CN108817083B - 一种异种金属界面实现强冶金结合的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种异种金属界面实现强冶金结合的制备方法，属于异种金属复合材料制备技术领域。其特征是，充分发挥现有热轧复合法和冷轧复合法的各自优点，克服其不足，将打磨处理、层叠、室温轧制、短时加热与高温轧制等工序相结合，通过对异种金属复合材料制备过程中各工序的时间和温度等进行协调控制，获得界面实现强冶金结合的高性能异种金属复合材料。本发明的优点是，工艺简单、能耗低、周期短、设备投入少、成本低、效率高，仅利用现有的打磨设备、加热炉和轧机(一台轧机或任意布置的两台轧机)等即可实现异种金属界面的强冶金结合，比现有热轧复合法和冷轧复合法制备的异种金属复合材料的界面结合强度提高20％～50％以上，获得的高性能异种金属复合材料应用范围更加广泛。
Description
技术领域
本发明属于异种金属复合材料制备技术领域，具体涉及一种异种金属界面实现强冶金结合的制备方法。
背景技术
通过异种金属的组合，充分发挥各组元金属的优势，获得单一金属所不具备的优异综合性能，发展高性能异种金属复合材料，是新材料前沿领域的研究热点和重要发展趋势之一。
目前异种金属界面的结合方式主要包括冶金结合和机械结合两大类。冶金结合是指异种金属的界面间通过原子相互扩散而形成的结合，机械结合是指异种金属的界面间通过凸凹不平表面的互相啮合而形成的结合。异种金属界面形成冶金结合后，不仅具有优异的综合性能，而且还具有良好的工艺性能，能够进行各种冷、热压力加工成型以及焊接和机械加工等，性能极大地优于界面为机械结合的异种金属。
异种金属界面的冶金结合越牢固，其性能就越优异，相关的异种金属复合材料的应用范围就越广泛。轧制是目前规模化制备异种金属复合材料的最常用方法，主要包括热轧复合法和冷轧复合法。
热轧复合法是指在高温下对异种金属进行轧制复合成形的方法。热轧复合时，在高温高压力的同时作用下，能使异种金属界面处的原子快速发生扩散，有效地实现异种金属界面间的冶金结合。但是，由于一般热轧复合时所用组合板坯的厚度较大，热轧复合前的加热温度高(一般为金属坯料的1.4倍再结晶温度以上)、加热时间长(一般是5～20小时，甚至更长)，不仅能耗大、周期长，而且当对铝、钛等活性高的金属进行热轧复合成形时，易在异种金属界面处快速生成脆性金属间化合物，导致异种金属界面的冶金结合质量变差，界面结合强度较弱，使得热轧复合法制备异种金属复合材料的种类偏少，应用领域受限。
冷轧复合法通常是指在室温下对异种金属进行轧制复合成形的方法。冷轧复合时，只需对金属坯料待复合表面进行打磨等处理即可进行异种金属的轧制复合成形，无需真空焊接等金属坯料前处理工艺措施，金属组合的自由度大，适应面广。但是，冷轧复合时，异种金属的界面几乎没有扩散效果，要达到完全冶金结合很困难。因此，往往在冷轧复合后施以长时间(一般是10小时左右，甚至更长)高温扩散热处理，以便异种金属界面处发生原子扩散实现界面的冶金结合；长时间扩散热处理工序的存在不仅能耗大、周期长，而且易使异种金属界面生成脆性金属间化合物，导致异种金属界面的冶金结合程度较弱，界面结合强度不高，严重影响了冷轧复合法制备异种金属复合材料的开发和应用。
因此，开发一种使得异种金属的界面间能够实现非常牢固的冶金结合(称作“强冶金结合”)的制备方法，加快高性能异种金属复合材料的研制开发和应用推广，具有非常重要的意义。
发明内容
本发明充分发挥异种金属复合材料现有热轧复合法和冷轧复合法的各自优点，克服其不足，将二者有机结合，通过对异种金属复合材料制备过程中各工序的时间和温度等进行协调控制，实现异种金属界面的强冶金结合，开发一种异种金属界面实现强冶金结合的制备方法，解决目前热轧复合法或冷轧复合法制备的异种金属复合材料的界面结合质量难以满足更高使用要求等问题，获得异种金属界面实现强冶金结合的高性能异种金属复合材料。
一种异种金属界面实现强冶金结合的制备方法，其特征在于，具体方案如下：
1.在0.1～10分钟内平行于金属板坯长度方向对表面清洁的金属板坯待复合表面进行室温机械打磨处理；
2.随后在1～15分钟内对2～10层金属板坯进行层叠构成组合板坯；
3.然后在1～15分钟内将组合板坯送到入口和出口带张力的轧机中进行室温轧制，获得界面实现机械结合的复合板坯；
4.接着在加热炉中于1.05～1.2倍再结晶温度下对复合板坯进行10～40分钟的短时加热；
5.最后在0.01～5分钟内将加热后的复合板坯送到出口带张力的轧机中进行高温轧制，获得界面实现强冶金结合的异种金属复合板材。
所述金属可以是铜、铝、镁、铁、钛、镍、锌、锡、金、银、锆及其合金，也可以是钢铁及金属复合材料。
与现有的异种金属复合材料制备方法相比，本发明将打磨处理、层叠、室温轧制、短时加热与高温轧制等工序相结合，开发了工艺简单、能耗低、周期短、设备投入少、成本低、效率高的异种金属复合材料制备方法，仅利用现有的打磨设备、加热炉和轧机(一台轧机或任意布置的两台轧机)等即可完成复合成形。在刚开始异种金属构成的组合板坯厚度较大时，采用的是冷轧进行复合成形，避免了传统热轧复合法需要长时间高温加热后才能进行轧制成形的问题；而在后续热轧复合前的加热工序中，由于前续冷轧复合成形的复合板坯已经变薄，因此所需加热温度较低、加热时间变短，避免了传统冷轧复合法中需要长时间扩散热处理而导致异种金属界面间生成脆性金属间化合物的问题。通过对异种金属复合材料整个制备过程中各工序的时间和温度等进行协调控制，实现了异种金属界面的强冶金结合，比现有热轧复合法和冷轧复合法制备的异种金属复合材料的界面结合强度提高20％～50％以上，获得了应用范围更加广泛的高性能异种金属复合材料。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的熟练技术人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
实施例1：
平行于纯铝板坯和纯铜板坯长度方向对表面清洁的纯铝板坯和纯铜板坯待复合表面进行室温机械打磨处理，打磨时间为1分钟；随后在5分钟内对3层纯铜板坯、纯铝板坯和纯铜板坯进行层叠构成组合板坯；然后在5分钟内将组合板坯送到入口和出口带张力的轧机中进行室温轧制，获得界面实现机械结合的复合板坯；接着在加热炉中于520℃下对复合板坯进行10分钟的短时加热；最后在1分钟内将加热后的复合板坯送到出口带张力的轧机中进行高温轧制，获得界面实现强冶金结合的纯铜/纯铝/纯铜复合板材。
实施例2：
平行于1060纯铝板坯和6061铝合金板坯长度方向对表面清洁的1060纯铝板坯和6061铝合金板坯待复合表面进行室温机械打磨处理，打磨时间为10分钟；随后在15分钟内对2层1060纯铝板坯和6061铝合金板坯进行层叠构成组合板坯；然后在15分钟内将组合板坯送到入口和出口带张力的轧机中进行室温轧制，获得界面实现机械结合的复合板坯；接着在加热炉中于550℃下对复合板坯进行40分钟的短时加热；最后在5分钟内将加热后的复合板坯送到出口带张力的轧机中进行高温轧制，获得界面实现强冶金结合的1060纯铝/6061铝合金复合板材。
实施例3：
平行于Q235B碳钢板坯和纯铝板坯长度方向对表面清洁的Q235B碳钢板坯和纯铝板坯待复合表面进行室温机械打磨处理，打磨时间为2分钟；随后在3分钟内对2层Q235B碳钢板坯和纯铝板坯进行层叠构成组合板坯；然后在5分钟内将组合板坯送到入口和出口带张力的轧机中进行室温轧制，获得界面实现机械结合的复合板坯；接着在加热炉中于480℃下对复合板坯进行40分钟的短时加热；最后在2分钟内将加热后的复合板坯送到出口带张力的轧机中进行高温轧制，获得界面实现强冶金结合的Q235B碳钢/纯铝复合板材。
实施例4：
平行于纯铝板坯和纯铜板坯长度方向对表面清洁的纯铝板坯和纯铜板坯待复合表面进行室温机械打磨处理，打磨时间为3分钟；随后在6分钟内对2层纯铝板坯和纯铜板坯进行层叠构成组合板坯；然后在10分钟内将组合板坯送到入口和出口带张力的轧机中进行室温轧制，获得界面实现机械结合的复合板坯；接着在加热炉中于520℃下对复合板坯进行30分钟的短时加热；最后在0.5分钟内将加热后的复合板坯送到出口带张力的轧机中进行高温轧制，获得界面实现强冶金结合的纯铝/纯铜复合板材。
实施例5：
平行于Q235B碳钢板坯和纯铜板坯长度方向对表面清洁的Q235B碳钢板坯和纯铜板坯待复合表面进行室温机械打磨处理，打磨时间为2分钟；随后在2分钟内对2层Q235B碳钢板坯和纯铜板坯进行层叠构成组合板坯；然后在5分钟内将组合板坯送到入口和出口带张力的轧机中进行室温轧制，获得界面实现机械结合的复合板坯；接着在加热炉中于500℃下对复合板坯进行30分钟的短时加热；最后在1分钟内将加热后的复合板坯送到出口带张力的轧机中进行高温轧制，获得界面实现强冶金结合的Q235B碳钢/纯铜复合板材。
Claims (2)
1.一种异种金属界面实现强冶金结合的制备方法，其特征在于，在0.1～10分钟内平行于金属板坯长度方向对表面清洁的金属板坯待复合表面进行室温机械打磨处理；随后在1～15分钟内对2～10层金属板坯进行层叠构成组合板坯；然后在1～15分钟内将组合板坯送到入口和出口带张力的轧机中进行室温轧制，获得界面实现机械结合的复合板坯；接着在加热炉中于1.05～1.2倍再结晶温度下对复合板坯进行10～40分钟的短时加热；最后在0.01～5分钟内将加热后的复合板坯送到出口带张力的轧机中进行高温轧制，获得界面实现强冶金结合的异种金属复合板材。
2.如权利要求1所述一种异种金属界面实现强冶金结合的制备方法，其特征在于，所述金属是铜、铝、镁、铁、钛、镍、锌、锡、金、银、锆及上述任一金属合金。
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| GR01 | Patent grant | ||
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