，轻金属层状复合材料的研发与制备已成为目前研究热点之一[1-2]。
所谓金属层状复合材料，就是将两种或两种以上不同性质的材料，利用不同的复合制备工艺来制备的能够牢固冶金结合的一种新型材料[3]。
金属层状复合材料可以实现组元金属在宏观和微观上相互结合，以达到各种材料的优势互补，从而提高材料的综合性能，实现材料的广泛应用[4]。
19世纪中期开始对金属层状复合材料进行系统性研究，因不同合金组合成的双金属复合材料能够提供不同预期的性能，工厂与企业对双金属层状复合材料的需求日益增长，制备技术得以飞速发展，大量双金属复合材料得到广泛应用，其中有关铝基的复合材料有：铝/铜、铝/钛、铝/钢、铝/镁、铝/铝等[5-6]。
目前，双金属层状复合材料的制备工艺按照工艺属性可分为固-固复合法、液-液复合法和固-液复合法三类。
本文主要阐述各种工艺制备方式的优点及不足，为层状复合材料制备工艺的选择提供一定参考。
1固-固复合法1.1轧制复合法轧制复合法的原理是利用大功率轧机将预先处理好的两种或两种以上金属板材同时轧制，以实现不同材料之间的结合。
一般情况下，轧制复合法可分为冷轧复合法与热轧复合法两类，其分类判断依据为轧制复合过程中，轧制温度是否高于再结晶温度[7]。
冷轧复合法可直接在室温或较低温的情况下进行板材的复合，但经过轧制之后的复合板材只是实现了板材之间的紧密结合。
为实现复合界面处良好的冶金结合，需在轧制之后进行扩散退火处理，其轧制原理如图1所示[8]。
冷轧复合的优势在于较低的轧制温度使得复合界面微观组织不会产生明显变化，同样也能减少破坏结合强度的脆性金属间化合物的产生。
为保证金属层状复合材料性能的稳定性，在后续的退火处理工艺选择中应选择低温退火，由于退火温度的升高，在加强元素扩散的同时，也会生成降低结合强度的金属间化合物[9-10]。
层状金属复合板制备技术
层状金属复合板制备技术
层状金属复合板是由金属材料和非金属材料经过热压合成的新型材料，可用于制造各种工业产品，具有良好的耐腐蚀性，高强度，轻质，防潮等优点，是现代工业生产的重要材料之一。
层状金属复合板的制备技术包括热压合成、冷压合成和气动复合等三种方法。
热压合成技术是最常用的层状金属复合板制备技术，它是通过高温和高压将金属材料和非金属材料紧密结合在一起形成复合板的技术。
在热压合成过程中，采用两个滑块之间的压力，使复合板的两个面板紧密结合，从而形成一个完整的层状金属复合板。
冷压合成技术是指在常温条件下，采用热压合成技术制备出的金属复合板，在复合板表面层上用柔性材料填充，再用柔性滑块将复合板压紧，形成完整的层状金属复合板。
气动复合技术是指在特定压力，通过气动复合机将金属材料和非金属材料复合，形成层状复合板的技术。
气动复合技术具有制备快速、效率高、合金分布均匀等优点，在金属复合板的制备中有着重要的作用。
以上是层状金属复合板制备技术的简介，它是制备层状金属复合板的重要技术，可以满足工业生产的不同需求，已经在工业生产中得
到广泛应用。
层状金属复合材料技术创新及发展趋势综述
层状金属复合材料技术创新及发展趋势综述
多层状金属复合材料是由多层状复合体和复合材料组成的新型材料，其具有优异的力学性能和绝热性能，应用范围很广泛。
随着近十年来材料科技工艺的发展，多层状金属复合材料也逐渐发展成功，并被广泛用于航空航天、汽车、家庭电器以及其他工业领域。
多层状金属复合能够提供比传统金属材料更优越的耐腐蚀和绝热性能，符合现代工业领域在高温、低温以及恶劣环境条件下使用的需求。
同时，多层状金属复合材料还具有低拉伸模量和抗弯强度，并且具有低密度和减轻性能，是航空航天、汽车制造等领域优质的节能材料。
大量研究表明，多层状金属复合材料技术发展趋势以改善材料结构、优化材料性能为主。
目前，研究正着力于改进多层状金属复合材料的表面性能和耐搅拌性能，以及增加材料的抗氧化能力。
此外，人们还在发展利用多层状金属复合材料来提高结构强度的新技术，以满足不断发展的工业领域。
展望未来，随着技术和工艺的不断进步，多层状金属复合材料技术也将在传统材料性能改善、环境友好等方面取得更大进展。
目前，随着新型材料的发展，期望这种新型的多层状金属复合材料技术将能够令工业领域更加可持续以及低碳发展。
金属复合材料生产技术的现状与发展趋势
第15卷 第1期2008年2月 金属功能材料Metallic Functional MaterialsVol115, No11February, 2008金属复合材料生产技术的现状与发展趋势刘 江(钢铁研究总院科技信息室,北京100081)摘 要:概述了金属基复合材料的主要制造方法,介绍了笔者所研制的几种金属复合材料及生产过程。
最后展望了金属复合材料的发展趋势。
关键词:金属复合材料;生产技术;现状中图分类号:TB331 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2008)01-0044-05Current Situ ation and Development of Production T echnology for Metal Matrix CompositeL IU Jiang(Information and Consultation Center of CISRI,Bejing100081,China)ABSTRACT:Basic production methods of metal matrix composites are reviewed1Some metal matrix composites and production technologies developed by the author are introduced1The prospects of development trend of metal matrix composites are presented1KE YWOR DS:metal matrix composite;production technology;status 随着现代科学技术和现代工业的发展,单一的金属或合金已很难完全满足其对材料综合性能的要求,因而近年来新型复合材料受到世界各国的普遍重视。
自20世纪80年代以来,美国每年耗资10亿美元专门用于研究开发新材料,其重点之一就是金属复合材料。
层状金属复合板的研究和生产现状
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! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 期争 论 与 研 究 的 课 题。现 在 得 到 公 认 的 机 制 产生裂口挤出基体金属，有些金属组合只会在其
关键词：层状金属复合板；爆炸焊接；轧制复合；爆炸 $ 轧制 中图分类号：&’!() 文献标识码： * 文章编号： （+""%） "+,# - .".) ") - ".// - ",
随着现代工业技术的发展和各种新技术、新 产业的出现，人们对材料性能的要求日益增高，在 某些工况条件下单一组元材料的性能已经很难满 足要求。因此，研究和制备新型复合材料成了材料 科学与工程领域中一个重要的发展方向。层状金 属复合板是由两种性能不同的金属板通过特殊的 加工制备方法复合而成的，与单一金属组元相比， 经过合理设计组合后的层状复合板结合了两种金 属组元各自的优点，可以获得单一金属所不具有 的物理和化学性能。 近几十年来，层状金属复合板的研制、生产和 应用越来越引起人们的关注，成了世界各国竞相 研制的新型材料。到目前为止，这种复合材料已经 在航空航天、石油、化工、冶金、机械、汽车、轮 船、 建筑、核能以及电力和电子等领域得到了应 用
爆炸焊接参数是决定焊接工艺成败或优劣的 关键。不同材料的复合板材，其爆炸焊接参数是不 相同的。每一种复合材料，严格来讲都存在着相应 的最佳爆炸焊接参数。爆炸焊接参数包括静态参 数和动态参数
［"，&］
。静态参数是指在爆炸焊接工艺
层状金属复合板带铸轧复合技术研究进展
层状金属复合材料是一种新型结构和功能材
航天工程以及电 力 电 子、桥 梁 建 筑 等 领 域 科 技 均
料,它将物理、力学等性能不同的金属组元通过复
获得了重要突破,但 恶 劣 的 服 役 条 件 和 巨 大 的 市
合技术在界面处 形 成 牢 固 结 合,使 其 兼 具 各 组 元
场需求对服役材料提出了防腐抗蚀、轻量化、高可
张鹏 等 [１５Ｇ１７]利 用 半 固 态 铸 轧 复 合 工 艺 制 备 了 钢/
石 墨 复 合 板 上.CHEN 等 [１８Ｇ１９]利 用 水 平 式 双 辊
铸轧复合工 艺 制 备 了 扩 散 层 为 ３ μm 的 钢/铝 复
合板,随后分析了 热 处 理 及 冷 轧 对 扩 散 层 厚 度 和
界面结合强度的 影 响,研 究 表 明 非 对 称 换 热 边 界
[
]
MÜNSTER 等 １３Ｇ１４ 成 功 制 备 了 ２５ m 长 的 高 锰
钢/奥氏体不锈 钢 复 合 板 带,并 研 究 了 轧 制、热 处
分为 垂 直 式 和 水 平 式,如 图 １ 所 示.通 常 是 在 中
强度的影响.
带,制备两层 或 三 层 复 合 板 带.单 质 金 属 铸 轧 工
用特制的浇注装置率先实现液态金属在固态金属
靠性等要求.传统基础金属材料已经很难满足高
金属的优异 性 能 [３Ｇ４]. 层 状 金 属 复 合 材 料 产 品 类
型丰富,包含复合板带、复合管棒线材以及复合异
端产品综合性能 需 求,同 时 面 临 着 总 体 产 能 严 重
形件等,能够满足各种服役性能需求,从而有效解
过剩、产品结构不合理、高端应用领域尚不能完全
合物和铁铝固溶体交替构成,消除了脆化现象,他
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层状金属复合材料是将两种金属材料利用其 各自的性能优势进行分层组合形成的一类金属材 料。双金属复合材料能够克服两种金属各自的缺 点，发挥两种金属的优点。使由复合金属构成的 零件具有适应恶劣工况特殊的性能，延长零部件 的使用寿命，取得良好的综合经济效益。
yz.js@
9
CFHI
合材料的界面结合原理分析，热加工艺，2005 年 第 2 期. [3] 韩静涛，双金属复合管材/板材生产技术发展与我国复合板市场
分析，2008 年. [4] 刘晓涛、张廷安、崔健忠. 层状金属复合材料生产工艺及其新
进展，材料导报，2002 年 第 7 期. 收稿日期：2009-08-28
2009 年 第 6 期（总 132 期）
其基本原理是将金属溶解雾化后，将其喷射到 金属基材上，获得成分均匀，组织细密的复合材 料。该方法可以实现梯度复合以减少合成应力，改 善复合材料的使用性能，可以制成多层金属复合材 料 （见图 3）[1]。
2 液-液相复合法
2.1 双结晶器连铸法 芯材在结晶器内连铸凝固成型，在大气隔离环
的保护下，保证芯材在表面无氧化，无夹杂的状态
1—塞杆；2—合金熔液；3—感应溶炼；4—气体 喷嘴；5—雾化锥；6—沉积坯；7—沉积载体。
图 3 喷射沉积过程示意图
下直接进入包覆层结晶器内，连续浇注包覆层。该 方法能实现包覆层金属的反向凝固成型，可实现芯 材与包覆层金属结合界面间的扩散、熔接，形成具 有冶金学结合界面的高质量双金属复合材料。用此 法制备的双金属复合材料芯部金属的熔点应比已覆 层金属熔点高。否则可能造成芯部金属熔化过多或 完全溶化，不利于双金属结合界面的形成 （见图 4）。
4 结语
采用液-液相铸轧法生产复合板，可实现连铸 连轧、批量生产，生产工艺流程简单，能源消耗 少、制造成本低，具有良好的开发前景，因此必将 成为复合板生产工艺的主流发展方向。
参考文献 [1] 刘江. 金属复合材料的现状与发展趋势，金属功能材料，2008
年 第 1 期. [2] 孙德勤、吴春京、谢建新. 双结晶器连铸工艺制备层状金属复
图 5 双流浇注连续铸造原理图
2.3 离心浇注法
离心浇注是一种传统的铸造方法，主要生产管 材和板材。方法是先铸出复合管坯，再进行挤压、 轧制成管材；或者将复合管坯纵向剖开制成板坯， 再轧制成板材。该方法很好地解决了复合界面的冶 金溶合问题，结合强度高。
离心铸造复合金属的关键是要控制好两种金属 复合浇注的时间，并且需保证钢渣和生成的氧化铁 皮在旋转中浮出钢水，浮在内表面。该方法不用防 氧化保护，铸坯更质密。
Present Status and Developmental Direction for Manufacturing Technique of Laminar Composite Metal Meng Xianjing
Abstract: This paper presents the manufacturing technique for laminar composite metal nowadays and the relative merits of deferent techniques, therefore, accentuates that the composite casting technique will become the main process for producing composite metal plates in batches and continuously. Key words: composite plate; manufacturing technique; composite centrifugal casting technique
设计与计算
CFHI TECHNOLOGY
层状金属复合材料制备技术现状及发展方向
孟宪静 1
摘要：介绍了目前层状金属复合材料制备工艺方法的种类，分析了各种工艺方法的优缺点。指出连铸复合法将成 为批量、连续化生产金属复合板材的主要工艺方法，是今后研究的方向。 关键词：复合板；制备技术；离心浇注复合法 中图分类号：TG249 文献标识码：B 文章编号：1673-3355 （2009） 06-0003-03
1—芯材金属；2—芯材结晶器；3—测温仪； 4—保 护 环 ； 5—包 覆 层 金 属 ； 6—感 应 加 热 圈；7—包覆层结晶器；8—牵引辊。
图 4 双结晶器连铸工艺原理图
2.2 双流浇注复合法 是在传统的连续铸造外浇包内，增加一个内浇
包及导流系统，内、外浇包分别盛有两种不同的金 属液体，外浇包的金属液经出口直接进入结晶器 中，先凝固成具有一定厚度的坯壳，内浇包金属液 通过导流系统浇入已形成坯壳的结晶器中，通过控 制内浇包金属液体的流量，调整铸造时的工艺参 数，控制内外浇包中两种液体的凝固时间差，使结 晶器内金属液体由外向内顺序凝固，使在结晶器内 的双金属一起冷却形成双金属坯。这种方法的主要
1.2 固-液连铸法
是将一种金属液体连续浇注到中间有另一种金 属芯材的结晶器中，外层金属凝固后将芯材包覆形 成复合铸坯。芯材表面需要进行表面清理并涂上防 锈涂料。复合铸坯结合界面质量较差，存在气孔、 夹渣等缺陷 （见图2）。
1. 一重集团大连设计研究院有限公司高级工程师，辽宁 大连 116600
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设计与计算
1—固 定 位 置 ； 2—铸 型 ； 3—熔 液 金 属 ； 4—芯 材金属；5—横浇道；6—铸件流槽；7—浇包。
图 1 包覆铸造法原理图
1—钢 包 ； 2—中 间 包 ； 3—钢 结 晶 器 ； 4—覆 层 金 属 ； 5—耐热浇口；6—钢液；7—防锈剂；8—芯带材。
由于离心铸造管坯工艺流程短，生产成本低， 因此特别适合特种钢，多品种，小批量生产，生产 组织灵活。北京科技大学开发此方法制造金属复合 管材和板材已取得成功 [3]。
2.4 液-液相铸轧法
双辊铸机由上、下两个轧辊组成，在上下辊侧 分别装有一个浇注口。上部轧辊向下拉拽金属液 体，下部轧辊直接水平拉拽金属液体，在位于双辊 铸机入口附近形成混合层。由于在轧辊咬合之前位 于下方的薄带并没有完全凝固，当上下轧辊互相咬 合时，上面的薄带能被连接到基带上形成复合薄带 在轧辊中间轧制成形。其混合层的尺寸可以通过浇 口之间狭缝来控制。这种铸轧技术可以直接生产板 带材，省去了后续的处理过程 （见图 6）[4]。
层状金属复合材料的生产方法有多种。按照 工艺属性划分可分为三类：固-固相复合法、液固相复合法、液-液相复合法。本文介绍后两种。
1 液-固相复合法
1.1 包ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ铸造法
其原理是将一种金属作为芯材放入铸型中，然 后浇铸入另一种金属，待凝固后获得双金属铸坯的 方法。芯材表面要进行加工、喷丸、酸洗等处理以 去除表面锈蚀，然后涂上防氧化作用的涂料并使之 干燥待用。浇铸时将芯材放置在铸型内，用底注法 使芯材包覆于另一种金属之中，冷却后得到内外层 性能不同的复合铸坯。此法的缺点是由于浇铸温度 高，芯材下部熔损大。因此，浇铸速度要准确控 制，过快、过慢都将增加结合界面上的夹渣 （见图 1）[1]。
图 2 固-液连续铸造法示意图
1.3 液态-固相铸轧法 将较低熔点的液态金属 （如铝或铝合金） 连续
浇注在高熔点金属 （如不锈钢） 的板带上，液态金 属在半凝固状态下与固态板带同时被送入轧机进行 轧制，实现高熔点的固态金属和低熔点液态金属良 好的界面冶金结合。该方法的优点是能够提高结合 界面强度。需要解决的关键问题是固态板面的表面 氧化问题。国内大学研究此项技术，目前已开发出 铝-不锈钢复合带，钢-铝合金轴瓦带，钢-铜复合 带等。 1.4 喷射沉积法
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设计与计算
缺点在于两层金属结合强度低，两种金属很容易 混合 （见图 5）[2]。
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1—热 电 偶 ； 2—内 层 金 属 ； 3—外 层 金 属 ； 4—内导管；5—控流阀门；6—石墨结晶器。
21 世纪是复合材料的时代，随着科学技术的 发展，对各种新技术、新材料的应用越来越广泛。 单一的材料或合金已经很难满足现代化生产对材 料综合性能的需求。复合材料是解决各种特殊结 构、功能要求的重要途径。因此新型复合材料的 研制倍受世界各国的普遍重视，近 10 年来各种新 的复合材料及其制备技术也在飞速发展。
由于各有局限性，以上几种制备方法目前尚不 能完全替代，只能并存和互补。如爆炸复合法可以 实现特殊材料的复合，对于熔点相差悬殊、热膨胀 系数以及硬度差别大的金属复合，如锆/钢复合板 等只有爆炸复合法能完成。
固-固相复合法要对原材料表面进行清理，工 序比较多，不能实现连续生产；液-固相复合法虽 然工序简化了一些，但其操作控制上有一定的难 度，产品尺寸精度控制比较困难。最大的问题是工 艺流程长，不节约能源。
下层金属液体混合。以水平电磁场为界，形成两个 金属区域。在连铸过程中上层金属液体形成外层金 属，下层金属液体进入芯部形成内层金属。
3 特点及应用
层状金属复合材料的生产工艺方法很多，其中 适合黑色金属复合板材生产，真正用于工业生产的 复合方法有：轧制复合法、爆炸复合法、离心浇注 复合法。其中离心浇注复合法是目前比较先进的方 法，具有产品质量好、工艺流程短、节约能源等特 点。随着工艺技术不断完善，将会得到推广和普及。
2.5 电磁控制连铸法
其基本原理是：将水平磁场 （LMF） 安装在结 晶器的下部，两种不同金属液体通过长型和短型浸 入式水口浇注到结晶器内，在结晶器内形成上下两 个区域。由电磁场对上层金属液体产生足够的电磁 力，平衡金属液体本身重力，阻止上层金属液体与
1—覆层带；2—金属液。 图 6 液-液铸轧复合示意图