CN101530860B - 一种铝镁超细晶多层结构复合板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝镁超细晶多层结构复合板的制备方法，该方法选择板材Al或Al合金、Mg或Mg合金为原料，制备的超细晶多层结构复合板的结构层依次是Al/Mg/Al，或者是Al合金/Mg合金/Al合金，或者是Al/Mg合金/Al；其制备采用累积复合轧制的方法，包括打磨、清洗，除去板材表面的金属屑和杂质，以汉堡包的方式叠放，叠合好的钢板置于电阻炉中进行热处理；热处理后的板材取出放在轧机上，以每道次压下量为50％的压下量进行轧制；轧制后的板材切去边部裂边和毛刺，再切成等同的两部分，然后重复进行多道次的累积复合轧制；累积复合轧制后的板材放在气体保护退火炉中热处理，然后随炉冷却至室温取出，即得到Al/Mg/Al多层结构复合钢板。

Description

一种铝镁超细晶多层结构复合板的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料的制备，特别是一种铝镁超细晶多层结构复合板的制备方法。该方法制备的铝镁超细晶多层结构复合板的结构依次是Al/Mg/Al。
背景技术
随着科学技术的进步，对材料的要求越来越高，除具有高强度、高韧性、耐腐蚀等性能外，还要求材料在某些特殊环境应用条件下具有一些相互矛盾的性能，如：导电性能要好但要绝热，强度、韧性要高但重量要轻等。由于异种材质复合材料的性能多功能化、较低的成本及应用范围广泛，提高了传统材料的发展潜力。同时，复合材料可根据实际应用需求进行调整和组合性能，以满足现代工业对材料多功能的要求。
层状复合材料是两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的金属板材通过复合技术结合而成的一种新型材料，保持了原有金属材料各自原有的特性，且使材料的综合性能比单一金属更加优越，为合理性能和降低产品成本提供了更好的选择。异种金属以层状复合方式结合而成的新型复合材料近年来受到国内外学者的普遍重视，但目前的层状复合材料受到轧制复合技术的限制，生产工艺复杂，产品质量难于控制，如存在压下量不够复合强度不高、复合后材料基体性能降低等缺点，本研究利用累积复合轧制技术成功制备了铝/镁超细晶多层结构复合材料，既能够细化复合材料的组织结构，又能提高复合材料的界面复合强度和强化复合材料基体，为材料弹性化与功能性需求的产业应用提供了更合适的材料组合和制备技术。层状复合材料具有经济性和功能性兼备的特点，在各个领域广泛应用，并且层状复合材料的制备工艺相对简单，可利用现有设备连续化生产。
同时，由于全球能源和资源紧张，自然保护意识高涨，逐渐使产品轻量化和可回收化，以减少能源与资源的消耗，为铝/镁超细晶多层结构复合材料的设计提供了思路。由于铝和镁原子间结合力很强，无论在室温还是高温，这类材料的强度/重量比(刚度/重量比)均优良好的匹配。而且根据铝-镁相图，铝和镁所形成的复合材料，由于Al2Mg17或Al2Mg2等中间相的析出可得到优异的机械性能；并且铝、镁是非常活泼的金属，铝会在材料表面生成致密的氧化层，防止金属进一步氧化，具有一定的耐腐蚀性；而镁及镁合金表面生成的氧化膜不致密，抗氧化能力较差，因此，铝镁复合材料具有低密度、高强度、高制振性、抗氧化性和耐腐蚀性等特点，而广泛应用于航空、航天、电子、电力、军事、汽车、船舶、化工等行业。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提出一种铝镁超细晶多层结构新型复合材料的制备方法，该方法用Al∶Mg∶Al＝1∶1～50∶1的比例就可生产出不同规格的Al/Mg/Al超细晶多层结构复合板材料，以满足各个行业对复合材料的需求。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种铝镁超细晶多层结构复合板的制备方法，其特征在于，该方法选择板材Al或Al合金、Mg或Mg合金为原料，制备的超细晶多层结构复合板的结构层依次是Al/Mg/Al，或者是Al合金/Mg合金/Al合金，或者是Al/Mg合金/Al；其制备采用累积复合轧制的方法，具体包括以下步骤：
步骤一、用钢丝刷对Al或Al合金和Mg或Mg合金板表面进行打磨，使其表面的粗糙度Ra≤12.5μm；
步骤二、用丙酮或无水乙醇溶液对处理过的板材表面进行清洗，除去板材表面的金属屑和杂质；
步骤三、将清洗后的Al或Al合金、Mg或Mg合金依次按Al/Mg/Al顺序、或依次按Al合金/Mg合金/Al合金顺序、或依次按Al/Mg合金/Al顺序以汉堡包的方式叠放在一起，然后将其从一端固定并打磨一定的倾斜度，以便轧机咬入；
步骤四、将上述叠合好的板材置于电阻炉中，在225℃～400℃条件下保温5～120分钟进行热处理；
步骤五、将热处理后的板材取出放在轧机上，在轧制温度225℃～400℃的条件下，以50％的道次压下量进行轧制；
步骤六、将轧制后的板材切去边部裂边和毛刺，再切成等同的两部分，然后重复步骤一到步骤五的操作，并进行多道次的累积复合轧制；
步骤七、将累积复合轧制后的板材放在气体保护退火炉中，在100～450℃、保温时间30-120分钟的条件下进行热处理，然后随炉冷却至室温取出，即得到超细晶多层结构复合板。
本发明采用累积复合轧制的剧烈塑性变形工艺，将Al、Mg及其合金板有效复合在一起，并形成多层结构，不仅能够有效细化材料的组织，而且增加了界面的结合强度，显著的提高了复合板材的性能。
附图说明
图1是本发明的Al/Mg/Al超细晶多层结构复合板的结构图。
以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
实施例1：
参见图1，本发明的铝镁超细晶多层结构复合板的制备方法，选择板材Al或Al合金、Mg或Mg合金为原料，制备的超细晶多层结构复合板的结构层依次是Al/Mg/Al，或者是Al合金/Mg合金/Al合金，或者是Al/Mg合金/Al；其制备采用累积复合轧制的方法，具体按以下步骤实施：
一、用钢丝刷对Al或Al合金和Mg或Mg合金板材表面进行打磨，使其表面的粗糙度Ra≤12.5μm；
二、用丙酮或无水乙醇溶液对处理过的板材表面进行清洗，除去板材表面的金属屑和杂质等；
三、将清洗后的Al或Al合金、Mg或Mg合金依次按Al/Mg/Al顺序、或依次按Al合金/Mg合金/Al合金顺序、或依次按Al/Mg合金/Al顺序以汉堡包的方式叠放在一起，然后将其从一端固定并打磨一定的倾斜度，以便轧机咬入(图2)；
四、将上述叠合好的钢板置于电阻炉中，在225℃～400℃、保温5分钟～120分钟的条件下进行热处理；
五、将热处理后的板材取出放在轧机上，在225～400℃的条件下，以每道次压下量为50％的压下量进行轧制；
六、将轧制后的板材切去边部裂边和毛刺，再切成等同的两部分，然后重复步骤一到步骤五的操作，并进行多道次的累积复合轧制；
七、将累积复合轧制后的板材放在气体保护退火炉中，在100℃～450℃、保温时间30-120分钟的条件下进行热处理，然后随炉冷却至室温取出，即得到Al/Mg/Al顺序的超细晶多层结构复合钢板。
上述Al合金为：铝-铜系合金、铝-锰系合金、铝-硅系合金、铝-镁系合金、铝-镁-硅系合金、铝-锌-镁-铜系合金、铝-锂系合金、铝及铝合金蜂窝板、泡沫铝其中的任一种；
上述Mg合金为镁-锂系合金、镁-锰系合金、镁-铝-锌-锰系合金、镁-稀土系合金、镁及镁合金其中的一种。
Al或Al合金的厚度为：0.5～2.0mm；Mg或Mg合金的厚度为：1.0～5.0mm。
Al或Al合金与Mg或Mg合金的厚度比为：1∶1～50，叠合后板材层的总厚度小于15mm。
上述累积复合轧制方法制备的铝镁超细晶多层结构复合板，其晶粒尺寸在1μm左右。
实施例2：
本实施例中，本实施方式与实施例1的不同在于板材的表面处理方式不同，先采用化学法除去板材表面的氧化物，即首先分别用NaOH、HNO3水溶液进行清洗，除去氧化皮、油污及杂质，并用水冲干净；然后用钢丝刷/羽布轮等对铝及铝合金板与镁及镁合金板及蜂窝板的表面进行打磨；最后用丙酮或无水乙醇溶液清洗板材表面。其他与实施例1的步骤相同。
按照本发明的方法制备的铝镁超细晶多层结构复合板，结构层依次是Al/Mg/Al，或者是Al合金/Mg合金/Al合金，或者是Al/Mg合金/Al；本发明不限于上述实施例，当然，按照本发明的方法，还可以针对特殊用途，制备所需要的Al/Mg超细晶多层结构复合材料。

Claims (10)

1.一种铝镁超细晶多层结构复合板的制备方法，其特征在于，该方法选择板材Al或Al合金、Mg或Mg合金为原料，制备的超细晶多层结构复合板的结构层依次是Al/Mg/Al，或者是Al合金/Mg合金/Al合金，或者是Al/Mg合金/Al；其制备采用累积复合轧制的方法，具体包括以下步骤：
步骤一，用钢丝刷对Al或Al合金板和Mg或Mg合金板表面进行打磨，使其表面的粗糙度Ra≤12.5μm；
步骤二，用丙酮或无水乙醇溶液对处理过的板材表面进行清洗，除去板材表面的金属屑和杂质；
步骤三，将清洗后的Al或Al合金板、Mg或Mg合金板依次按Al/Mg/Al顺序、或依次按Al合金/Mg合金/Al合金顺序、或依次按Al/Mg合金/Al顺序以汉堡包的方式叠放在一起，然后将其从一端固定并打磨一定的倾斜度，以便轧机咬入；
步骤四，将上述叠合好的板材置于电阻炉中，在225℃～400℃条件下保温5～120分钟进行热处理；
步骤五，将热处理后的板材取出放在轧机上，在轧制温度225℃～400℃的条件下，以50％的道次压下量进行轧制；
步骤六，将轧制后的板材切去边部裂边和毛刺，再切成等同的两部分，然后重复步骤一到步骤五的操作，并进行多道次的累积复合轧制；
步骤七，将累积复合轧制后的板材放在气体保护退火炉中，在100～450℃、保温时间30-120分钟的条件下进行热处理，然后随炉冷却至室温取出，即得到超细晶多层结构复合板。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
板材Al为：铝蜂窝板或泡沫铝；
板材Al合金为：铝合金蜂窝板；
所述的Al合金为：铝-铜系合金、铝-锰系合金、铝-硅系合金、铝-镁系合金、铝-锌-镁-铜系合金、铝-锂系合金其中的一种；
所述的Mg合金为：镁-锂系合金、镁-锰系合金、镁-铝-锌-锰系合金、镁-稀土系合金其中的一种。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：Al或Al合金板的厚度为：0.5～2.0mm；Mg或Mg合金板的厚度为：1.0～5.0mm。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的Al或Al合金板与Mg或Mg合金板的厚度比为：1∶1～50，叠合后板材层的总厚度小于15mm。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的累积复合轧制方法制备的超细晶多层结构复合板其晶粒尺寸在1μm左右。
6.一种铝镁超细晶多层结构复合板的制备方法，其特征在于，该方法选择板材Al或Al合金、Mg或Mg合金为原料，制备的超细晶多层结构复合板的结构层依次是Al/Mg/Al，或者是Al合金/Mg合金/Al合金，或者是Al/Mg合金/Al；其制备采用累积复合轧制的方法，具体包括以下步骤：
步骤一，先采用化学法除去板材表面的氧化物，即首先分别用NaOH、HNO3水溶液进行清洗，除去氧化皮、油污及杂质，并用水冲干净；然后用钢丝刷/羽布轮对板材铝及铝合金板与镁及镁合金板的表面进行打磨；最后用丙酮或无水乙醇溶液清洗板材表面；
步骤二，将清洗后的Al或Al合金板、Mg或Mg合金板依次按Al/Mg/Al顺序、或依次按Al合金/Mg合金/Al合金顺序、或依次按Al/Mg合金/Al顺序以汉堡包的方式叠放在一起，然后将其从一端固定并打磨一定的倾斜度，以便轧机咬入；
步骤三，将上述叠合好的板材置于电阻炉中，在225℃～400℃条件下保温5～120分钟进行热处理；
步骤四，将热处理后的板材取出放在轧机上，在轧制温度225℃～400℃的条件下，以50％的道次压下量进行轧制；
步骤五，将轧制后的板材切去边部裂边和毛刺，再切成等同的两部分，然后重复步骤一到步骤四的操作，并进行多道次的累积复合轧制；
步骤六，将累积复合轧制后的板材放在气体保护退火炉中，在100～450℃、保温时间30-120分钟的条件下进行热处理，然后随炉冷却至室温取出，即得到超细晶多层结构复合板。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：
板材Al为：铝蜂窝板或泡沫铝；
板材Al合金为：铝合金蜂窝板；
所述的Al合金为：铝-铜系合金、铝-锰系合金、铝-硅系合金、铝-镁系合金、铝-锌-镁-铜系合金、铝-锂系合金其中的一种；
所述的Mg合金为：镁-锂系合金、镁-锰系合金、镁-铝-锌-锰系合金、镁-稀土系合金其中的一种。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于：Al或Al合金板的厚度为：0.5～2.0mm；Mg或Mg合金板的厚度为：1.0～5.0mm。
9.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述的Al或Al合金板与Mg或Mg合金板的厚度比为：1∶1～50，叠合后板材层的总厚度小于15mm。
10.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述的累积复合轧制方法制备的超细晶多层结构复合板其晶粒尺寸在1μm左右。
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