CN112756396A - 一种超声波辅助轧制制备金属复合薄/箔材的方法 - Google Patents

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任忠凯
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许振波
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武越
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Abstract

本发明属于金属复合薄/箔材制备技术领域，具体为一种超声波辅助轧制制备金属复合薄/箔材的方法，包括以下步骤：A准备待复合金属薄/箔材，对待复合金属薄/箔材进行表面处理；B一道次超声波辅助焊轧成型：叠放待复合金属薄/箔材，采用表面加工网纹的支撑辊和工作辊，在小轧制载荷下通过超声波振动***辅助轧制，得到连接界面部分齿合的金属复材；C二道次轧制成形：采用表面光滑的支撑辊和工作辊，在大轧制载荷下，对局部齿合连接界面二次轧制成形，获得冶金结合界面的复合薄/箔材。本发明获得的金属复合薄/箔材平整度高、界面结合性能好，轧制效率高、成本低、灵活性大，对改善金属复合薄/箔材整体形变和提高界面结合强度具有明显效果。

Description

一种超声波辅助轧制制备金属复合薄/箔材的方法
技术领域
本发明属于金属复合薄/箔材制备技术领域，具体为一种超声波辅助轧制制备金属复合薄/箔材的方法。
背景技术
复合材料因其具有各单一材料的综合优势而受到广泛关注，目前，用于金属复合板材的制备主要有***复合法和直接轧制复合法。其中，***复合法适用于大厚板材的复合制备，特别是厚度大于10mm以上的复合板制备有明显优势；直接轧制复合法主要是利用大的轧制力使金属发生塑性形变的原理制备复合板材，复合板界面多为机械结合，因此，易氧化金属板材、难变形金属板材、协调变形差异较大的金属复合板材的制备，需要真空环境或温度补偿，在加大工艺复杂程度的基础上也增加了成本。
金属复合薄/箔材具有强度高、耐蚀性优和良好的电学特性等优势，在电工电子、航空航天、国防军工、仪器仪表等精密器件领域有着广泛的应用前景。
发明内容
针对现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种超声波辅助轧制制备金属复合薄/箔材的方法。本方法效率高、成本低、灵活性大，可实现金属复合薄/箔材的冶金结合，获得平整度高、界面结合性能好的金属复合薄/箔材。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种超声波辅助轧制制备金属复合薄/箔材的方法，包括以下步骤：
A.准备待复合金属薄/箔材，对待复合金属薄/箔材进行表面处理；
B.一道次超声波辅助焊轧成型：叠放待复合金属薄/箔材，采用表面加工网纹的支撑辊和工作辊，在小轧制力载荷作用下通过超声波振动***辅助轧制，利用超声波作用破碎金属表面氧化膜，得到连接界面部分齿合的的金属复合薄/箔材；
C.二道次轧制成形：采用表面光滑的支撑辊和工作辊，在大轧制力载荷作用下，对局部齿合连接界面的金属复合薄/箔材进行轧制，使得连接界面微区进一步协调形变，获得连接界面完全冶金结合的金属复合薄/箔材。
进一步，所述步骤A中，对待复合金属薄/箔材进行表面处理的具体方法为：用干净的碎布或者棉纱，蘸上无水乙醇清洗溶剂擦洗待复合金属薄/箔材表面及侧面2～3次，然后擦拭干净。
再进一步，所述步骤B中，所述超声波控制***包括超声波发生器，所述超声波发生器连接换能器，所述换能器与变幅杆连接，所述变幅杆通过耦合杆连接工作辊，与所述工作辊对应的支撑辊支撑在底座上。
更进一步，所述步骤B中，超声波振动***的振动功率为0～4000W，振动频率为30kHz。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明区别于传统的直接轧制复合成形，在一道次超声波辅助焊轧成型中采用表面加工网纹的支撑辊和工作辊在小轧制力载荷作用下超声波辅助轧制成形，利用超声波作用去除待连接界面金属氧化膜，在小轧制力载荷作用下使待复合金属薄/箔材形成规则的、“齿状”的、部分冶金结合的连接界面，同时本发明还具有一道次超声波辅助焊轧成型后板材整体形变小的优点；在二道次轧制成形中本发明采用表面光滑的支撑辊和工作辊在大轧制力载荷作用下轧制成形，促进部分冶金结合的连接界面进一步协调形变，达到完全冶金结合界面，本发明获得的金属复合薄/箔材平整度高、界面结合性能好，轧制效率高、成本低、灵活性大，对改善金属复合薄/箔材整体形变和提高界面结合强度具有明显的效果；
2、本发明在一道次超声波辅助焊轧成型中引入了超声波辅助轧制，具有去除金属氧化膜、促进界面微区金属局部塑性形变和摩擦热促进界面部分冶金结合的作用；
3、本发明在一道次超声波辅助焊轧成型中采用表面加工网纹的支撑辊和工作辊在小轧制力载荷作用下超声波辅助轧制成形，不需要真空环境或温度补偿，降低了工艺复杂程度和加工成本；
4、本发明可对一道次超声波辅助焊轧成型获得的连接界面部分齿合的金属复合薄/箔材进行重复的二道次轧制成形，以获得任意所需厚度的复合薄/箔材。
附图说明
图1为超声波辅助轧制设备示意图；
图2为超声波辅助轧制设备加工侧面示意图；
图3为一道次超声波辅助焊轧成型获得的金属复合薄/箔材连接界面的形貌；
图4为二道次轧制成形获得的金属复合薄/箔材连接界面的形貌；
图5为超声波辅助轧制制备的金属复合薄/箔材拉伸载荷-位移曲线图；
图中：1-轧机***控制箱；2-超声波参数显示面板；3-超声波发生器；4-换能器；5-变幅杆；6-耦合杆；7-工作辊；8-支撑辊；9-底座；10-轧辊表面尖齿；11-铝合金箔材；12-镁合金薄板。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
准备材料：铝合金箔材、镁合金薄板、无水乙醇；
具体如下：铝合金箔材6061，尺寸为50mm×150mm×0.1mm；镁合金薄板AZ31B，尺寸为50mm×150mm×1mm；无水乙醇C2H6O，用量为100mL±5mL。
一种超声波辅助轧制制备金属复合薄/箔材的方法，包括以下步骤：
A.对镁合金薄板12和铝合金箔材11进行表面处理：
具体为用干净的碎布或者棉纱，蘸上无水乙醇清洗溶剂擦洗镁合金薄板12和铝合金箔材11的表面及侧面2～3次，然后擦拭干净；
B.一道次超声波辅助焊轧成型：将镁合金薄板12与铝合金箔材11组合、水平叠放，保证镁合金薄板12置放于下侧，铝合金箔材11置放于上侧，采用表面加工网纹的支撑辊8和工作辊7，在小轧制力载荷作用下通过超声波振动***辅助轧制，利用超声波作用破碎金属表面氧化膜，得到连接界面部分齿合的的金属复合薄/箔材，其中支撑辊8表面网纹的齿深为0.2mm，工作辊7表面网纹的齿深为0.02mm，轧制过程中超声波振动***的功率为0～4000W，振动频率为30kHz，工作振幅为90％，加载压力为0.4Mpa；轧辊线速度为10mm/s，工作辊基准高度为1.0mm；
C.二道次轧制成形：采用表面光滑的支撑辊8和工作辊7，在大轧制力载荷作用下，对局部齿合连接界面的金属复合薄/箔材进行轧制，使得连接界面微区进一步协调形变，获得连接界面完全冶金结合的金属复合薄/箔材，轧机轧辊表面线速度为15mm/s，压下量为0.2mm±0.05mm；
D.检测、分析、表征；
对获得的金属复合薄/箔材连接界面形貌和结合强度进行检测、分析、表征：用扫描电镜对轧制复合箔材两道次连接界面形貌进行分析；用电子万能试验机对获得的金属复合薄/箔材界面结合性能进行分析。
如图3所示，为一道次超声波辅助焊轧成型获得的金属复合薄/箔材连接界面的形貌，结果表明结合界面形貌为规则的、齿状的、部分结合界面；
如图4所示，为二道次轧制成形获得的金属复合薄/箔材连接界面的形貌，结果表明结合界面形貌为均匀的冶金结合界面。
如图5所示，为超声辅助轧制制备的复合薄材拉伸载荷-位移曲线，结果表明拉伸强度达到了63.5MPa；
本发明一道次超声波辅助焊轧成型中的小轧制力载荷为0.15～0.8MPa。
二道次轧制成形中大轧制力载荷的压下率为15％～45％。
本发明可用于制备同种或异种、双层或多层金属薄/箔材的复合加工，包括铜/铜、铝/铝、铜/铝、铜/银、镍/银、铜/锌、镁/铝等，制备的复合薄/箔材总厚度限制在0.05mm～5mm范围内。此外，超声波振动***功率、振动频率、轧辊尺寸及其表面网纹形状和尖齿尺寸都可根据待复合材料的性质及尺寸的不同进行更改。
最后所应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖权利要求保护范围中。

Claims (4)

1.一种超声波辅助轧制制备金属复合薄/箔材的方法，其特征在于：包括以下步骤：
A.准备待复合金属薄/箔材，对待复合金属薄/箔材进行表面处理；
B.一道次超声波辅助焊轧成型：叠放待复合金属薄/箔材，采用表面加工网纹的支撑辊(8)和工作辊(7)，在小轧制力载荷作用下通过超声波振动***辅助轧制，利用超声波作用破碎金属表面氧化膜，得到连接界面部分齿合的的金属复合薄/箔材；
C.二道次轧制成形：采用表面光滑的支撑辊(8)和工作辊(7)，在大轧制力载荷作用下，对局部齿合连接界面的金属复合薄/箔材进行轧制，使得连接界面微区进一步协调形变，获得连接界面完全冶金结合的金属复合薄/箔材。
2.根据权利要求1所述的一种超声波辅助轧制制备金属复合薄/箔材的方法，其特征在于：所述步骤A中，对待复合金属薄/箔材进行表面处理的具体方法为：用干净的碎布或者棉纱，蘸上无水乙醇清洗溶剂擦洗待复合金属薄/箔材表面及侧面2～3次，然后擦拭干净。
3.根据权利要求1所述的一种超声波辅助轧制制备金属复合薄/箔材的方法，其特征在于：所述步骤B中，所述超声波控制***包括超声波发生器(3)，所述超声波发生器(3)连接换能器(4)，所述换能器(4)与变幅杆(5)连接，所述变幅杆(5)通过耦合杆(5)连接工作辊(7)，与所述工作辊(7)对应的支撑辊(8)支撑在底座(9)上。
4.根据权利要求1所述的一种超声波辅助轧制制备金属复合薄/箔材的方法，其特征在于：所述步骤B中，超声波振动***的振动功率为0～4000W，振动频率为30kHz。
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