Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОЛОКИ

Изобретение относится к металлургии, в частности к обработке металлов давлением композиционных материалов, и может быть использовано при изготовлении биметаллической проволоки на стальной основе с оболочками из различных металлов, преимущественно цветных.

Известен способ производства биметаллической проволоки, включающий очистку поверхности сердечника методом химического травления, осаждение подслоя меди в гальванических ваннах и последующее оборачивание оболочкой, нагрев и прокатку. При этом способе изготовления с поверхности стального сердечника удаляются загрязнения и окислы железа, а осажденный подслой меди содействует соединению медной оболочки со стальным сердечником (А.Л. Тарновский и др. Биметаллическая проволока. М.: Металлургиздат, 1963 г.).

Недостатком этого способа изготовления биметаллической проволоки является его низкая производительность, необходимость применения сложного химического оборудования, вредность производства, так как применяются растворы серных и соляных кислот. Кроме того, в составе электролитов для осаждения подслоя используют цианистые соединения, которые являются ядовитыми, дорогими и нестабильными.

Известен способ изготовления биметаллической проволоки, в котором поверхность стального сердечника после термообработки, травления кислотой, промывки и обтирки подвергают обработке раствором кальцинированной соды (Na₂CO₃) концентрацией 20-25 г/л при температуре 60-65°С, после чего производят нанесение на сердечник алюминиевой оболочки и последующее их совместное обжатие (Авторское свидетельство СССР №1172624, опубликовано 15.08.85).

Недостатки данного способа состоят в том, что предварительная обработка в значительной мере усложняет процесс и снижает его технологические возможности. Кроме того, при операциях травления, промывки и последующей обработки в растворе кальцинированной соды поверхность стального сердечника пассивируется, в то время как для получения высокой прочности соединения она должна быть максимально активной.

Известен способ изготовления биметаллической проволоки, включающий подачу сердечника, оборачивание его оболочкой с соединением кромок, нагрев и прокатку заготовки (Патент US №4331283, от 25.05.1989). В этом способе отсутствует применение химически агрессивных или ядовитых веществ, и он более производителен, чем ранее описанный.

Однако недостаток известного способа заключается в том, что с его помощью нельзя получить биметаллические изделия, обладающие достаточно высокой прочностью соединения двух металлов, например стали и меди. Это объясняется тем, что поверхность стального сердечника содержит оксиды, которые препятствуют развитию соединения при прокатке. Эти оксиды разрушаются с образованием активных поверхностей лишь при достаточно высоких степенях деформации - 40-50%. Но при такой степени деформации, медная оболочка при входе в прокатные валки выдавливается в разъемы за счет переполнения, недопустимо утончается и образует грат. Кроме того, за счет интенсивного упрочнения металлов в очаге деформации происходит накопление внутренних напряжений, которые приводят к частичному разрушению образовавшихся связей и снижению общей прочности соединения.

Известен способ изготовления биметаллической проволоки, включающий обработку поверхности сердечника в электрическом поле постоянного тока напряженностью 100-400 В/см при катодной поляризации в водном растворе кальцинированной соды (Патент РФ 2008109 от 28.02.1994).

Судя по описанию явлений, протекающих вокруг активного катода («катодная поляризация»), авторы имеют в виду коммутационный режим катодного процесса. Этот режим наблюдается на активном катоде в области напряжений 100-140 В (Лазаренко Б.Р. и др. Коммутация тока на границе металл-электролит. 1971 г. 74 с.). В коммутационном режиме вокруг активного катода периодически образуется парогазовая оболочка, в которой в момент коммутации между металлическим катодом и электролитным анодом протекают импульсно-дуговые разряды. При напряжении менее 100 В (в описании ошибочно указана напряженность электрического поля 100 В/см) протекают обычные классические электрохимические процессы. В действительности при напряжении на электродах 100 В и выше в оболочке, изменяющейся в пределах от 0,05 до 0,2 см, напряженность электрического поля составляет 2000-500 В/см. При этой напряженности поля могут протекать импульсно-дуговые разряды между металлическим катодом и электролитным анодом. При напряжении свыше 140 В коммутационный режим переходит в режим нагрева, когда вокруг активного катода образуется стабильная парогазовая оболочка. В этом режиме между металлическим катодом и электролитным анодом также протекают импульсно-дуговые разряды, переходящие в дуговой разряд. В результате образования стабильной оболочки и протекания электрических разрядов температура катода возрастает вплоть до его плавления. Ввиду того, что в коммутационном режиме импульсно-дуговые разряды возникают кратковременно только в момент коммутации, а в остальное время наблюдается контакт металла с электролитом, то очистка поверхности катода является неполной. В результате чего при последующем обжатии сердечника с оболочкой формируется соединение с низкой прочностью.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления биметаллической проволоки, включающий подачу сердечника, оборачивание его оболочкой с соединением кромок, нагрев и прокатку заготовки, причем перед оборачиванием проводят электролитно-плазменную обработку сердечника при анодном растворении электрода, изготовленного из того же материала, что и оболочка (Патент РФ 2136466 от 10.09.1999).

Техническим результатом изобретения является повышение прочности соединения сердечника с оболочкой за счет улучшения подготовки контактных поверхностей сердечника и оболочки перед их соединением.

Технический результат достигается следующим образом.

Способ изготовления биметаллической проволоки включает подачу предварительно обработанного в электролите стального сердечника и медной оболочки в виде ленты, сборку заготовки путем оборачивания оболочкой сердечника, соединение ее кромок и прокатку полученной заготовки. Дополнительно осуществляют предварительную обработку медной оболочки в электролите, при этом обработку медной оболочки и стального сердечника осуществляют в электрогидродинамическом режиме анодного процесса, а перед прокаткой осуществляют нагрев полученной заготовки до 750-850°С в электролитной плазме в режиме анодного процесса.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана линия для получения биметаллической (сталемедной) проволоки. Она включает в себя следующее основное оборудование - отдающий барабан 1 с запасом сердечника в виде стальной проволоки 2; отдающий барабан 3 с запасом оболочки в виде медной ленты 4; электролитическая ванна для очистки и полировки сердечника 5; электролитическая ванна для очистки и полировки медной ленты 6; оборачивающее устройство 7; сварочное устройство 8 для сварок кромки ленты с получением биметаллической заготовки; устройство для нагрева в электролитной плазме 9; прокатные валки 10 и приемный барабан 11 для накапливания готовой биметаллической проволоки 12.

На указанной линии заявленный способ осуществляется следующим образом: стальной сердечник 2 разматывают с барабана 1 и подают в электролитическую ванну 5, где на стальном сердечнике устанавливается электрогидродинамический режим анодного процесса. Одновременно оболочку - медную ленту 4 - сматывают с барабана 3 и подают в электролитическую ванну 6, где на медной ленте устанавливается электрогидродинамический режим анодного процесса. После этого медную ленту подают в устройство 7, где ее оборачивают вокруг стального сердечника 2. Далее с помощью сварочного устройства 8 кромки ленты 4 сваривают между собой. После этого биметаллическую заготовку в электролитной ванне 9 нагревают до температуры 750-850°С путем установления режима нагрева в электролитной плазме анодного процесса. При этой температуре стальной сердечник понижает предел своей прочности в несколько раз, что позволяет производить его относительное удлинение до 70%, но в структуре еще не наблюдается значительный рост зерна и снижение предела текучести после остывания (М.А. Барановский и др. Технология металлов и других конструктивных материалов. Минск, 1973). Далее заготовку прокатывают в валках 10 до получения неразъемного соединения стального сердечника с медной оболочкой.

В электролитической ванне 5, 6 и 9 в качестве электролита могут быть использованы нейтральные электролиты, например водный раствор хлористого аммония, азотнокислого аммония и др.

Использование данного способа позволяет изготавливать биметаллическую проволоку с высоким качеством соединения входящих в ее состав металлов.

Предлагаемое изобретение устраняет перечисленные недостатки и при значительно меньших усилиях прокатки обеспечивается прочное соединение двух разнородных металлов, например стали и меди, при этом медная оболочка не утончается и на ней не образуется грат.