一种热轧复合板制坯过程层间真空涂层方法技术领域
本发明涉及一种金属复合制坯方法。
背景技术
低合金钢/不锈钢复合板作为一种资源节约型的产品，不仅应具有不锈钢
的耐腐蚀性，又要具有碳钢良好的机械强度和加工性能。在复合板夹层间引入
镍层，一方面在基层和覆层之间起到隔离作用，阻碍碳的扩散，避免形成金属
间化合物，保证复合板的耐腐蚀性能。另外，由于镍层的存在，可以显著的降
低应力腐蚀裂纹的扩散速率。在现有的技术条件下，制备镀镍不锈钢复合坯料
的一般方法是：首先，对不锈钢表面进行清除油脂的脱脂工作；其次在待复合
的碳钢表面进行酸洗清洗和机械清洗；然后在清洗过的碳钢板的待复合面上采
用电镀或热喷涂的方法涂镀镍层；最后将碳钢和不锈钢坯料焊接在一起制成碳
钢/镍/不锈钢复合坯料。此种方法存在如下弊端：一方面，电镀镍工艺比较落
后，工艺过程中产品的质量很难控制，电镀后的电镀废水如果得不到有效处理，
会给环境造成极大的污染；热喷涂技术的涂层致密性较低、与碳钢基体结合不
紧密、抗热震性不好。另一方面，碳钢表面的镀镍层在外部环境下易沾附异物
(如水分、土灰、结晶物、纤维等)导致镀层不平滑，有凹洞、针孔、颗粒物
等，需要进行镀后除杂处理和表面精整，工艺过程复杂，降低其生产效率。所
以现有阶段，针对制备镀镍不锈钢复合坯料，有不足之处可以改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既可以保证不锈钢复合坯料之间镍层的纯度
和厚度，又能抑制表面氧化物和金属间化合物的形成，而且工艺简单、快捷方
便的制备镀镍不锈钢热轧复合板制坯过程层间真空涂层方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一、本发明的真空涂层装置：主要包括：电解熔炉、电磁振荡器、虹吸管、
虹吸阀、真空管和机械泵与扩散泵组件。其中电解熔炉下部设有电磁振荡器，
以保持电解熔炉内熔融的镍水常流态和均匀性。电解熔炉的出液管即虹吸管一
端位于镍水中，而位于电解熔炉外部的虹吸管上设有虹吸阀，该虹吸管位于电
解熔炉外面的端部可与对称组合的不锈钢复合坯料相连，另有机械泵与扩散泵
组件其与真空管一端相连，该真空管另一端可与对称组合的不锈钢复合坯料相
连。所述的对称组合的不锈钢复合坯料为长宽尺寸相同的两组，它们均包括有
低合金钢基层和不锈钢覆层，最好低合金钢基层和不锈钢覆层坯料的表面粗糙
度为0.1～5μm，低合金钢基层与不锈钢覆层间产生镀镍夹层，夹层厚度控制在
0.1～0.5mm。上下两组坯料的不锈钢覆层相对，它们之间涂覆有隔离剂层，隔离
剂层厚度1～3mm，并以该隔离剂层为对称。上述隔离剂为耐高温、延展性好、
易脱落的材料，以防止高温轧制时出现连接现象，同时又方便轧制完成后对两
组复合板进行剥离。上述对称组合的不锈钢复合坯料固定在相应的夹具上，该
夹具根据碳钢和不锈钢的规格制作，并且该夹具在碳钢和不锈钢之间预留有填
充镍水的间隙，该间隙由围绕在两不锈钢板四周的矩形支撑框确定。
二、具体操作方法：
1、按照真空涂层装置的真空管和虹吸管的规格在上述对称组合的不锈钢复
合坯料侧面钻孔，最好钻孔的位置设在复合板相对的两个侧面，然后将真空管
和虹吸管分别插入对应的通孔内，随后将真空管和虹吸管与复合板焊接在一起，
使虹吸管端部位于碳钢和不锈钢夹层中，以便于镍水直接填充在夹层中，防止
镍水进入不需要有镍层的隔离剂层中。然后将上述的对称组合的不锈钢复合坯
料四周焊接封装，使其密封。最好采用真空电子束焊接进行焊接封装。
2、开启机械泵与扩散泵组件，对封装好的不锈钢复合坯料抽真空，使其真
空度为10-2～10-1Pa，然后将真空管密封。
3、打开虹吸阀，在内外压力差的作用下，基于虹吸原理，使电解熔炉里的
镍水，最好电解熔炉镍水的温度在55-60℃，在内聚分子力作用下通过虹吸管进
入不锈钢复合坯料层间，在复合坯料夹层涂膜，当内外压力差相等，镍水不再
流动，完成真空涂膜，构成低合金钢/镍/不锈钢-隔离材料-不锈钢/镍/低合金
钢的组坯形式，关闭虹吸阀。
4、待镍凝固后，将上述不锈钢复合板坯进行复合对称多道次轧制，总压下
率超过50％。轧制完成后将四周边的焊缝部分切除，两组复合板在隔离剂作用下
很容易分开，成为单层低合金钢/镍/不锈钢。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明的复合板制坯过程层间真空涂层方法比传统复合板制坯方法方便
快捷：首先省去了对清洗过的碳钢进行表面涂镀镍工艺，避免了因涂覆不均匀
和掺杂杂质等造成的复合坯料厚度不均、性能下降等后果；提高了镀镍不锈钢
复合板的复合质量和成品率，并降低成本。
2、碳钢/不锈钢复合坯料采用对称组合结构，复合坯料焊接封装并抽真空，
只需要控制虹吸阀便可以完成涂覆过程，过程简单方便，大大节省了时间；
3、不锈钢覆层之间涂覆有隔离剂，轧制完成后能够方便快捷的对不锈钢复
合板进行剥离，可制备出成倍的低合金钢/镍/不锈钢复合板，既省时省力，减
轻工人的劳动强度，又提高生产效率。
4、后处理的轧制程序可使对称组合的复合坯料在轧机的强大轧制压力下，
发生剧烈的塑形变形，使复合面处的金属氧化物层破裂，进而使接触面处原子
被激活并在组元件形成化学键，通过化学键的通过化学键的相互作用实现复合
面处牢固的冶金结合。
5、本发明的真空涂层方法与现有技术的涂镀镍层相比回收方便，节省金属
镍，可减低成本，并且对环境无污染。
附图说明
图1是本发明真空涂层装置工作状态主视示意简图。
图2是现有技术高温下表面镀镍粉形貌电镜图。
图3是本发明表面真空涂层电镜图。
图中：1-机械泵与扩散泵组件；2-真空管；3-低合金钢基层；4-不锈钢覆
层；5-夹层；6-隔离剂层；7-焊缝；8-虹吸阀；9-虹吸管；10-电解熔炉；11-
镍水；12-电磁振荡器，13-支撑框。
具体实施方式
在图1所示的热轧复合板制坯过程层间真空涂层装置工作状态主视示意简
图中，电解熔炉10下部设有电磁振荡器12，电解熔炉的虹吸管9一端位于镍水
11中，而位于电解熔炉外部的虹吸管上设有虹吸阀8，该虹吸管位于电解熔炉
外面的端部与对称组合的不锈钢复合坯料相连，另有机械泵与扩散泵组件1其
与真空管2一端相连，该真空管另一端与对称组合的不锈钢复合坯料相连。所
述的对称组合的不锈钢复合坯料为长宽尺寸相同的两组，它们均包括有为Q345R
低合金钢基层3和316L不锈钢覆层4，低合金钢基层和不锈钢覆层坯料的表面
粗糙度为1.5μm，低合金钢基层与不锈钢覆层间产生镀镍夹层，夹层厚度控制
在0.2mm。上下两组坯料的不锈钢覆层相对，它们之间涂覆有隔离剂层6，隔离
剂层厚度3mm，并以该隔离剂层为对称。上述隔离剂为不锈钢复合板用隔离剂
(生产厂家：创远耐火材料有限公司。厂址：山东省莱芜市钢城区黄庄镇)，上
述对称组合的不锈钢复合坯料固定在相应的夹具上，该夹具根据碳钢和不锈钢
的规格制作，并且该夹具在碳钢和不锈钢之间预留有填充镍水的间隙，该间隙
由围绕在两不锈钢板四周由焊丝制作的矩形支撑框13。
按照真空涂层装置的真空管和虹吸管的规格在上述对称组合的不锈钢复合
坯料相对的两个侧面钻孔，然后将真空管和虹吸管分别插入对应的通孔内，随
后将真空管和虹吸管与复合板焊接在一起，使虹吸管端部位于碳钢和不锈钢夹
层中，然后将上述的对称组合的不锈钢复合坯料四周采用真空电子束焊接进行
焊接封装，焊缝7使其密封。开启机械泵与扩散泵组件，对封装好的不锈钢复
合坯料抽真空，使其真空度为0.05Pa，然后用加热钳夹真空管将真空管密封。
打开虹吸阀，使电解熔炉里的60℃镍水，通过虹吸管进入不锈钢复合坯料层间，
在复合坯料夹层涂膜，当内外压力差相等，镍水不再流动，完成真空涂膜，构
成低合金钢/镍/不锈钢-隔离材料-不锈钢/镍/低合金钢的组坯形式，关闭虹吸
阀。待镍凝固后，将上述不锈钢复合板坯进行复合对称轧制，轧制温度控制在
1200℃左右，轧制速度为1.5m/s，并采用九道次轧制，总压下率超过50％。轧
制完成后将四周边的焊缝部分切除，两组复合板在隔离剂作用下很容易分开，
成为单层低合金钢/镍/不锈钢。
从图2所示的现有技术高温下表面镀镍粉形貌电镜图中可以看出，其镀镍层
表面不均匀，并伴随着销钉裂纹出现，使复合板的性能下降，镀镍层在高温下
保护效果减弱。从图3所示的本发明表面真空涂层电镜图中可以看出，真空涂
覆形成的镍箔层表面均匀，不掺杂杂质，因此具有较高的抗腐蚀能力和优良的
机械性能。
另从本发明和现有技术制作出的样品机械性能对比数据，也可以证明采用
本发明制备的产品性能优于采用现有技术制备的产品。具体如下：
试样草酸腐蚀结果
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力学性能实验值
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