專利名稱：抗蝕用復(fù)合板材和片材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有極好抗蝕性能的復(fù)合板材和/或片材及其制造方法。
復(fù)合板材包括兩層或三層或三層以上，該兩層由一層包覆金屬/一層基底金屬組成，該三層由一層包覆金屬/一層插入金屬/一層基底金屬組成，而三層以上由一層包覆金屬/多層插入金屬/一層基底金屬組成。包覆金屬的厚度是在基底金屬厚度的5％和50％的范圍內(nèi)。
包覆金屬的基本功能是保護(hù)基底金屬免受環(huán)境如腐蝕、化學(xué)物質(zhì)、熱、磨損等的影響。
插入金屬層起增加包覆金屬和基底金屬之間結(jié)合強(qiáng)度的作用。插入金屬層阻止一些元素如Fe和C從基底金屬朝向包覆金屬運(yùn)動(dòng)，并防止產(chǎn)生使包覆金屬和基底金屬之間的界面變脆的碳化物和金屬間化合物。
基底金屬應(yīng)具有支承建筑物結(jié)構(gòu)的足夠的機(jī)構(gòu)強(qiáng)度。
復(fù)合板材和片材主要是通過輥壓接合法、爆炸焊接法、點(diǎn)焊法、和電阻縫焊(滾焊)法制造。在這些方法當(dāng)中，電阻縫焊法已知是制造大面積復(fù)合板材和片材的價(jià)格最便宜的方法。爆炸焊接法、輥壓接合法、點(diǎn)焊法和電阻縫焊法具有下列優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
爆炸焊接法因?yàn)榛捉饘俸桶步饘偈抢没鹚幍谋茉谝欢虝r(shí)間內(nèi)結(jié)合，所以不需要插入金屬層，并且爆炸焊接法產(chǎn)生最優(yōu)良的結(jié)合強(qiáng)度。然而，制造費(fèi)用昂貴，工廠安置地點(diǎn)(廠址)受火藥爆炸時(shí)所產(chǎn)生的大的爆炸噪聲限制，并且不能制造大的片材和薄片材。另外，在基底金屬是薄板的情況下，基底金屬可能被火藥的爆炸力破壞，因而降低了延性。
輥壓接合法輥壓接合法是用一軋機(jī)使基底金屬和包覆金屬結(jié)合，該方法可以便宜地制造大的復(fù)合板材和片材。然而，它要求昂貴的安裝費(fèi)(軋機(jī)和真空爐)。另外，因?yàn)榻Y(jié)合是在高溫下進(jìn)行，所以在基底金屬和包覆金屬的界面處會(huì)容易產(chǎn)生脆性的碳化物和金屬間化合物。
點(diǎn)焊法因?yàn)辄c(diǎn)焊法必需要進(jìn)行許多次以制造具有極好結(jié)合強(qiáng)度的復(fù)合板材和片材，所以為實(shí)現(xiàn)結(jié)合需要多的時(shí)間，結(jié)合強(qiáng)度低，并且難于在包覆金屬和基底金屬之間實(shí)現(xiàn)完全密封。
電阻縫焊法因?yàn)榛捉饘俸桶步饘俜旁趦蓚€(gè)電極之間，然后同時(shí)向兩電極施加電流和壓力，以便在一短時(shí)間內(nèi)使基底金屬和包覆金屬結(jié)合，所以結(jié)合部分幾乎沒有氧化。另外，可以制造具有極好結(jié)合強(qiáng)度的圓形和直線形大復(fù)合板材和片材，并且安裝費(fèi)和制造費(fèi)都是最便宜的。
在日本Showa Entetsu，通過電阻縫焊法制造出具有包覆金屬/插入金屬(金屬網(wǎng)/薄片)/基底金屬結(jié)構(gòu)的復(fù)合板材和片材，并用作熱交換器，化工廠，和煙氣脫硫襯里的原材料。在抗蝕用復(fù)合板材和片材由日本ShowaEntetsu開發(fā)出的方法制造的情況下，將金屬網(wǎng)插入包覆金屬，從而使包覆金屬的厚度變得較薄，并且由于不完全接合而使包覆金屬和基底金屬之間的結(jié)合強(qiáng)度降低。
另一方面，在韓國(guó)Jungwon工程公司，用電組縫焊法生產(chǎn)出了具有極好結(jié)合強(qiáng)度(300-360Mpa)的C276/鋼復(fù)合板材和片材。C276/鋼復(fù)合板材和片材用作煙氣脫硫煙囪襯里的原材料。最近Jungwon開發(fā)了基于電阻縫焊法的用于制造Ti/鋼復(fù)合板材和片材的技術(shù)。然而，Ti和鋼之間的界面不均勻，并且結(jié)合強(qiáng)度為200Mpa，低于C276鋼復(fù)合板材和片材的結(jié)合強(qiáng)度。當(dāng)Ti/鋼復(fù)合板材在實(shí)際工廠中使用時(shí)，這樣低的結(jié)合強(qiáng)度可能造成Ti包覆金屬和鋼基底金屬分離。因此，為了使由抗蝕包覆金屬(Ni合金，Co合金，Ti，Ta，Nb，V，Zr，等)和基底金屬(Fe，F(xiàn)e合金，Cu，Cu合金)組成的抗蝕復(fù)合板材和片材商品化，界面結(jié)合必需優(yōu)秀，并需要一種具有極好結(jié)合強(qiáng)度的復(fù)合板材和片材的制造技術(shù)。
在制造復(fù)合板材和片材的常規(guī)方法中，將一插入金屬層插在包覆金屬和基底金屬之間，然后在高溫下加熱或加熱/施加壓力，以使在包覆金屬和插入金屬之間或者插入金屬層和基底金屬之間不同的金屬通過固態(tài)擴(kuò)散反應(yīng)結(jié)合。因此，在用象Ti這樣的不容易結(jié)合的包覆金屬結(jié)合到不同的基底金屬上制造復(fù)合板材或片材的情況下，該結(jié)合不充分并且結(jié)合強(qiáng)度低。尤其是，在電阻縫焊法中，待結(jié)合的包覆金屬片和一個(gè)電極必需在一短時(shí)間內(nèi)接觸，并在一短時(shí)間內(nèi)通過固態(tài)擴(kuò)散結(jié)合，因而在完全結(jié)合方面存在問題。另外，為了廣泛地利用復(fù)合板材和片材，結(jié)合強(qiáng)度必需出色，并且復(fù)合板材和片材的費(fèi)用必需便宜。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造復(fù)合板材和片材的方法，利用該方法在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行結(jié)合并降低制造成本。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是利用一種電阻縫焊法提供具有極好結(jié)合強(qiáng)度的抗蝕用復(fù)合板材和片材，其中將另外的具有與包覆金屬起共晶反應(yīng)的金屬作為一種具有一層或多層的插入金屬層(中介金屬層)插在包覆金屬和基底金屬之間，然后同時(shí)施加電流和壓力。
本發(fā)明的上述目的和另一些目的、特點(diǎn)、特性和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說明中將變得更顯而易見。


各附圖示出本發(fā)明的若干實(shí)施例，并與說明書一起用來闡明本發(fā)明的原理，上述附圖提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并包括在本說明書中而構(gòu)成本說明的一部分。
在附圖中圖1A是示出按照本發(fā)明的復(fù)合板材和片材一種結(jié)構(gòu)的示意剖視圖；圖1B是示出按照本發(fā)明的復(fù)合板材和片材另一種結(jié)構(gòu)的示意剖視圖；圖1C是示出按照本發(fā)明的復(fù)合板材和片材又一種結(jié)構(gòu)的示意剖視圖；圖2A和2B是用本發(fā)明制造的Ti/Ni/Fe復(fù)合板材剖面的顯微結(jié)構(gòu)(組織)；圖3A和3B是用本發(fā)明制造的Ti/Cu/Fe復(fù)合板材剖面的顯微結(jié)構(gòu)；圖4A和4B是用本發(fā)明制造的Ti/Cu/Ni/Fe復(fù)合片材結(jié)構(gòu)照片；及圖5A和5B是按照常規(guī)技術(shù)制造的Ti/不銹鋼網(wǎng)/Ni/Fe復(fù)合板材剖面的顯微結(jié)構(gòu)。
在抗蝕的復(fù)合板材或片材中，將另一些稱作插入金屬(中介金屬)的金屬插到包覆金屬和基底金屬之間的界面上，上述插入金屬與包覆金屬產(chǎn)生共晶反應(yīng)并形成一個(gè)低熔點(diǎn)的共晶相。共晶反應(yīng)的發(fā)生有助于包覆金屬通過插入金屬層迅速結(jié)合到基底金屬上，并改善復(fù)合板材中的結(jié)合強(qiáng)度。在本發(fā)明中，共晶反應(yīng)可以發(fā)生在包覆金屬和基底金屬之間的界面上，或是發(fā)生在包覆金屬和插在包覆金屬和基底金屬之間的金屬層之間的界面上，從而促進(jìn)在不同金屬之間形成一種合金并得到極好的結(jié)合。插在包覆金屬和基底金屬之間的中介層與包覆金屬反應(yīng)，以便進(jìn)行一種低熔點(diǎn)共晶反應(yīng)。另外，可以按照包覆金屬和基底金屬的類型選定不同的插入金屬，以便具有極好的結(jié)合。
本發(fā)明具有兩個(gè)主要特征。第一，復(fù)合板材和片材的結(jié)構(gòu)必須設(shè)計(jì)成在包覆金屬和插入金屬層之間的界面上引發(fā)一種共晶反應(yīng)。第二，通過適當(dāng)?shù)乜刂齐娮杩p焊的加工因素(參數(shù))使共晶反應(yīng)在包覆金屬和插入金屬層之間的界面處或是在包覆金屬和基底金屬之間的界面處產(chǎn)生，從而制造出具有極好的結(jié)合強(qiáng)度的抗蝕復(fù)合板材和片材。
除了電阻縫焊法之外，抗蝕復(fù)合板材和片材可以用爆炸焊接法，輥壓結(jié)合法，或者它們的混合法制造，在混合法中，另外地輥壓由爆炸焊接法制造的復(fù)合板材和片材。在這些方法當(dāng)中，電阻縫焊法具有極好的費(fèi)用競(jìng)爭(zhēng)力，因?yàn)榇蟪叽绲膹?fù)合板材和片材用該方法制造很便宜。
復(fù)合板材和片材的結(jié)構(gòu)是一種雙層式結(jié)構(gòu)或是一種多層式結(jié)構(gòu)，該雙層式結(jié)構(gòu)包括包覆金屬和基底金屬，而多層式結(jié)構(gòu)包括包覆金屬，插入金屬層，和基底金屬。
作為包覆金屬，Ti，Ti合金，Nb，Nb合金，V，V合金，Zr，或Zr合金都是合適的。作為基底金屬，F(xiàn)e或Fe合金，Cu或Cu合金，Ni或Ni合金都是合適的。放在包覆金屬和基底金屬之間的插入金屬層包括Co，Co合金，Cu，Cu合金，F(xiàn)e，F(xiàn)e合金，Ni，或Ni合金，但不限于這些。根據(jù)包覆金屬的種類，可以選擇不同的插入金屬層。例如，F(xiàn)e基和Ni基非晶形合金，Ag-Cu合金，Ag-Cu-Zn合金，Cu-Ni合金，Cu-Zn合金，Cu-Ni-Zn合金等，它們廣泛地用作釬焊的原料，也可以用作插入金屬層。
為了制造具有極好結(jié)合強(qiáng)度的抗蝕復(fù)合板材和片材，首先，用一種噴丸處理清除包覆金屬上的氧化層。作為復(fù)合板材和片材的一種疊層結(jié)構(gòu)，插入金屬層疊加在基底金屬上，而包覆金屬疊加在插入金屬層上。對(duì)于這些疊置的板材和片材，同時(shí)施加電流和壓力，從而制出抗蝕用多層復(fù)合板材和片材，它具有極好的結(jié)合強(qiáng)度(平均地，大于250MPa)。
在圖1A-1C中示出了多層復(fù)合板材和片材的示意結(jié)構(gòu)。在包覆金屬和基底金屬一起反應(yīng)形成一種低熔點(diǎn)共晶相的情況下，包覆金屬1可以在設(shè)有任何插入金屬層情況下直接結(jié)合到基底金屬3上，然后在包覆金屬1和基底金屬3之間的界面處產(chǎn)生共晶反應(yīng)層4，從而獲得一種具有包覆金屬、共晶反應(yīng)層和基底金屬的結(jié)構(gòu)。
在包覆金屬和基底金屬不相互反應(yīng)的情況下，如圖1B中所示，具有與包覆金屬起共晶反應(yīng)的插入金屬層2放在包覆金屬1和基底金屬3之間的界面上，從而獲得一種具有包覆金屬，共晶反應(yīng)層，插入金屬層和基底金屬的四層結(jié)構(gòu)。
同時(shí)，如圖1C所示，放到包覆金屬和基底金屬之間界面上的插入金屬層可以制成一種至少兩層的多層結(jié)構(gòu)。在至少兩層的插入金屬層2a和2b放在包覆金屬1和基底金屬3之間界面上的情況下，如圖1C中所示，共晶反應(yīng)層4必需在包覆金屬1和插入金屬層2a之間的接觸部分處不可缺少地形成。然而，共晶反應(yīng)層不需要在插入金屬層2a和另一個(gè)插入金屬層2b之間的界面處以及插入金屬層2b和基底金屬層3之間的界面處不可缺少地形成。與基底金屬接觸的插入金屬層2b可以制成一層或至少兩層的多層。
抗蝕用多層復(fù)合板材和片材的制造條件概述如下-基底金屬的尺寸(長(zhǎng)×寬×厚度)2000×1000×(5-25)mm-包覆金屬的尺寸(長(zhǎng)×寬×厚度)2000×1000×(0.5-3.0)mm-插入金屬層的尺寸(長(zhǎng)×寬×厚度)2000×(15-40)×(0.01-0.15)mm-電流7000-25000A-焊接時(shí)間5-40周/秒(cycle/sec)-冷卻時(shí)間5-40周/秒-施加壓力1-1500Kgf/m2-電極種類Cu或Cu合金-電極厚度5-30mm-焊接速度50-100mm/min利用電阻縫焊法，可以制造出具有極好剪力強(qiáng)度(200-300MPa)的抗蝕復(fù)合金屬板材和片材。
在本發(fā)明中，共晶反應(yīng)發(fā)生在包覆金屬和基底金屬之間的界面處，或包覆金屬和插入金屬層之間的界面處，以結(jié)合不同的金屬，因此接觸包覆金屬的插入金屬層必需是與包覆金屬發(fā)生共晶反應(yīng)的純金屬或其合金。盡管放在包覆金屬和基底金屬之間的插入金屬層可以視待結(jié)合的金屬種類而定，但通?？梢赃x用下列金屬作為插入金屬層Ni，Ni合金，Co，Co合金，Cu，Cu合金，F(xiàn)e，F(xiàn)e合金，等。
下面將用優(yōu)選實(shí)施例說明本發(fā)明。
優(yōu)選實(shí)施例1復(fù)合片材因?yàn)镃u(純Cu或一種Cu合金)和Ni(純Ni或一種Ni合金)與Ti反應(yīng)形成一種低熔點(diǎn)共晶相，所以將它們其中之一或一種Cu和Ni片材的疊層插入Ti(純Ti或一種Ti合金)和基底金屬(Fe，一種Fe合金，Cu，一種Cu合金，Ni，或一種Ni合金)之間的界面上。然后，利用電阻縫焊法，制造多層復(fù)合板材和片材。這時(shí)，所用的電流是11-13KA和壓力為3-5Kgf/cm2。
如圖1中所示，當(dāng)分別用Ti和Cu(純Cu或一種Cu合金)作為包覆金屬和基底金屬時(shí)，復(fù)合板材的結(jié)構(gòu)就成為下述疊層的其中之一Ti/Cu，Ti/Ni/Cu，和Ti/Cu/Ni/Cu。在用Ni(純Ni，或一種Ni合金)或Fe(純Fe，或一種Fe合金)作為基底金屬情況下，復(fù)合板材的結(jié)構(gòu)分別成為下述這些疊層的其中之一Ti/Ni，Ti/Cu/Ni，和Ti/Ni/Cu/Ni或Ti/Fe，Ti/Cu/Fe，Ti/Ni/Fe，Ti/Cu/Ni/Fe，和Ti/Ni/Cu/Fe。這里，Ti、Cu、Ni、Fe意思是指純金屬或合金。Cu，Ni，和Fe與Ti包覆金屬反應(yīng)形成低熔點(diǎn)共晶相，并可以在沒有任何插入金屬層的情況下結(jié)合到Ti上。
然而，F(xiàn)e和Ti直接結(jié)合(用1A結(jié)構(gòu))不容易，因?yàn)樵诟邷叵滦纬纱嘈援a(chǎn)品。這個(gè)問題可以通過選擇如圖1B和1C所示的合適插入金屬層來解決。
在用純Cu或Cu合金作為插入金屬層的情況下，Cu可以沿著它的晶粒邊界擴(kuò)散到Fe基底金屬中。它造成Fe基底金屬的晶界脆性，并因此它不適合只用Cu作為插入金屬層來制造如圖1B中所示的復(fù)合板材和片材。因此，當(dāng)用Ti作為包覆金屬時(shí)，復(fù)合板材和片材的合適的結(jié)構(gòu)是Ti/Cu，Ti/Ni，Ti/Ni/Fe，Ti/Cu/Ni，Ti/Ni/Cu，Ti/Cu/Ni/Fe，Ti/Cu/Ni/Cu，和Ti/Ni/Cu/Ni，因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)在包覆金屬和插入金屬層之間的界面或者在插入金屬層和基底金屬之間的界面處不產(chǎn)生脆性。
另外，在Ti-Cu和Ti-Ni二元體系中的最低共晶溫度分別是880℃和942℃，它們都低于對(duì)應(yīng)于Ti-Fe二元體系中的最低共晶溫度1085℃。因此，如果用Cu基或Ni基插入金屬層，則可以在比不用任何插入金屬層時(shí)進(jìn)行Ti和Fe直接結(jié)合的溫度低的溫度下進(jìn)行結(jié)合(參見表1)。
圖2A和2B是用本發(fā)明制造的Ti/Ni/Fe復(fù)合板材剖面的顯微結(jié)構(gòu)，圖3A和3B是用本發(fā)明制造的Ti/Cu/Fe復(fù)合板材剖面的顯微結(jié)構(gòu)，和圖4A和4B是用本發(fā)明制造的Ti/Cu/Ni/Fe復(fù)合板材剖面的顯微結(jié)構(gòu)，和圖5是用常規(guī)技術(shù)制造的Ti/不銹鋼網(wǎng)/Ni/Fe復(fù)合板材剖面的顯微結(jié)構(gòu)。
在按照本發(fā)明制造的復(fù)合板材中，清楚地觀察到共晶反應(yīng)層在Ti包覆金屬和插入金屬層之間的界面處形成。它顯示出與從常規(guī)技術(shù)制造的復(fù)合板材中所觀察到的顯微結(jié)構(gòu)不同的顯微結(jié)構(gòu)。
表1用于復(fù)合板材和片材的疊層結(jié)構(gòu)及Ti包覆金屬和插入金屬或基底金屬之間的共晶溫度。


如表1所示，Ti，Cu，Ni和Fe是純金屬或是以它們?yōu)橹饕煞值暮辖?，而Cu/Ni和Ni/Cu表示插入金屬層制成為兩層。
優(yōu)選實(shí)施例2Zr復(fù)合板材和片材把Cu(純Cu或一種Cu合金)，Ni(純Ni或一種Ni合金)，和Co(純Co或一種Co合金)單獨(dú)或相互一起插到Zr(純Zr或一種Zr合金)和基底金屬(Fe，一種Fe合金，Cu，一種Cu合金，Ni，或一種Ni合金)之間的界面上，從而疊加成多層。然后，利用電阻縫焊法，制造復(fù)合板材和片材。這時(shí)，所用的電流為11-13KA，和壓力為3-5Kgf/cm2。
如表2所示，在基底金屬是Cu(純Cu，或一種Cu合金)情況下，Zr復(fù)合板材和片材的結(jié)構(gòu)是Zr/Cu，Zr/Ni/Cu，Zr/Co/Cu，和Zr/Fe/Cu；在基底金屬是Ni(純Ni或一種Ni合金)的情況下，Zr復(fù)合板材和片材的結(jié)構(gòu)是Zr/Ni，Zr/Cu/Ni，Zr/Co/Ni，Zr/Fe/Ni，Zr/Co/Fe/Ni，Zr/Fe/Co/Ni，Zr/Cu/Fe/Ni，和Zr/Fe/Cu/Ni；及在基底金屬是Fe(純Fe，或一種Fe合金)的情況下，Zr復(fù)合板材和片材的結(jié)構(gòu)是Zr/Fe，Zr/Cu/Fe，Zr/Ni/Fe，Zr/Cu/Ni/Fe，Zr/Ni/Cu/Fe，Zr/Co/Fe，Zr/Co/Ni/Fe，和Zr/Ni/Co/Fe。這里，Zr，Co，Cu，Ni，和Fe是指純金屬或其合金。
因?yàn)镕e，或Fe合金，Cu，或Cu合金與Zr反應(yīng)形成一種低熔點(diǎn)的共晶相，所以不必要插入插入金屬層以制造兩層復(fù)合板材和片材。
在表2中，Zr，Co，Cu，Ni，和Fe都是指純金屬或以它們?yōu)橹饕煞值暮辖穑鳦u/Ni，Ni/Cu，Co/Cu，Cu/Co，Co/Fe，F(xiàn)e/Co，Co/Ni，和Ni/Co表示插入金屬層制成兩層。以及Cu/Ni/Co，Cu/Co/Ni，Ni/Cu/Co，Ni/Co/Cu，Co/Cu/Ni，和Co/Ni/Cu表示插入金屬層制成三層。
優(yōu)選實(shí)施例3Nb復(fù)合板材和片材將具有與Nb起共晶反應(yīng)的Ni(純Ni或一種Ni合金)和Co(純Co或一種Co合金)單獨(dú)或一起插入Nb(純Nb或一種Nb合金)和基底金屬(Fe，一種Fe合金，Ni或一種Ni合金)之間，從而疊加成多層。然后，用電阻縫焊法，制造復(fù)合板材和片材。這時(shí)，所用的電流為11-13KA，和壓力為3-5Kgf/cm2。
如表3中所示，Nb復(fù)合板材和片材的結(jié)構(gòu)是Nb/Fe，Nb/Ni，Nb/Co/Fe，Nb/Co/Ni，Nb/Ni/Fe，Nb/Co/Ni/Fe，Nb/Ni/Co/Fe，和Nb/Ni/Co/Ni。這里，Nb、Co、Ni和Fe都是純金屬或其合金。
因?yàn)镹b-Ni，Nb-Co，和Nb-Fe二元體系的共晶溫度分別為1175，1237，和1371℃，這意味著在降低結(jié)合溫度方面用Co或Ni作為插入金屬更合適。
因?yàn)镕e或Fe合金與Nb反應(yīng)形成一種低熔點(diǎn)共晶相，所以在沒有插入金屬層如Ni或Co的情況下可制造兩層的Nb/Fe復(fù)合板材和片材。
然而，用Co或Ni作為插入金屬更合適，因?yàn)樵贔e-Nb二元體系中的共晶相溫度高達(dá)1371℃。
在表3中，Nb，Co，Ni，和Fe都是純金屬或是以它們?yōu)橐煞值暮辖?，而Ni/Co和Co/Ni表示插入金屬層制成兩層。
表2用于復(fù)合板材和片材的疊層結(jié)構(gòu)以及Zr包覆金屬和插入金屬或基底金屬之間的共晶溫度。


表3用于復(fù)合板材和片材的疊加結(jié)構(gòu)以及Nb包覆金屬和插入金屬或基底金屬之間的共晶溫度。

優(yōu)選實(shí)施例4V復(fù)合板材和片材把具有與V起共晶反應(yīng)的Ni(純Ni或一種Ni合金)和Co(純Co或一種Co合金)單獨(dú)或一起插到V(純V或一種V合金)和基底金屬(Fe，一種Fe合金，Ni，或一種Ni合金)之間，從而疊加成多層。然后，利用電阻縫焊法，制造復(fù)合板材和片材。這時(shí)，所用的電流為11-13KA，和壓力為3-5Kgf/cm2。
如表4所示，V復(fù)合板材和片材的結(jié)構(gòu)是V/Ni，V/Co/Fe，V/Ni/Fe，V/Co/Ni/Fe，V/Ni/Co/Fe，和V/Ni/Co/Ni。這里，V、Co、Ni和Fe都是純金屬及其合金。V-Ni和V-Co二元體系的共晶溫度分別是1205和1248℃，并且通過將插入金屬層如Co或Ni插到V和Fe合金之間的界面，制造V復(fù)合板材和片材。
在表4中，V、Co、Ni和Fe都是純金屬或是以它們?yōu)橹饕煞值暮辖?，而Ni/Co和Co/Ni表示插入金屬層制成兩層。
表4用于復(fù)合板材和片材的疊加結(jié)構(gòu)以及V包覆金屬和插入金屬或基底金屬之間的共晶溫度。


按照本發(fā)明，開發(fā)出了種用低廉成本制造抗蝕復(fù)合板材和片材的技術(shù)。尤其是，在本發(fā)明中，將價(jià)格貴的薄包覆金屬如Ti，Nb，V，和Zr結(jié)合到價(jià)格便宜的Fe，F(xiàn)e合金，Cu，Cu合金，Ni，或Ni合金上，從而通過應(yīng)用電阻縫焊法降低了制造抗蝕復(fù)合板材和片材的成本。另外，通過將插入金屬層插在包覆金屬和基底金屬之間，利用插入金屬與包覆金屬的共晶反應(yīng)，把包覆金屬結(jié)合到插入金屬層上。在插入金屬與包覆金屬的界面處，形成一種低熔點(diǎn)共晶相。這構(gòu)成了本發(fā)明與常規(guī)其它方法的區(qū)別。低熔點(diǎn)共晶相的形成還降低了結(jié)合溫度和改善了結(jié)合強(qiáng)度?？梢灶A(yù)計(jì)，按照本發(fā)明所制造的具有極好結(jié)合強(qiáng)度(平均大于250MPa)的復(fù)合板材和片材可廣泛用作熱交換器，化工廠的反應(yīng)容器，船舶，造紙工業(yè)，建筑物，橋梁，壓力容器，脫鹽和電氣設(shè)備，煙氣脫硫設(shè)備等的重要材料。
因?yàn)楸景l(fā)明可以在不脫離其精神或?qū)嵸|(zhì)性特點(diǎn)情況下用若干種形式實(shí)施，所以還應(yīng)理解，除非另有說明，上述實(shí)施例不受上述說明書中任何細(xì)節(jié)的限制，而是應(yīng)該在如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)作廣義的解釋，因此屬于權(quán)利要求范圍內(nèi)的所改變和修改，或這個(gè)范圍的等同物都應(yīng)包括在所附的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.抗蝕用的復(fù)合板材和片材，它包括一種從Cu，F(xiàn)e，或Ni中選定的板形基底金屬；一種疊置在基底金屬的一側(cè)并從Ti，V，Nb，或Zr中選定的板形包覆金屬；和一種形成在基底金屬和包覆金屬之間的界面處的用于結(jié)合這兩個(gè)金屬層的共晶反應(yīng)層，其中該各種金屬是純金屬或其合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合板材和片材，其特征是，復(fù)合板材和片材制成為Ti-Cu，Ti-Ni，Ti-Fe，Zr-Cu，Zr-Fe，Zr-Ni，Nb-Fe，Nb-Ni，V-Fe，和V-Ni的其中之一的結(jié)構(gòu)。
3.抗蝕用的復(fù)合板材和片材，它包括一種從Cu，F(xiàn)e，或Ni中選定的板形基底金屬；一種疊置在基底金屬的一側(cè)并從Ti，V，Nb，或Zr中選定的板形包覆金屬；一種插在基底金屬和包覆金屬之間的用于與包覆金屬產(chǎn)生共晶反應(yīng)的插入金屬層；和一種形成在插入金屬層和包覆金屬之間的界面處的用于結(jié)合這兩個(gè)金屬層的共晶反應(yīng)層，其中該各種金屬是純金屬或其合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合板材和片材，其特征是，上述插入金屬層為至少一層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合板材和片材，其特征是，在插入金屬層構(gòu)制成至少兩層的情況下，第二層是一種純金屬或一種合金，它的熔點(diǎn)高于包覆金屬和第一插入金屬層的體系的共晶溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合板材和片材，其特征是，構(gòu)成插入金屬層的材料是Cu，F(xiàn)e，Ni和Co中的至少一種，并且每種金屬都是一種純金屬或合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合板材和片材，其特征是，在包覆金屬和基底金屬分別為Ti和Cu的情況下，復(fù)合板材和片材被制成為Ti/Ni/Cu，Ti/Cu/Ni/Cu，Ti/Cu/X/Cu，和Ti/Ni/X/Cu的其中之一的結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于第二層的X是一種其熔點(diǎn)高于Ti包覆金屬和第一插入金屬層(Cu或Ni)的體系的共晶溫度的純金屬或合金，并具有至少一層的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合板材和片材，其特征是，在包覆金屬和基底金屬分別為Ti和Fe的情況下，復(fù)合板材和片材被制成為Ti/Cu/Fe，Ti/Ni/Fe，Ti/Cu/Ni/Fe，Ti/Ni/Cu/Fe，Ti/Cu/X/Fe，Ti/Ni/X/Fe，和Ti/Fe/X/Fe的其中之一的結(jié)構(gòu)，并且相當(dāng)于第二層的X是一種其熔點(diǎn)高于Ti包覆金屬和第一插入金屬層(Cu或Ni或Fe)的體系的共晶溫度的純金屬或合金，并具有至少一層的結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合板材和片材，其特征是，在包覆金屬和基底金屬分別為Ti和Ni的情況下，復(fù)合板材和片材被制成為Ti/Cu/Ni，Ti/Ni/Cu/Ni，Ti/Cu/X/Ni，和Ti/Ni/X/Ni的其中之一的結(jié)構(gòu)，并且相當(dāng)于第二層的X是一種其熔點(diǎn)高于Ti包覆金屬和第一插入金屬層(Cu或Ni或Fe)的體系的共晶溫度的純金屬或合金，并具有至少一層的結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合板材和片材，其特征是，在包覆金屬和基底金屬分別為Zr和Cu的情況下，復(fù)合板材和片材被制成為Zr/Co/Cu，Zr/Ni/Cu，Zr/Cu/Ni/Cu，Zr/Cu/Co/Cu，Zr/Co/Fe/Cu，Zr/Fe/Co/Cu，Zr/Co/Ni/Cu，Zr/Ni/Co/Cu，Zr/Cu/X/Cu，Zr/Co/X/Cu，和Zr/Fe/X/Cu的其中之一的結(jié)構(gòu)，并且相當(dāng)于第二層的X是一種其熔點(diǎn)高于Zr包覆金屬和第一插入金屬層(Co或Cu或Ni或Fe)的體系的共晶溫度的純金屬或合金，并具有至少一層的結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合板材和片材，其特征是，在包覆金屬和基底金屬分別為Zr和Ni的情況下，復(fù)合板材和片材被制成為Zr/Cu/Ni，Zr/Co/Ni，Zr/Ni/Cu/Ni，Zr/Co/Cu/Ni，Zr/Cu/Co/Ni，Zr/Co/Fe/Ni，Zr/Fe/Co/Ni，Zr/Ni/Co/Ni，Zr/Co/X/Ni，和Zr/Fe/X/Ni的其中之一的結(jié)構(gòu)，并且相當(dāng)于第二層的X是一種其熔點(diǎn)高于Zr包覆金屬和第一插入金屬層(Cu或Co或Ni或Fe)的體系的共晶溫度的純金屬或合金，并具有至少一層的結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合板材和片材，其特征是，在包覆金屬和基底金屬分別為Zr和Fe的情況下，復(fù)合板材和片材被制成為Zr/Cu/Fe，Zr/Ni/Fe，Zr/Cu/Ni/Fe，Zr/Ni/Cu/Fe，Zr/Co/X/Fe，Zr/Cu/X/Fe，Zr/Ni/X/Fe和Zr/Fe/X/Fe其中之一的結(jié)構(gòu)，并且相當(dāng)于第二層的X是一種其熔點(diǎn)高于Zr包覆金屬和第一插入金屬層(Cu或Ni或Co或Fe)的體系的共晶溫度的純金屬或合金，并具有至少一層的結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合板材和片材，其特征是，在包覆金屬為Nb和基底金屬為Fe或Ni的情況下，復(fù)合板材和片材被制成為Nb/Co/Fe，Nb/Ni/Fe，Nb/Co/Ni/Fe，Nb/Ni/Co/Fe，Nb/Co/X/Fe，Nb/Ni/X/Fe，和Nb/Ni/X/Ni其中之一的結(jié)構(gòu)，并且相當(dāng)于第二層的X是一種其熔點(diǎn)高于Nb包覆金屬和第一插入金屬層(Co或Ni)的體系的共晶溫度的純金屬或合金，并具有至少一層的結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合板材和片材，其特征是，在包覆金屬為V和基底金屬為Fe或Ni的情況下，復(fù)合板材和片材被制成為V/Co/Fe，V/Ni/Fe，V/Co/Ni/Fe，V/Ni/Co/Fe，V/Ni/X/Fe，V/Co/X/Fe，和V/Co/X/Ni其中之一的結(jié)構(gòu)，并且相當(dāng)于第二層的X是一種其熔點(diǎn)高于V包覆金屬和第一插入金屬層(Cu或Ni或Co或Fe)的體系的共晶溫度的純金屬或合金，并具有至少一層的結(jié)構(gòu)。
15.一種用于制造抗蝕用復(fù)合板材和片材的方法，其中將從Cu，F(xiàn)e，或Ni中選定的一種板形基底金屬和從Ti，V，Nb，或Zr中選定的一種板形包覆金屬插在兩個(gè)電極之間，并同時(shí)向兩電極施加電流和壓力，以便在基底金屬和包覆金屬之間的界面處形成一個(gè)共晶反應(yīng)層。
16.一種用于制造抗蝕用復(fù)合板材和片材的方法，其中將從Cu，F(xiàn)e，或Ni中選定的一種板形基底金屬，從Ti，V，Nb或Zr中選定的一種板形包覆金屬，和位于基底金屬和包覆金屬之間的一種插入金屬層插在兩個(gè)電極之間，并同時(shí)向兩電極施加電流和壓力，以便在包覆金屬和插入金屬層之間的界面處形成一個(gè)共晶反應(yīng)層。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征是，施加的電流是在7000-25000A范圍內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征是，施加的壓力是在1-1500Kgf/cm2范圍內(nèi)。
全文摘要
公開的是一種抗蝕用多層復(fù)合板材和片材的結(jié)構(gòu)及其制造方法。提供的是抗蝕用復(fù)合板材和片材，其中具有極好的抗蝕性的Ni，Co，Ti，Nb，V，和Zr，或者它們的合金，結(jié)合到價(jià)格便宜的Fe，Cu，或它們的合金上。包覆金屬的化學(xué)組成以及復(fù)合板材和片材的結(jié)構(gòu)很容易依據(jù)復(fù)合板材和片材的工作條件修改。另外，本發(fā)明提供一種基于電阻縫焊法的費(fèi)用更合算的方法來制造抗蝕性復(fù)合板材和片材。
文檔編號(hào)B23K20/08GK1473705SQ03100619
公開日2004年2月11日 申請(qǐng)日期2003年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月9日
發(fā)明者都正萬, 卞智永, 曺圭元, 鄭珠鏞 申請(qǐng)人:韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院